DE2430801A1 - MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR MEMORY MATRIX - Google Patents
MONOLITHICALLY INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR MEMORY MATRIXInfo
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Description
Amtliches Aktenzeichen:Official file number:
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Aktenzeichen der Anmelderin:Applicant's file number:
BU 972 016BU 972 016
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Halbleiterspeichermatrix, bei der ein Halbleitersubstrat parallel zueinander verlaufende hochdotierte Zonenpaare aufweist, die über hierzu senkrecht verlaufende Metallisierungsstreifen jeweils eine kapazitiv ansteuerbare Zone einschließen.The invention relates to a monolithically integrated semiconductor memory matrix, in which a semiconductor substrate has highly doped zone pairs running parallel to one another, which over this vertical metallization strips each have one Include capacitively controllable zone.
Hierzu verwendbare Halbleiterbauelemente sind z. B. energieunabhängige (non-volatile) Feldeffekttransistoren mit variablem Schwellenwert wie die sogenannten MNOS-Transistoren, die insofern als Speicher gelten, als durch Verwendung eines Doppelschichtisolators als Gate, Ladungen an der Grenzfläche zwischen dem Isolator gespeichert werden, die die Schwellenwertspannung des Halbleiterbauelements derart ändern, daß der Zustand der Ladungsspeicherung durch Anlegen einer Gatespannung an das HalbleiterbauelementSemiconductor components that can be used for this purpose are, for. B. energy independent (non-volatile) field effect transistors with variable threshold values such as the so-called MNOS transistors, which insofar as storage are considered to be through the use of a double-layer insulator as a gate, charges at the interface between the insulator are stored, which change the threshold voltage of the semiconductor device such that the state of charge storage by applying a gate voltage to the semiconductor device
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feststellbar ist; wobei das Halbleiterbauelement in den leitenden Zustand geschaltet wirdr wenn solche Ladung gespeichert ist und nicht umgeschaltet wird, wenn keine Ladungsspeicherung vorhanden ist.is detectable; wherein the semiconductor component is switched to the conductive state r when such charge is stored and is not switched when there is no charge storage.
Eine solche Ladungsspeicherung im Isolator beruht auf unterschiedliche Leitfähigkeiten in den Isolierschichten am Gate; sie wird an der Grenzfläche zwischen diesen beiden Isolierschichten festgehalten und zwar derart, daß nach Entfernen der angelegten Spannung diese Ladung beibehalten wird, da die Ladungsdichten in den beiden Schichten nichtlineare Funktionen der elektrischen Feldstärke darstellen.Such charge storage in the insulator is based on different Conductivities in the insulating layers on the gate; it is held at the interface between these two insulating layers in such a way that after removal of the applied voltage this charge is retained because the charge densities in the two layers are nonlinear functions of the electric field strength represent.
In der USA-Patentschrift Nr. 3 436 623 wird gezeigt, daß bei zwei aufeinanderliegenden Gates die parallel zur Drain- und Sourcediffusion in einem Feldeffekttransistor angeordnet sind sich sowohl die Gatekapazität als auch die Drainkapazität des Halbleiterbauelements reduzieren lassen.In US Pat. No. 3,436,623 it is shown that when two gates lie one on top of the other, the gates parallel to the drain and source diffusion Both the gate capacitance and the drain capacitance of the semiconductor component are arranged in a field effect transistor let reduce.
Im "IBM Technical Disclosure Bulletin", Band 14, Nr. 4, SeptemberIn "IBM Technical Disclosure Bulletin" Volume 14, No. 4, September
1971, Seite 1234, wird ein ladungsgekoppeltes Bauelement gezeigt, dessen Elektroden aus Polysilicium und Aluminium gebildet sind.1971, page 1234, becomes a charge coupled device shown, the electrodes of which are formed from polysilicon and aluminum.
Im11IBM Technical Disclosure Bulletin", Band 15, Hr. 4, SeptemberIn 11 IBM Technical Disclosure Bulletin "Volume 15, Mr. 4, September
1972, Seiten 1163 und 1164 ist eine Feldeffekttransistoranordnung zu entnehmen, die Metalleitungszüge und Polysiliciumgates verwendet.1972, pages 1163 and 1164 is a field effect transistor arrangement refer to the metal cable runs and polysilicon gates used.
Alle diese Anordnungen zeigen keine energieunabhängige Speichermatrixanordnung, die mit variablem Schwellenwert arbeitet, um hohe Packungsdichten erzielen zu können.None of these arrangements show an energy-independent storage matrix arrangement, which works with a variable threshold value in order to be able to achieve high packing densities.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, energieunabhängige,mit variablem Schwellenwert betriebene Halbleiterbauelemente, The object of the invention is energy-independent, powered with a variable threshold semiconductor components,
BU 972 οίε 4 0 9 8 8 4/1318BU 972 οίε 4 0 9 8 8 4/1318
für.eine Speichermatrixbereitzustellen, die eine hohe Packungsdichte der einzelenen Speicherglieder aufweist und mit Hilfe der Verfahren zur Herstellung monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen herstellbar ist. Mit Anordnungen dieser Art soll ein Speicher bereitgestellt werden, der die Anwendung hoher Schreibund Lesegeschwindigkeit sowie hohe Verschiebegeschwindigkeit gestattet, so daß entsprechenden,Anforderungen weitgehend Rechnung getragen ist. ..,"/-."■■. '■-: ,-.:.. ■■_■■ --■"--: ., .. ,-. ■ -.--■■■ ■■-.-- . . ... für. to provide a memory matrix which has a high packing density of the individual memory elements and which can be produced with the aid of the method for producing monolithically integrated semiconductor circuits. With arrangements of this type, a memory is to be provided which allows the use of high writing and reading speeds as well as high shifting speeds, so that corresponding requirements are largely taken into account . .., "/ -." ■■. '■ -:, -. : .. ■■ _ ■■ - ■ "-:., .., -. ■ -.-- ■■■ ■■ -.--.. ...
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Metallisierungsstreifen nur durch jeweils eine 1000 bis 3000 Ä dicke Siliciumdioxydschicht voneinander getrennt, dicht gepackt nebeneinanderliegen, und daß über mit einer dünnen SiO.-Schicht und darüberliegender Si-jt^-Schicht gefüllten, sich länglich parallel zu den Zonenpaaren erstreckenden Fensteröffnungen in unter den Metallisierungsstrecken.liegender Siliciumoxyddicksehicht die jeweilige kapazitive Ansteuerung wirksam ist.According to the invention, this object is achieved in that the metallization strips only separated from each other by a 1000 to 3000 Ä thick silicon dioxide layer, tightly packed next to each other, and that filled with a thin SiO. layer and an overlying Si-jt ^ layer, are elongated parallel to the pairs of zones extending window openings in under the Metallization routes, lying silicon oxide thicknesses, the respective capacitive control is effective.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich so die Möglichkeit, eine maximale Packungsdichte zu erzielen, wobei die erforderlichen parallelen Leitungen auf der Halbleiteroberfläche enger aneinanderliegen als es der optischen Auflösung entspricht, um diese Leitungszüge herzustellen.With the aid of the arrangement according to the invention, there is thus the possibility of to achieve a maximum packing density, with the required parallel lines on the semiconductor surface are closer to each other than corresponds to the optical resolution, to make these cable runs.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Metallisierungsstreifen abwechselnd aus Polysilicium und Aluminium bestehen. Die Polysiliciummetallisierungsstreifen sind dabei in vorteilhafter Weise abgesehen von ihrer jeweiligen Auflage auf der Siliclumnitritschicht von der Siliciumdioxydschicht umgeben. Diese Maßnahmen gestatten es, daß bei Herstellung auf der Oberfläche des Halbleiters, eine gleichförmige Isolierschicht gebildet werden kann, auf der ein erster Satz von Metallisierungsstreifen gebildet wird, die jeweils in relativ dünnen Schichten mit einem Isoliermaterialrüberzogen sind, so daß anschließend ein zweiter Satz von Metallislerungsstreifen aufgebracht werden kann,In an advantageous development of the invention it is provided that the metallization strips are made alternately from polysilicon and aluminum exist. The polysilicon metallization strips are included advantageously surrounded by the silicon dioxide layer apart from their respective support on the silicon nitride layer. These measures allow a uniform insulating layer to be formed on the surface of the semiconductor during manufacture on which a first set of metallization strips are formed, each in relatively thin layers are covered with an insulating material, so that subsequently a second set of metallization strips can be applied,
.972 01*. 409884/1318.972 01 *. 409884/1318
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der zwischen diesem ersten Satz eingeschoben ist. Auf diese Weise ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten die für !optimale Packungsdichten erforderlichen äußerst geringen Abstände bei den angewendeten Verfahren zu beherrschen.which is inserted between this first sentence. In this way, there are no difficulties that are optimal for! To master packing densities required extremely small distances in the processes used.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen benachbarten Fensteröffnungen dreimal so groß ist wie die Gesamtdicke der Isolationsschichten innerhalb dieser Fensteröffnungen.In an advantageous development of the invention it is provided that the distance between adjacent window openings three times is as great as the total thickness of the insulation layers within these window openings.
