DE2441385C3 - Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein- Transistor-Speicherelement - Google Patents
Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein- Transistor-SpeicherelementInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein-Transistor-Speicherelement
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Ein-Transistor-Speicherelemente sind bekannt. Ein
solches Element wird beispielsweise in der Veröffentlichung »Sense Amplifier Design is Key to One-Transistor
Cell in 4096 Bit RAM" von Kuo, Kitayawa, Ward und Drayer in » Electronics«, Sept. 13 (1973), S. 116 -121
beschrieben. Beim Ein-Transistor-Speicherelement wird
die Information in Form von elektrischen Ladungen in einem Kondensator gespeichert, der über einen von der
Decodierschaltung ausgewählten Transistor geladen bzw. entladen werden kann. Das Speichern und
Auslesen der Information stellt einen Umladevorgang zwischen dem Speicherkondensator und dem parasitären
Bitleitungskondensator dar. In einem solchen Speicherelement entlädt sich der Speicherkondensator
durch Sperr- und Leckströme in das Substrat und die Information geht verloren. Es muß die Information in
gewissen Zeitabständen wieder erneuert werden.
Beim Auslesevorgang ist die Größe des Lesesignals u. a. eine Funktion der umgeladenen Ladungsmenge und
daher relativ klein. Dies gilt auch für Ein-Transistor-Speicherelemente,
bei denen der Speicherkondensator ein Inversionsschichtkondensator ist (DE-OS 21 48 948).
Zur Bewertung der Information sind daher aufwendige Leseverstärker notwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für ein Ein-Transistor-Speicherelement mit Inversionsschichtkondensator
ein Verfahren anzugeben, das demgegenüber ein vergrößertes Lesesignal ergibt
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das sich durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
enthaltenen Merkmale auszeichnet.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß durch Aruegen eines Taktes an das mit dem Inversionsschinhtkondensator verbundene dotierte kontaktierte Gebiet ein größeres Lesesignal erzeugt werden kann. Es genügen dann einfache Regenerierschaltungen zur
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß durch Aruegen eines Taktes an das mit dem Inversionsschinhtkondensator verbundene dotierte kontaktierte Gebiet ein größeres Lesesignal erzeugt werden kann. Es genügen dann einfache Regenerierschaltungen zur
ίο Lesesignalverstärkung oder es können eine größere
Anzahl von Speicherelementen an eine Bitleitung geschaltet werden.
Die