Bei Ausbildung als MNOS-Feldeffekttransistoren ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die hochdotierten Zonenpaare in Form von Source- und Draindiffusionen als Bitleitungen und die Metallisierungsstreifen in Form von Gateelektroden mit Zuführungsstreifen als Wortleitungen einer Speichermatrix dienen.When designed as MNOS field effect transistors, it is more advantageous Further development of the invention provides that the highly doped zone pairs in the form of source and drain diffusions as Bit lines and the metallization strips in the form of gate electrodes with feed strips as word lines of a memory matrix to serve.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich so Speicheranordnungen mit hohen Packungsdichten bereitstellen, die bei zuverlässiger Betriebsweise allen hieran gestellten Forderungen genügen. With the aid of the arrangement according to the invention, memory arrangements can be created provide with high packing densities, which meet all the requirements placed on it with reliable operation.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.Further advantages and features of the invention emerge from the following descriptions of exemplary embodiments on the basis of FIG drawings listed below and from the claims.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf den Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Matrixanordnung,1 shows a plan view of the detail of a matrix arrangement according to the invention,
Fig. 2 einen ©uerschnittsausschnitt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung längs der Linien 2-2,FIG. 2 shows a section of the section shown in FIG Arrangement along lines 2-2,
BU 972 016 A 0 9 8 8 A / 1 3 1 8BU 972 016 A 0 9 8 8 A / 1 3 1 8
Fig. 3 einen ausschnittsweisen Querschnitt der AnFig. 3 is a partial cross section of the type
ordnung in Fig. 1 längs der Linien 3-3,order in Fig. 1 along lines 3-3,
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt in der Anordnung4 shows an enlarged section in the arrangement
nach Fig. 1 zur Illustrierung eines Herstellungsschrittes der Fig. 1 gezeigten Anordnung,1 to illustrate a manufacturing step of the arrangement shown in FIG. 1,
Fig. 5 eine schematische Schaltzeichnung der erfinFig. 5 is a schematic circuit diagram of the inven
dungsgemäßen Matrix, mit dem dazu erforderlichen peripheren Schaltkreisen,appropriate matrix, with the necessary peripheral circuits,
Fig. 6 Impulsdiagramme zur Erläuterung der BetriebsFig. 6 timing charts for explaining the operation
weise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ,way of the circuit arrangement according to the invention,
Fig. 7 eine schematische Schaltzeichnung eines weiFig. 7 is a schematic circuit diagram of a white
teren Ausführungsbeispiels der erfindunggemäßen Matrixanordnung.Direct embodiment of the matrix arrangement according to the invention.
In der in den Fign. 1 bis 3 gezeigten Anordnung, findet ein monokritaliiner Halbleiter 10 Verwendung, wie z. B. N-leitendes Silicium, der ein*» P-leitende Epitaxieschicht 11 trägt, die vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von etwa 2 Ohm-cm besitzt.In the in FIGS. 1 to 3, finds a monocritical Semiconductor 10 use such. B. N-type silicon, which carries a * »P-conductive epitaxial layer 11, which is preferably has a resistivity of about 2 ohm-cm.
Nach entsprechender Reinigung der oberen Oberfläche 12, der Schicht 11, wird hierauf eine hier nicht gezeigte Siliciumdioxydschicht von etwa 5000 S Dicke angebracht. Diese Schicht läßt sich durch einen sogenannten thermischen Aufwachsprozess erzeugen, bei welchem der Halbleiter auf etwa 1000 0C in einer Wasserstoffatmosphäre aufgeheizt wird, die einen geringen Anteil von Sauerstoff enthält.After the upper surface 12, the layer 11, has been appropriately cleaned, a silicon dioxide layer (not shown here) with a thickness of about 5000 S is applied to it. This layer can be produced by what is known as a thermal growth process, in which the semiconductor is heated to approximately 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere which contains a small proportion of oxygen.
Nach Aufbringen der Siliciumdioxydschicht und Anbringen einer Photoresistschicht auf dieser Schicht, wird eine hier nicht gezeigte Photoresistmaske über der Halbleiteroberfläche zur Anwendung gebracht und das ganze einer Lichteinwirkung entsprechendAfter applying the silicon dioxide layer and attaching a Photoresist layer on this layer becomes one not shown here Photoresist mask for use over the semiconductor surface brought and the whole of a light exposure
BU 972 016 4 0988 4/1318BU 972 016 4 0988 4/1318
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wohlbekannter Verfahren ausgesetzt, um hierin längliche Fensteröffnungen anzubringen, so daß eine Reihe von gestreckten Bitleitungen 17, 18, 19 und 20 durch entsprechende Diffusion in der Epitaxieschicht 11 gebildet werden. Anschließend an die Diffusion dieser N-leitenden Bitleitungen 17, 18, 19 und 20 werden diese Leitungen mit einer Schicht 13, bestehend aus Siliciumdioxyd mit angenähert 5000 8 Dicke überzogen. Diese Siliciumdioxydschicht 13 läßt sich gleichzeitig mit der sogenannten Eintreibungsoxydation bilden, was im Prozess ähnlich dem oben beschriebenen thermischen Aufwachsverfahren ist. Nach Bilden der Siliciumdioxydschicht 13 wird wiederum ein überzug aus Photorisistmaterlal aufgebracht, um die länglichen Gate-Kanäle durch die Siliciumdioxydschicht 13 hindurch, nämlich zwischen den eindiffundierten Bitleitungen 17, 18, 19 und 20, einzuätzen, und so die obere Oberfläche 12 des Halbleiters 10 zwischen den Bitleitungen in ihrer gesamten Länge freizulegen. Der jeweilige Bereich der Schicht 13, der oberhalb der Bitleitungen und zwischen den Bitleitungen 18 und 19 gelegen ist, bleibt von diesem Prozessschritt unberührt. Anschließend an die Bildung dieser Kanäle wird die obere Oberfläche 12 des Halbleiters 10 wiederum sorgfältig gereinigt und anschließend eine Schicht 14 bestehend aus Siliciumdioxyd von angenähert 20 8 Dicke in den Kanalbereichen der Oberfläche 12 gebildet. Diese Schicht kann dicker sein, z. B. 100 S, wobei zu ihrer Bildung ebenfalls wieder ein geeigneter thermischer Aufwachsprozess angewendet wird.exposed to well-known methods to make elongated window openings therein to attach, so that a series of stretched bit lines 17, 18, 19 and 20 by appropriate diffusion in the Epitaxial layer 11 are formed. Subsequent to the diffusion these N-type bit lines 17, 18, 19 and 20 are these lines with a layer 13 consisting of silicon dioxide with approximately 5000 8 thick coated. This silica layer 13 can be formed at the same time as the so-called drive-in oxidation, which is similar to the thermal process described above Growing process is. After the silicon dioxide layer 13 has been formed, a coating of photoresist material is again applied to the elongated gate channels through the silicon dioxide layer 13, namely between the diffused bit lines 17, 18, 19 and 20, and so the top surface 12 of the semiconductor 10 to expose between the bit lines in their entire length. The respective area of the layer 13, the one above the bit lines and is located between the bit lines 18 and 19 remains unaffected by this process step. Subsequently to the formation of these channels, the upper surface 12 of the semiconductor 10 is again carefully cleaned and then a Layer 14 consisting of silicon dioxide approximately 20 8 thick in the channel areas of the surface 12 is formed. These Layer can be thicker, e.g. B. 100 S, where a suitable thermal growth process is also used again for their formation will.
Im Anschluß an das Aufbringen der Siliciumdioxdschicht 14, wird eine Siliciumnitridschicht 15 mit einer Dicke zwischen etwa 250 und 1000 8 auf die Schicht 14 aufgebracht. Eine spezielle Methode zur Bildung einer solchen Siliciumnitridschicht besteht in bekannter Weise darin, daß in einem entsprechenden Verfahren Silan und Ammoniakgas gemischt, und.mit Hilfe von Wasserstoff als Trägergas in eine Kammer eingeführt werden, die den Siliciumkörper bei einer Temperatur von etwa 800 °C enthält. Bei dieser Temperatur tritt eine Reaktion ein, die zur Bildung der Siliciumnitridschicht 15 auf der Siliciumdioxydschicht 14 führt.Following the application of the silicon dioxide layer 14, a silicon nitride layer 15 with a thickness between about 250 and 1000 8 is applied to the layer 14. A special method to form such a silicon nitride layer consists in a known manner in that in a corresponding process silane and Ammonia gas mixed, and with the help of hydrogen as a carrier gas are introduced into a chamber, which the silicon body at a Temperature of about 800 ° C. At this temperature, a reaction occurs which leads to the formation of the silicon nitride layer 15 on the silicon dioxide layer 14 leads.
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Im Anschluß an die Bildung der Siliciumnitridschicht 15, wird eine polykristalline Siliciumschicht von etwa 8000 A* Dicke auf die Oberfläche der Schicht 15 aufwachsen gelassen. Diese polykristalline Siliciumschicht läßt sich bilden, indem das Werkstück in eine auf etwa 800 0C aufgeheizte Kammer eingegeben wird,, um dann Silicium mit Hilfe eines Wasserstoffträgergases einzuführen. Die Schicht wird in Anwesenheit eines geeigneten Dotierungsmittels, vorzugsweise Arsen, aufwachsen gelassen. Als Alternative läßt sich die Schicht auch anschließend dotieren. Diese Dotierungsmittel sind erforderlich, um den den spezifischen Widerstand der polykristallinen Siliciumschicht herabzusetzen und diese Schicht stark leitend zu machen. Die darunterliegende Siliciumnitridschicht 15 dient dabei als Barriere, um zu verhindern, daß Dotierungspartikel in die hierunterliegende Schicht eindringen können.Following the formation of the silicon nitride layer 15, a polycrystalline silicon layer approximately 8000 Å thick is grown on the surface of the layer 15. This polycrystalline silicon layer can be formed by placing the workpiece in a chamber heated to about 800 ° C., and then introducing silicon with the aid of a hydrogen carrier gas. The layer is grown in the presence of a suitable dopant, preferably arsenic. As an alternative, the layer can also subsequently be doped. These dopants are necessary in order to reduce the specific resistance of the polycrystalline silicon layer and to make this layer highly conductive. The silicon nitride layer 15 below serves as a barrier to prevent doping particles from penetrating into the layer below.
über die Oberfläche der polykristallinen Siliciumschicht wird nun eine Photorisistmaske aufgebracht, um nach bekannten Verfahren durch Belichtung und Entwicklung verlängerte Fensteröffnungen 22, wie in Fig. 4 gezeigt, hierin einzubringen, wobei Linien 21a und 21b des Photorisistlacks zwischen den Fensteröffnungen 22 erhalten bleiben. Die hierunterliegende polykristalline Siliciumschicht wird nun über die Fensteröffnungen derart geätzt, daß voneinander abgesetzte Leitungen 16a und 16b hierin bereitgestellt werden. Wie in den Fign. 1, 2 und 3 gezeigt, sind diese Leitungen 16a und 16b sich in einer Richtung erstreckend angeordnet, die senkrecht zu den eindiffundierten Bit/Abfühlleitungen 17, 18, 19 und 20 verläuft, welche ihrerseits vorher in den darunterliegenden Halbleiterkörper 10 eindiffundiert worden sind. Zum gegenwärten Zeitpunkt können selbst unter Anwendung der besteh bisher bekannten Verfahrenstechniken weder die Fensteröffnungen 22 noch die Photoresistlinien 21a und 21b aufgrund optischer, chemischer und mechanischer Beschränkungen in zuverlässiger Weise mit kleineren Dimensionen hergestellt werden als 2O 000 A*.A photoresist mask is then applied over the surface of the polycrystalline silicon layer in order to use known methods window openings 22 elongated by exposure and development, as shown in FIG. 4, to be introduced therein, wherein Lines 21a and 21b of the photoresist between the window openings 22 are retained. The underlying polycrystalline The silicon layer is now etched over the window openings in such a way that lines 16a and 16b separated from one another provided herein. As in FIGS. 1, 2 and 3, these lines 16a and 16b are unidirectional arranged extending perpendicular to the diffused bit / sense lines 17, 18, 19 and 20, which in turn previously diffused into the underlying semiconductor body 10 have been. At the present time you can using the existing process techniques known so far neither the window openings 22 nor the photoresist lines 21a and 21a 21b due to optical, chemical and mechanical limitations can be reliably manufactured with dimensions smaller than 20,000 A *.
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Die optischen und mechanischen Beschränkungen, die bei Bereitstellung der Leitungszüge 16a und 16b vorherrschen, sind in erster Linie auf Projektions- und Druckverfahren zur Herstellung dieser Leitungen zurückzuführen.The optical and mechanical constraints that apply when deploying of the lines 16a and 16b predominate are primarily Line can be traced back to projection and printing processes for the production of these lines.
Zusätzlich zum Problem der Projektions- und Druckauflösung muß nun außerdem die Natur des chemischen Ätzprozesses selbst in Betracht gezogen werden. Da das zur Entfernung der nicht benötigten Bereiche der polykristallinen Siliciumschicht dienende Ätzmittel lediglich durch die überlagerte Photoresistschicht 21 in ihrer Wirkung behindert wird, können die durch Fensteröffnungen 22 freigelegten Schichtbereiche ungehindert angegriffen und erodiert werden. Gelangt jedoch das Ätzmittel durch eine Fensteröffnung 22, dann wird die polykristalline Siliciumschicht in allen Richtungen mit gleicher Wirkung angegriffen. Auf diese Weise wird die polykristalline Siliciumschicht nicht nur direkt unter der Fensteröffnung 22 weggeätzt, sondern auch etwas in lateraler Richtung, indem gewissermaßen die Photorisistlinien 21a und 21b unterschnitten werden. Die aus der Darstellung nach Fig. 4 hervorgehende Unterschneidung ist etwa gleich dem Abstand d, der der Dicke der polykristallinen Siliciumschicht entspricht.In addition to the problem of projection and print resolution, now Furthermore, the nature of the chemical etching process itself must be taken into account. Since that is to remove the unnecessary Etchants serving areas of the polycrystalline silicon layer only through the overlaid photoresist layer 21 in FIG its effect is hindered, the layer areas exposed by window openings 22 can be attacked and unhindered be eroded. However, if the etchant passes through a window opening 22, the polycrystalline silicon layer is in all of them Directions attacked with equal effect. In this way, the polycrystalline silicon layer is not just directly under the Window opening 22 etched away, but also somewhat laterally Direction by, as it were, undercut the photorisist lines 21a and 21b. The one emerging from the illustration according to FIG Undercut is approximately equal to the distance d, which corresponds to the thickness of the polycrystalline silicon layer.
Die auf diese Weise herausgeätzten Leitungen 16a und 16b, sind dann also nach dem Ätzen schmaler als die darüberliegenden Photorisistlinien 21a und 21b, da der Betrag des weggeätzten polyristallinen Siliciums größer ist als es der Breite der Fensteröffnung 22 entspricht. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, daß die Breite der Photorisistlinien 21a und 21b nicht geringer gewählt wird als etwa fünfmal die Dicke der wegzuätzenden Schicht.The lines 16a and 16b etched out in this way are then so after the etching it is narrower than the overlying photorisist lines 21a and 21b, since the amount of polyrystalline silicon etched away is greater than the width of the window opening 22 corresponds. For this reason, it is necessary that the width of the photoresist lines 21a and 21b is not made smaller than about five times the thickness of the layer to be etched away.
In typischer Weise besitzen gebräuchliche FET-Gate-Elektroden mit Rücksicht auf Strom- und Spannungseigenschaften Dicken zwischen 8000 A* und 12 000 R. Für vorliegendes Beispiel, bei der die zu ätzende polykristalline Siliciumschlcht eine Dicke von etwa 8000 R besitzt, ergibt sich ein Unterschied unter ver-Common FETs typically have gate electrodes with regard to current and voltage properties thicknesses between 8000 A * and 12000 R. For this example, where the polycrystalline silicon layer to be etched has a thickness of about 8000 R, there is a difference between
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bleibenden Photorisistlinien von ebenfalls 8000 8. Aus diesem Grunde sollte die Breite der Photorisistlinien 21a und 21b nicht kleiner als etwa 40 000 8 sein. Eine Systemauflösung von etwa 20 000 & stellt ninsichtlich der Breite dieser Linien kein Problem dar. Wird jedoch die Systemauflösung hinsichtlich der Breite der Fenster 22 kritisch, dann ist unter allen Umständen zu berücksichtigen, daß der Abstand der Photorisistlinien 21a und 21b zueinander nicht kleiner als etwa 20 000 8 sein kann.permanent photorisist lines of also 8000 8. From this Basically, the width of the photoresist lines 21a and 21b should not be less than about 40,000 8. A system resolution of about 20,000 & poses no problem with the width of these lines If, however, the system resolution with regard to the width of the windows 22 becomes critical, then it is closed under all circumstances take into account that the distance between the photorisist lines 21a and 21b cannot be less than about 20,000 8 with respect to one another.
Wird vorausgesetzt, daß die Fensteröffnungen 22 bloß 20 000 A* breit sind, dann würde die gesamte Zellenbreite, wenn nichts weiteres vorliegt, für jede Leitung 16a und 16b etwa 60 000 8 betragen. Von dieser gesamten Zellenbreite wurden also nur die Bereiche T21 und T41 unter der jeweiligen Leitung 16a bzw. 16b aktiv in der Stromführung zwischen den Diffusionszonen 17 und 18 sein. Damit ist aber die aktive Zellenbreite nur etwa 24 000 S. Die verbleibenden 36 000 8 bedingen einen Leerraum, der zur Verminderung der Speicherdichte beiträgt. Natürlich definieren diese Leitungen 16a und 16b auch zusätzliche Zellen T22 und T42 zwischen den Diffusionszonen 19 und 20.Assuming that the window openings 22 are only 20,000 A * are wide, then the total cell width, if nothing else, would be about 60,000 8 for each line 16a and 16b. Of this total cell width, only the Areas T21 and T41 under the respective line 16a and 16b active in the current conduction between the diffusion zones 17 and Be 18. But that means the active cell width is only approx 24,000 S. The remaining 36,000 8 require a space, which contributes to the reduction of the storage density. Of course, these lines 16a and 16b also define additional cells T22 and T42 between diffusion zones 19 and 20.
Sind die Leitungen 16a und 16b einmal definiert, dann werden die verbleibenden Photoresistreste entfernt und die Leitungen 16a und 16b werden durch irgendeinen der bekannten Prozesse weiterbehandelt, so daß ein geeigneter Isolator 24, wie z. B. Siliciumdioxyd mit einer Dicke von vorzugsweise 1000 8 bis 3000 8 hierauf aufgetragen wird. Wenn die Leitungen 16a und 16b diese Isolationsschicht 24 aufweisen, dann wird eine Aluminiumschicht von etwa 8000 8 Dicke über den gesamten Flächenbereich des Musters aufgebracht. Diese Schicht wird dann wie oben beschrieben geätzt, so daß sich die Leitungen 28a und 28b ergeben. Die Leitung 28a stößt an die Leitung 16a an und die Leitung 28b liegt zwischen den und stößt an die Leitungen 16a und 16b an. Diese'Leitungen 28a und 28b stellen nun zusätzliche Zellen TIl, T31, Tl2 und T32 in den bisherOnce the lines 16a and 16b are defined, the remaining photoresist is removed and lines 16a and 16b are further treated by any of the known processes, so that a suitable insulator 24, such as. B. silicon dioxide with a thickness of preferably 1000 8 to 3000 8 applied thereon will. If the lines 16a and 16b have this insulation layer 24, then an aluminum layer approximately 8000 8 thick is applied over the entire surface area of the pattern. This layer is then etched as described above to produce lines 28a and 28b. The line 28a abuts to line 16a and line 28b is between and abuts lines 16a and 16b. These lines 28a and 28b now put additional cells TIl, T31, Tl2 and T32 in the previously
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unbenutzten Flächenbereichen bereit, die den Leitungen 16a und 16b benachbart sind. Damit ergibt sich, daß im erfindungsgemäßen Muster zweimal soviel Zellen im gleichen Flächenbereich enthalten sind, als es bisher der Fall gewesen ist.unused areas ready, the lines 16a and 16b are adjacent. It follows that in the invention Pattern contains twice as many cells in the same area as has previously been the case.
Fig. 5 zeigt schematisch das Muster der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, und zwar in Form eines wortorganisierten energieunabhängigen Speichersystems, das sich verwenden läßt, entweder als elektronisch änderbares Festwertspeichersystern, oder als großer Direktzugriffsspeicher. Die hier gezeigte Anordnung umfaßt vier Worte, von denen jedes zwei Bits enthält.Fig. 5 shows schematically the pattern of the arrangement shown in Fig. 1, in the form of a word-organized energy-independent Storage system that can be used either as an electronically changeable read-only storage system, or as a large random access memory. The arrangement shown here consists of four words, each of which contains two bits.
Zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung und des bevorzugten Ausführungsbeispiels sei angenommen, daß die energieunabhängigen variablen Schwellwert-Halbleiter-Speicherglieder TIl, T12, T21, T22, T31, T32, T41 und T42 alle zum N-Kanal-Betrieb ausgelegt sind und eine anfängliche Schwellenwertspannung von 6 Volt besitzen, wenn keine Ladung an der dielektrischen Grenzschicht gespeichert ist, und eine Schwellenwertspannung von etwa 1 Volt haben, wenn diese Grenzschicht eine Ladung aufweist. Es versteht sich natürlich, daß die Anordnung jede beliebige Anzahl von Wortleitungen mit hierin enthaltener beliebiger Bitanzahl aufweisen kann, wenn auch im beschriebenen Ausführungsbeispiel die oben angegebenen Begrenzung vorliegt.For the purpose of explaining the invention and the preferred embodiment, it is assumed that the energy-independent variable threshold semiconductor memory elements TIl, T12, T21, T22, T31, T32, T41 and T42 are all designed for N-channel operation and have an initial threshold voltage of 6 volts when there is no charge on the dielectric interface is stored, and have a threshold voltage of about 1 volt when this boundary layer has a charge. It understands It goes without saying that the arrangement can have any number of word lines with any number of bits contained therein may have, even if the above-specified limitation is present in the exemplary embodiment described.
Jede Wortleitung 28a, 16a, 28b und 16b ist mit den Gates der beiden Transistoren gekoppelt von denen jeder ein Bit des 2-Bit-Wortes speichert. Für die Wortleitung 28a gelten die Transistoren TIl und T12. Der Wortleitung 16a sind die Transistoren T21 und T22 zugeordnet. Die Transistoren T31 und T32 sind für die Wortleitung 28b und die Transistoren T41 und T42 für die Wortleitung 16b vorgesehen. Zum Zwecke der Veranschaulichung ist die energieunabhängige variable Schwellenwerteigenschaft jedes Gliedes jeweils durch die gestrichelte Linie zwischen Gate und Substrat bei jedem Bauelement angedeutet.Each word line 28a, 16a, 28b and 16b is coupled to the gates of the two transistors, each of which has a bit of the 2-bit word stores. The transistors TIl and T12 apply to the word line 28a. The word line 16a are the transistors Assigned to T21 and T22. Transistors T31 and T32 are for word line 28b and transistors T41 and T42 provided for the word line 16b. For purposes of illustration, is the energy independent variable threshold property each member indicated by the dashed line between gate and substrate for each component.
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Jede Wörtleitung ist über, einen entsprechend zugeordneten Wortleitüngsaüswahl-Transistor mit einem zugeordneten Treiber gekoppelt, der dazu dient, wahlweise geeignete Spannungen bereitzustellen. So ist die Wortleitung 28a über einen Wortleitungsauswahl-Transistor 43 mit einem Worttreiber 44 gekoppelt. In gleicher Weise ist die Wortleitung 28b über einen Wortleitungsauswahl-Transistor 45 mit dem gleichen Wortleitungstreiber 44 gekoppelt. Die Wortleitungen 16a und 16b sind über entsprechend zugeordnete Wortleitungsauswähl-Transistoren 46 und 47 mit einem zweiten Wortleitungstreiber 48 gekoppelt. Alle diese Wortleitungstreiber sind jeweils mit Decodierschaltkreisen 49 und 50 gekoppelt, die ihrerseits mit einem nicht gezeigten Adressregister verbunden sind, das einen Satz von Adress-Signalen auf den Leitungen A, B, C und D bereitstellen kann.Each word line is via a correspondingly assigned word line selection transistor coupled to an associated driver, which is used to optionally provide suitable voltages. So the word line 28a is through a word line select transistor 43 coupled to a word driver 44. Similarly, word line 28b is via a word line select transistor 45 with the same word line driver 44 coupled. Word lines 16a and 16b are above corresponding associated word line selection transistors 46 and 47 with a second word line driver 48 coupled. All of these word line drivers are provided with decoding circuits 49 and 50, respectively coupled, in turn with an address register, not shown are connected that have a set of address signals the lines A, B, C and D.
Alle Wortleitungsauswahl-Transistoren 43, 45, 46 und 47 sind so angeordnet, daß ihr jeweiliges Gate mit dem Ausgang eines von einem Paar von ODER-Glieder 51 und 52 gekoppelt ist. So sind die Gates der Transistoren 43 und 46 mit dem Ausgang 53 des ersten ODER-Gliedes 51 gekoppelt, und die Gates der Transistoren 45 und 47 mit dem Ausgang 54 des zweiten ODER-Gliedes 52. Die ODER-Glieder 51 und 52 besitzen einen Eingang 55 und 56, die mit der Vorspannungsquelle 60 gekoppelt sind, und einen Eingang 57 und 58, der mit der Leitung D gekoppelt ist, auf der das letzte signifikative Bit des Satzes zugeführter Adress-Signale auftritt. Eines der ODER-Glieder, z. B. ODER-Glied 51, weist einen Inverter auf, der zwischen dem ODER-Glied-Eingang 57 und der Adressleitung D liegt.All word line select transistors 43, 45, 46 and 47 are arranged so that their respective gates are coupled to the output of one of a pair of OR gates 51 and 52. So are the gates of transistors 43 and 46 with output 53 of the first OR gate 51 coupled, and the gates of the transistors 45 and 47 with the output 54 of the second OR gate 52. The OR gates 51 and 52 have an input 55 and 56 coupled to bias source 60 and an input 57 and 58 coupled to line D. is on which the last significant bit of the set is supplied Address signals occurs. One of the OR gates, e.g. B. OR gate 51, has an inverter between the OR gate input 57 and the address line D is located.
Wie bereits erwähnt, besitzen alle Speicherzellen einer Matrix jeweils einen energieunabhängigen variablen Schwellenwert-Transistor. Der erste Satz von Speicherzellen, nämlich die Transistoren TIl und Tl2, sind mit der Wortleitung 28a gekoppelt, indem diese Wortleitung 28a jeweils an das Gate dieser Transistoren angeschlossen ist. Die zweite Menge gleicher Tran-As already mentioned, all memory cells have a matrix one energy-independent variable threshold transistor each. The first set of memory cells, namely the transistors TIl and Tl2, are coupled to the word line 28a, by connecting this word line 28a to the gate of these transistors connected. The second set of equal tran-
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sistoren T2l und T22, sind in gleicher Weise mit der Wortleitung 16a gekoppelt. Die Transistoren T31 und T32, sind über ihre Gates mit den Wortleitungen 28b wohingegen die Transistoren T41 und T42, über ihre Gates mit den Wortleitungen 16b gekoppelt sind.Transistors T2l and T22 are coupled to word line 16a in the same way. Transistors T31 and T32 are over their gates to word lines 28b, whereas transistors T41 and T42 are coupled to word lines 16b via their gates are.
Wie sich aus den Darstellungen nach Fig. 1 bis Fig. 3 ergibt/ sind für alle Transistoren TIl, T21, T31 und T41 zwischen den eindiffundierten Linien 17 und 18 gebildet, die als Sources und Drains für jedes Bauelement hierzwischen dienen. Diese eindiffundierten Linien 17 und 18 dienen außerdem als Bit-Abfühlleitungen für die Matrix und sind rait ihrem jeweiligen einen Ende mit einem üblichen Bit-Leitungstreiber und einem Abfühlverstärker 59 verbunden. In gleicher Weise dienen die diffundierten Linien 19 und 20 als Bit-Abfühlleitungen und gleichzeitig als Source bzw. Drain Diffusionen für die Transistoren T12, T22, T32 und T42. Diese Bit/Abfühllinien 19 und 20 sind ebenfalls mit einem Ende am Bit-Leitungstreiber und Abfühlverstarkern 59 angeschlossen. Die Substrate der Transistoren sind weiterhin jeweils an eine übliche Spannungsversorgung 62 angeschlossen, die nach Bedarf eine geeignete Gleichspannungsimpulsabgabe an die Substrate gewährleistet.As can be seen from the illustrations according to FIG. 1 to FIG. 3, / are for all transistors TIl, T21, T31 and T41 between the diffused lines 17 and 18 are formed which serve as sources and drains for each device therebetween. These diffused in Lines 17 and 18 also serve as bit sense lines for the matrix and are at their respective ends with a common bit line driver and sense amplifier 59 connected. Likewise, the diffused lines 19 and 20 serve as bit sense lines and at the same time as Source and drain diffusions for the transistors T12, T22, T32 and T42. These bit / sense lines 19 and 20 are also included one end connected to the bit line driver and sense amplifiers 59. The substrates of the transistors are each connected to a conventional voltage supply 62, the if necessary, a suitable DC voltage pulse output to the Substrates guaranteed.
Zur Beschreibung der Betriebsweise der Speichermatrix gemäß der Erfindung wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, wird außerdem auf die Impulsdiagramme der Fig. 6 bezug genommen, wobei vorausgesetzt wird, daß zum Zwecke der Veranschaulichung der niedrige Schwellenwertzustand, d. h., der Ladungszustand einer energieunabhängigen Transistors eine binäre Null und der hohe Schwellenwertzustand, d. h. , der ungeladene Zustand eines energieunabhänigen Transistor in Matrix eine binäre Eins darstellt. Anfänglich ist jede Wortleitung der Matrix w"ie in Fig. 5 gezeigt gelöscht, so daß die dielektrische Grenzfläche bei jedem Transistor, der mit der gelöschten Leitung gekoppelt ist geladen wird und jeder Transistor eine niedrige Schwellenwertspannung aufweist. Nach Löschung jeder Wortleitung, lassen sich ausgewählte BauelementeIn order to describe the operation of the memory matrix according to the invention as shown in FIG. 5, reference is also made to FIG Referring to the timing diagrams of Figure 6, it is assumed that, for purposes of illustration, the low threshold condition, d. i.e., the state of charge of an energy-independent transistor is a binary zero and the high threshold state, d. H. , the uncharged state of an energy-independent transistor in matrix represents a binary one. Initially everyone is The word line of the matrix as shown in FIG. 5 is erased so that the dielectric interface of each transistor connected to the erased line is charged and each transistor has a low threshold voltage. After deletion each word line, can be selected components
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an der Wortleitung anschreiben, d. h., sie können in den Hochspannungszustand entladen werden. Jedes Bauelement läßt sich daraufhin zerstörungsfrei auslesen, um den jeweiligen Zustand zu ermitteln.write on the word line, d. i.e., they can be in the high voltage state be discharged. Each component can then be read out non-destructively to determine its respective state to investigate.
Zum Löschen einer speziellen Wortleitung einer Matrix, z. B. der Wortleitung 28a, werden geeignete Signale über die Adressleitungen A, B, C und D empfangen. Die Leitungen A, B und C lassen die Decodierschaltkreise 49 und 50 ansprechen, so daß hierdurch wiederum die Treiber 44 und 48 eingeschaltet werden. Jedoch ist zu berücksichtigen, daß aufgrund der Wortleitungsauswahl-Transistoren 43, 46, 45 und 47 nicht alle Wortleitungen auf Löschspannungen gebracht werden. Stattdessen wird nur eine einzige spezielle Wortleitung auf die Löschspannungen gebracht. Wird so angenommen, z. B., daß die Wortleitung 28 diejenige ist, die gelöscht werden soll, um anschließend eingeschrieben zu werden, dann muß nachstehend aufgeführte Ereignisfolge ablaufen. To erase a specific word line of a matrix, e.g. B. the word line 28a, appropriate signals on the address lines A, B, C and D received. Lines A, B and C make the decoder circuits 49 and 50 respond, so that this in turn turns on the drivers 44 and 48. However, it should be taken into account that due to the word line selection transistors 43, 46, 45 and 47 not all word lines are brought to erase voltages. Instead, only one only special word line brought to the erase voltages. Is so assumed, e.g. B. that the word line 28 is that which is to be erased in order to then be written then the sequence of events listed below must take place.
Zur Zeit TO soll auf der Leitung D, d. h., auf der am wenigsten signifikativen Bitleitung, ein Pegel von O Volt auftreten. Das bedeutet, daß der Eingang 58 des ODER-Glieds 52 ebenfalls O Volt hat, jedoch hat unter Einwirkung des Inverters 61 der Eingang 57 des ODER-Glieds 51, einen positiven Pegel, so daß dessen Ausgang 53 ebenfalls positiv ist, wie durch Kurve 71 in Fig. 6 angedeutet. Der Spannungspegel des Bits D ist vorzugsweise niedrig, d. h. etwa l Volt, jedoch muß der Ausgang der ODER-Glieder groß genug sein, um die Transistoren 43, 45, 46 und 47 in Ein-Zustand schalten zu können. Die hier gezeigte Spannung beträgt +20 Volt. Zur Zeit Tl wird das am wenigsten signifikative Bit D positiv, und der Ausgang 54 des ODER-Glieds 52 geht hoch auf +20 Volt, wie durch Impuls 73 angedeutet. Gleichzeitig zur Zeit Tl, wird ein kleiner 1 Volt-Spannungs-Impuls' 72 von der Spannungsquelle 60 auf die Eingänge 55 und 56 der ODER-Glieder 51 bzw. 52 übertragen, so daß der AusgangAt the time TO should be on line D, d. i.e., on the least significant bit line, a level of 0 volts may occur. This means that the input 58 of the OR gate 52 also 0 volts, however, under the action of the inverter 61, the input 57 of the OR gate 51 has a positive level, so that whose output 53 is also positive, as shown by curve 71 indicated in FIG. 6. The voltage level of the bit D is preferable low, d. H. about 1 volt, but the output of the OR gates must be large enough to power transistors 43, 45, 46 and 47 to be able to switch to the on-state. The voltage shown here is +20 volts. This is the least at time Tl significant bit D positive, and the output 54 of the OR gate 52 goes high to +20 volts as indicated by pulse 73. At the same time as time Tl, a small 1 volt voltage pulse ' 72 from the voltage source 60 to the inputs 55 and 56 of the OR gates 51 and 52, respectively, so that the output
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53 des ODER-Glieds 51 auf seinen hohen positiven Ausgangspegel bleibt. Die Ausgangspegel der ODER-Glieder 51 und 52 sind nun positiv wie durch die Kurven 71 und 73 angedeutet. Diese positiven Spannungen am Ausgang der beiden ODER-Glieder 51 und 52 werden den Gates der Wortleitungsauswahl-Selektoren 43, 45, 46 und 47 zugeführt, so daß alle diese Transistoren in den Ein-Zustand gelangen. Da die Worttreiber 44 und 48 ebenfalls in den Ein-Zustand gelangen und damit + 20 Volt an die Sources der Wortleitungsauswahl-Transistoren 43, 45, 46 und 47 wie durch die Impulse 74 und 75 angedeutet anliegen, wird allen Wortleitungen. 28a, 16a, 28b und 16b jeweils ein positiver Impuls zugeführt. Der der Wortleitung 28a zugeführte 20 Volt-Impuls ist als Impuls 76 angedeutet und der allen anderen Wortleitungen 20 zugeführte Volt-Impuls ist mit Impuls 77 bezeichnet. Durch Zufuhr dieser Spannung werden die parasitären Kapazitäten jeder Wortleitung jeweils auf + 20 Volt aufgeladen. Gleichzeitig schalten der Bit-Treibungsleiter 54 und der Substrat-Treiber 62 ein, so daß alle Bitleitungen 17, 18, 19 und 20 und die Substrate jedes Bauelements in der Matrixanordnung auf + 20.VoIt wie durch die Impulse 78, 79, 80, 81 und 82 angedeutet, gebracht werden. Werden nun zum Zeitpunkt T2 sowohl Impuls 72 aus der Quelle 60 und Impuls 74 vom Worttreiber 44 beendet, dann nimmt die Ausgangsleitung 53 des ODER-Gliedes 51 Erdpotential bzw. 0 Volt an, wo hingegen die Leitung 54 auf ihrem hohen Spannungspegel verbleibt; die Transistoren 43 und 46 schalten ab, so daß auch die Wortleitungen 28a und 16a auf einem hohen Spannungspegel verbleiben. Da jedoch der Ausgang 54 des ODER-Gliedes 52, in einer hohen positiven Spannungsbedingung bleibt, bleiben die Transistoren 45 und 47 in ihrem Ein-Zustand. Da weiterhin der Ausgangstreiber 48 einen großen positiven Impuls über Transistor 47 wirksam werden läßt, bleibt die Wortleitung 16b auf einem hohen positiven Spannungspegel. Da jedoch der Transistor 45 den jetzt auf Erdpotential befindlichen Worttreiber 44 mit der Wortieitung 28b verbunden hält, wird die parasitäre Kapazität der Leitung 28b entladen, und die Leitung 28b gelangt über den Treiber 44 auf Erdpotential.53 of OR gate 51 remains at its high positive output level. The output levels of the OR gates 51 and 52 are now positive as indicated by curves 71 and 73. These positive voltages at the output of the two OR gates 51 and 52 become the gates of the word line selection selectors 43, 45, 46 and 47 are supplied so that all of these transistors become on-state. Since the word drivers 44 and 48 are also in the Get on-state and thus +20 volts to the sources of the word line selection transistors 43, 45, 46 and 47 as through the pulses 74 and 75 indicated are applied to all word lines. 28a, 16a, 28b and 16b are each supplied with a positive pulse. The 20 volt pulse applied to word line 28a is indicated as pulse 76 and that of all other word lines 20 volt pulse supplied is denoted by pulse 77. By feeding this voltage becomes the parasitic capacitance of each word line charged to + 20 volts each. Simultaneously, the bit drive conductor 54 and the substrate driver 62 turn on so that all bit lines 17, 18, 19 and 20 and the substrates of each component in the matrix arrangement to + 20.VoIt as by the Pulses 78, 79, 80, 81 and 82 indicated are brought. Both pulse 72 from source 60 and pulse 74 from word driver 44 terminated then the output line picks up 53 of the OR gate 51 to ground potential or 0 volts, whereas line 54 remains at its high voltage level; the transistors 43 and 46 switch off, so that the word lines 28a and 16a also remain at a high voltage level. However, since the output 54 of the OR gate 52 remains in a high positive voltage condition, the Transistors 45 and 47 in their on-state. Since the output driver 48 continues to send a large positive pulse through transistor 47 makes it effective, the word line 16b remains at a high positive voltage level. However, since the transistor 45 keeps the word driver 44, which is now at ground potential, connected to the word line 28b, the parasitic capacitance becomes discharged on line 28b, and line 28b is brought to ground potential via driver 44.
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Zum Zeitpunkt T3 legt der Schaltkreis 60 wiederum einen positiven Impuls 83 an die Eingänge 55 und 56 der ODER-Glieder 51 und 52 an. Dieser impuls 83 hinwiederum läßt den Ausgang 53 des ODER-Gliedes 51 wie durch Impuls 84 angedeutet, auf eine Spannung von + 20 Volt ansteigen*At time T3, circuit 60 again applies a positive Pulse 83 to inputs 55 and 56 of OR gates 51 and 52. This pulse 83 in turn leaves the output 53 of the OR gate 51 as indicated by pulse 84, increase to a voltage of + 20 volts *
Zum Zeitpunkt T4 wird der Worttreiber 48 abgeschaltet und der Impuls 75 beendet, wobei die parasitären Kapazitäten auf den übrigen Wortleitungen 28ä, 16a und 16b ebenfalls nach Erde entladen werden. Zum Zeitpunkt T5 nehmen alle Bitleitungen und das Substrat Erdpotential an, wie es durch die Beendigung der Impulse 78, 79, 80, 81 und 82 angedeutet ist. Damit werden nur die Transistoren T31 und T32, die mit der Wortleitung 28b gekoppelt sind, in einer binären Null-Bedingung gehalten.At time T4, word driver 48 is switched off and the Pulse 75 ended, the parasitic capacitances on the the remaining word lines 28a, 16a and 16b are also discharged to ground will. At time T5, all bit lines and the substrate assume ground potential, as indicated by the termination of the pulses 78, 79, 80, 81 and 82 is indicated. This means that only the transistors T31 and T32, which are coupled to the word line 28b are held in a binary zero condition.
Soll zum Zeitpunkt T6 eine binäre Eins, z. B. in Transistor T31 eingeschrieben werden, dann wird der Worttreiber 44 eingeschaltet, und ein Impuls 85 wird zu den Sources der Transistoren 43 und 45 geleitet, und die Bitleitungen 19 und 20 werden ebenfalls auf + 20 Volt angehoben (Impulse 89 und 90). Da zu diesem Zeitpunkt nur der Ausgang 54 des ODER-Glieds 52 positiv ist, werden nur die Transistoren 45 und 47 eingeschaltet, und die Wortleitung 28b besitzt einen positiven Impuls 86, der vom Worttreiber 44 zugeführt ist. Dies hat zur Folge, daß das Gate der Transistoren T3i und T32, die Spannung der Wortleitung 28b einnimröt. Unter diesen SpannungsVerhältnissen ist nur beim Transistor T31 die Ladung vom Ladungsspeichermedium entfernt, um ihn so in den hohen Schwellenwert-Zustand zu versetzen. Damit wird also eine binäre Eins hierin eingestellt. Beim Transistor T32, dessen Source und Drain, d. h. Bitleitungen 19 und 20, auf hoher positiver Spannung liegen und dessen Gate, das mit der Leitung 28b verbunden ist, ebenfalls ein hohes Potential besitzt, bleibt der Ladungszustand unverändert; dieses Speicherglied wird also nicht eingeschrieben.Should a binary one, z. B. are written into transistor T31, then the word driver 44 is switched on, and pulse 85 is applied to the sources of transistors 43 and 45, and bit lines 19 and 20 become also raised to + 20 volts (pulses 89 and 90). In addition at this point in time only the output 54 of the OR gate 52 is positive only the transistors 45 and 47 are switched on, and word line 28b has a positive pulse 86, which is supplied by the word driver 44. This has the consequence that the gate of the transistors T3i and T32, the voltage of the word line 28b red. Under these voltage conditions only removes the charge from the charge storage medium in the case of transistor T31 in order to put it in the high threshold state. A binary one is thus set here. The transistor T32, whose source and drain, i. H. Bit lines 19 and 20, are at a high positive voltage and its gate, which is connected to the line 28b, also has a high potential the state of charge remains unchanged; this The memory element is therefore not written into.
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Die übrigen Speicherglieder in dieser Matrix, werden aber ebenfalls nicht eingeschrieben, da z. B. die Transistoren Tl2, T22 und T42 mit ihrem Bit/Abfühlleitungen 19 und 20 mit bezug auf ihre jeweiligen Gates auf hohem positiven Potential liegen, oder wie z. B. die Transistoren TIl, -T21 und T4l, mit ihren Gates Sources und Drains jeweils auf 0 Volt gebracht sind.The remaining storage elements in this matrix, however, are also not registered, as z. B. the transistors Tl2, T22 and T42 with their bit / sense lines 19 and 20 with reference to their respective gates are at a high positive potential, or B. the transistors TIl, -T21 and T4l, with their gates Sources and drains are each brought to 0 volts.
Nach einem ausreichenden Zeitabschnitt, um zu gewährleisten, daß die ausgewählten Speicherglieder eingeschrieben worden sind, d. h. zum Zeitpunkt T7, wird der Worttreiber 44 ebenfalls wieder abgeschaltet, um den Impuls 85 zu beenden. Da der Transistor 45 in eleitender Bedingung bleibt, wird die Wortleitung 28b gleichzeitig auf Erdpotential durch Einwirken des Worttreibers 44 gebracht. Zum Zeitpunkt T8, gelangen die Bitleitungen 19 und 20 ebenfalls auf Erdpotential.After a sufficient period of time to ensure that the selected memory members have been written are, d. H. at time T7, the word driver 44 is also switched off again in order to terminate the pulse 85. Since the Transistor 45 remains in the conductive condition, the word line 28b is at the same time to ground potential by the action of Word driver 44 brought. At time T8, bit lines 19 and 20 also come to ground potential.
Nachdem der ausgewählte Transistor, nämlich Transistor T31, eingeschrieben worden ist, d. h. in seinen hohen Schwellenwert-Zustand gebracht ist, läßt sich die Matrix anschließend zerstörungsfrei auslesen. Zum Zwecke der Veranschaulichung sei angenommen, daß die Wortleitung 28b ausgelesen werden soll, wobei also der Zustand der Transistoren T31 und T32 durch einen Lesezyklus, der zum Zeitpunkt T9 eingeleitet wird, ermittelt werden soll. Dieser Lesezyklus beginnt durch Zuführen geeigneter + 5 Volt-Lesesignalimpulse 91 und 92 auf die Bitleitungen 17 und 19. Zum Zeitpunkt TlO schalten der Wortdecodierer 49 und der Wortleitungstreiber 44 ein, um einen + 5 Volt-Impuls 88 auf die Sources der Wortauswahltransistoren 43 und 45 zu übertragen. Da jedoch der Ausgang 53 des ODER-Glieds 51 auf Erdpotential bleibt, bleibt auch der Transistor 43 ausgeschaltet. Der Ausgang 54 des ODER-Glieds 52 liegt bei + 20 Volt, wie durch den Impuls 73 angedeutet, und die Transistoren 45 und 47 bleiben in ihrem Ein-Zustand. Damit wird der Ausgang des Worttreibers 44 über Transistor 45, wie durch Impuls 93 angedeutet, auf die Wortleitung 28b übertragen. Obgleich der Transistor 47 ebenfalls durch die Span-After the selected transistor, namely transistor T31, is written has been, d. H. is brought into its high threshold state, the matrix can then be non-destructive read out. For the purpose of illustration, it is assumed that the word line 28b is to be read out, with the State of transistors T31 and T32 is to be determined by a read cycle that is initiated at time T9. This Read cycle begins by applying appropriate +5 volt read signal pulses 91 and 92 on bit lines 17 and 19. At time T10 turn on the word decoder 49 and the word line driver 44 to apply a + 5 volt pulse 88 to the sources of the To transmit word selection transistors 43 and 45. However, since the output 53 of the OR gate 51 remains at ground potential, remains transistor 43 is also turned off. The output 54 of the OR gate 52 is at + 20 volts, as indicated by the pulse 73, and transistors 45 and 47 remain in their on-states. So that the output of the word driver 44 is via transistor 45, as indicated by pulse 93, is transferred to word line 28b. Although the transistor 47 is also affected by the voltage
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nung am Ausgang 54 des ODER-Gliedes 52 eingeschaltet wird, bleibt die Wortleitung 16b auf Erdpotential, da der Worttreiber 48 ebenfalls auf Erdpotential bleibt. Steigt das Potential auf der Wortleitung 28b an, so daß die Transistoren T31 und T32 in den Ein-Zustand gelangen, dann wird ein 5 Volt-Impuls 94 auf der Bitleitung 20 in Erscheinung treten. Dies deutet an, daß der Transistor T.32 im niedrigen Schwellenwert-Zustand war und eine binäre Null speicherte. Die Bitleitung 18 bleibt auf Erdpotential um so anzuzeigen, daß der Transistor T31 im hohen Schwellenwert-Zustand war und eine binäre Eins speicherte.voltage at the output 54 of the OR gate 52 is switched on, the word line 16b remains at ground potential, since the word driver 48 also remains at earth potential. The potential on the word line 28b rises, so that the transistors T31 and T32 in the on-state then there will be a 5 volt pulse 94 on the bit line 20 appear. This indicates that transistor T.32 was in the low threshold state and was a binary one Zero saved. The bit line 18 remains at ground potential to indicate that transistor T31 is in the high threshold state was and stored a binary one.
Es sei darauf hingewiesen, daß dieser + 5 Volt-Impuls 93, auf der Wortleitung 28b niedriger ist, als die Schwellenwertspannung der Speicherglieder im hohen Schwellenwert-Zustand und so nicht ausreicht, um den Transistor T31 in den Ein-Zustand zu bringen. Jedoch reicht es völlig aus,, Speicher glieder im geringen Schwellenwert-Zustand in den Ein-Zustand zu schalten, d. h. Transistor T32.It should be noted that this +5 volt pulse 93, on of word line 28b is lower than the threshold voltage of the memory elements in the high threshold state and so on is not sufficient to bring the transistor T31 into the on-state. However, it is completely sufficient, memory links in the slightest To switch the threshold state to the on state, d. H. Transistor T32.
Dieser +5 Volt-Impuls ist außerdem unzureichend irgendeine Änderung im Ladungszustand der Transistoren T31 oder T32 herbeizuführen. This +5 volt pulse is also insufficient for any change bring about in the state of charge of the transistors T31 or T32.
Wird so die Wortleitung 28b auf -5 Volt vorgespannt, dann schalten lediglich die hieran angeschalteten gespeicherten Speicherglieder in den Ein-Zustand.If the word line 28b is thus biased to -5 volts, then switch only the stored storage elements connected to it are in the on-state.
Da die Transistoren TIl, Tl2, T21, T22, T31, T32, T41 und T42 alle energieunabhängig sind und variable Schwellenwertglieder darstellen, und da die an die Wortleitung angelegte Spannung von 5 Volt unzureichend ist, um den Ladungszustand irgendeines dieser Glieder zu beeinflussen, behält jedes Speicherglied seinen ursprünglichen Ladungszustand nach Beendigung des Impulses 93 bei. Da der Decodierer 48 nicht eingeschaltet worden ist, bleiben die Wortleitungen 16a und 16b auf Erdpotenial, und die Since the transistors TIl, Tl2, T21, T22, T31, T32, T41 and T42 are all energy independent and represent variable threshold value elements, and since the voltage of 5 volts applied to the word line is insufficient to affect the state of charge of any of these elements each storage element has its original state of charge after the end of the pulse 93. Since the decoder 48 has not been turned on, the word lines 16a and 16b remain at ground potential, and the
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hieran gekoppelten Transistoren werden in keiner Weise durch Anlegen von irgendwelchen Spannungen an die Bitleitungen beeinflußt. Transistors coupled to it are in no way created by applying influenced by any voltages on the bit lines.
Zum Zeitpunkt TIl gelangt der Worttreiber 44 auf Erdpotential, womit der Worttreiber-Impuls 92 beendet wird. Dies hat zur Folge, daß der Wortleitungsspannungs-Impuls 93 ebenfalls auf Erdpotential gebracht wird, so daß der Transistor T32 ausgeschaltet wird, obgleich doch die Bitleitung 19 auf einen +5 Volt-Pegel verbleibt.At the point in time TIl, the word driver 44 reaches ground potential, thus terminating the word driver pulse 92. This has the consequence that the word line voltage pulse 93 is also at ground potential is brought, so that the transistor T32 is switched off, although the bit line 19 is at a +5 volt level remains.
Der beschriebene Treiber ist einzigartig im Vergleich mit vorher bekannten, ähnlichen Anordnungen, da bei Anwendung des erfindungsgemäßen Systems die verbesserte Packungsdichte der Speichermatrix sich darüberhinaus auch auf die peripheren Treiberschaltungen ausdehnen läßt. Es dürfte natürlich völlig klar sein, daß, falls erforderlich, weit mehr als gerade vier Wortleitungen Anwendung finden können. In Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es nunmehr möglich, und zwar speziell in energieunabhängigen variablen Schwellenwert-Speicheranordnungen zu vermeiden, daß der minimale Wortleitungsabstand begrenzt ist durch den Worttreiberabstand. Falls erforderlich für eine vorgegebene Matrix-Konfiguration, lassen sich die metallischen Leitungen auf einer Seite der Matrix, und die polykristallinen Siliciumleitungen auf der anderen Seite der Matrix anbringen, so daß die entsprechenden Decodierer und Treiber auf entgegengesetzt gegenüberliegenden Seitenflächen des Matrixsubstrates zu liegen kommen.The described driver is unique in comparison with previously known, similar arrangements, since when using the invention The system's improved packing density of the memory matrix also affects the peripheral driver circuits can expand. It should of course be perfectly clear that far more than just four word lines, if necessary Can find application. Using the arrangement according to the invention, it is now possible, specifically in energy-independent to avoid variable threshold memory arrangements that the minimum word line spacing is limited by the word driver spacing. If necessary for a given matrix configuration, the metallic lines can be opened one side of the matrix, and place the polycrystalline silicon lines on the other side of the matrix so that the corresponding The decoder and driver come to lie on opposite side surfaces of the matrix substrate.
Die in Fig. 7 gezeigte Matrixanordnung, besitzt die zweifache Packungsdichte als diejenige, die in Fig. 5 gezeigt ist. Die Matrixanordnung nach Fig. 7 besteht ebenfalls aus einer Mehrzahl von Wortleitungen 101, 102, 1O3 und 104, die alle an die Gates der energieunabhängigen variablen Schwellenwert-Speicherglieder 100 angeschlossen sind. Diese Matrixanordnung benutzt die gleiche Decodierer-Treiberschaltungsanordnung und die am wenig-The matrix arrangement shown in FIG. 7 has twice the packing density than that shown in FIG. The matrix arrangement according to FIG. 7 likewise consists of a plurality of word lines 101, 102, 10 3 and 104, which are all connected to the gates of the energy-independent variable threshold value storage elements 100. This matrix arrangement uses the same decoder-driver circuitry and the least
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sten signifikative Bitanordnung derart, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, bei der ein Decodierer 105 mit einem Treiber 106 gekoppelt ist, der seinerseits über die beiden Wortleitungsauswahl-Transistoren 107 und 108 zu den Wortleitungen 101 bzw. 103 gespeist wird. In gleicher Weise ist ein zweiter Decodierer 110 mit einem Treiber 111 gekoppelt und über zwei Wortleitungsauswahl-Transistoren 112 und 113 außerdem mit den Wortleitungen 102 und 104. Ein Substrattreiber 119 ist mit den Substraten aller Transistoren in der Matrix gekoppelt. In gleicher Weise sind die Gates der Wortleitungsauswahl-Transistoren 107, 108, 112 und 113 mit den Ausgängen der ODER-Glieder 114 und 115 gekoppelt, die ihrerseits mit ihren Eingängen an einer Spannungsquelle 116 liegen. Das ODER-Glied 114 ist über einen Inverter 117 mit der am wenigsten signifikativen Bitleitung D gekoppelt, die an einem geeigneten Speicheradressregister liegt, das hier allerdings nicht gezeigt ist; wohingegen das ODER-Glied 115 direkt mit diesem Bit gekoppelt ist. Jeder Matrixtransistor liegt zwischen einem Bitleitungspaar. Diese Bitleitungen 120, 121, 122, 123, 124 und 125 liegen alle ihrerseits an einem Bitleitungstreiber 126. Die alternierenden Bitleitungen 121, 123 und 125 werden über geeignete Schalter 127 gespeist, so daß sie entweder an den Bitleituhgstreiber 126 oder an die entsprechenden Abfühlverstärker 129, 130 und 131 anschließbar sind.Most significant bit arrangement such as is shown in FIG. 5, in which a decoder 105 is coupled to a driver 106 is, which in turn via the two word line selection transistors 107 and 108 is fed to word lines 101 and 103, respectively. Similarly, a second decoder 110 is with a Driver 111 coupled and across two word line select transistors 112 and 113 also to word lines 102 and 104. A substrate driver 119 is with the substrates of all of the transistors coupled in the matrix. In the same way, the gates of the word line selection transistors 107, 108, 112 and 113 are connected to the Outputs of the OR gates 114 and 115 coupled, in turn their inputs are connected to a voltage source 116. The OR gate 114 is via an inverter 117 with the least significant bit line D coupled to an appropriate Memory address register, which is not shown here; whereas the OR gate 115 is coupled directly to this bit is. Each matrix transistor lies between a pair of bit lines. These bit lines 120, 121, 122, 123, 124 and 125 are all in turn connected to a bit line driver 126. The alternating bit lines 121, 123 and 125 are via suitable Switch 127 fed to either the bit line driver 126 or to the appropriate sense amplifier 129, 130 and 131 can be connected.
Um auf Fig. 1 zurückzukommen, läßt sich erkennen, daß zusätzliche Transistoren zwischen die Wortleitungen 18 und 19 einschaltbar sind indem lediglich die Oxyd-Dickschicht 13 hierzwischen entsprechend entfernt wird. Wird dies durchgeführt, dann stehen drei Transistoren in der Matrixanordnung der Fig. 1 längs jeder Wortleitung zur Verfügung. So kann in erweiternder Auslegung der Erfindung ein zusätzlicher Transistor zwischen jedem Bitleitungspaar bereitgestellt werden, d. h. zwischen den Bitleitungen 18 und 19, wo vorher nichts dergleichen existierte. Die Mittel zum Lesen und Schreiben solcher als Zwischenspeicher- ■ glieder dienenden Transistoren sind an anderer Stelle beschrieben.To come back to Fig. 1, it can be seen that additional Transistors between the word lines 18 and 19 can be switched in by only the thick oxide layer 13 between them is removed accordingly. If this is done, there are three transistors in the matrix arrangement of the Fig. 1 is available along each word line. So can in expanding In accordance with the invention, an additional transistor can be provided between each bit line pair, i. H. between the bit lines 18 and 19 where nothing of the kind existed before. The means for reading and writing such transistors serving as intermediate storage elements are described elsewhere.
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Hierin wird grundsätzlich ausgeführt, daß eine energieunabhängige variable Schwellenwert-Speicheranordnung wie z. B. in Fig. 7 beschrieben, lediglich einen einzigen Abfühlverstärker zum Lesen von jeweils zwei benachbarten Reihen der der Transistoren in der Matrix zusammen mit entsprechender Substratvorspannung erfordert, um so selektiv Lese-, Schreib- und Löschoperationen mit einer einzigen Spannungspolarität selektiv zu steuern, so daß es nicht erforderlich ist, sowohl positive als auch negative Spannungen in Form entsprechender Impulse an die Gates der Transistoren anzulegen. Die Matrixanordnung nach Fig. 7 kann sich dieses Leseschemas bedienen, das lediglich einen Abfühlverstärker, d. h. die Verstärker 129, 130 und 131 für jeweils zwei benachbarte Reihen der Transistoren benötigt, so daß die Transistoren in einem Halbleiterkörper gebildet werden können; eine einzige gemeinsame Bitleitung kann damit also jeweils zwei benachbarte Transistorreihen versorgen.It is basically stated here that an energy-independent variable threshold value memory arrangement such as e.g. B. in Fig. 7 described, just a single sense amplifier for reading of any two adjacent rows of the transistors in the matrix together with a corresponding substrate bias, so as to selectively control read, write and erase operations with a single voltage polarity so that it does not it is necessary to apply both positive and negative voltages in the form of corresponding pulses to the gates of the transistors. The matrix arrangement of FIG. 7 can adopt this reading scheme operate that only has a sense amplifier, i. H. the Amplifiers 129, 130 and 131 are required for each two adjacent rows of transistors, so that the transistors are in a semiconductor body can be formed; a single common bit line can therefore each have two adjacent rows of transistors supply.
Damit läßt sich dann eine weitere Verdoppelung der Packungsdichte herbeiführen.This can then bring about a further doubling of the packing density.
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Legal Events
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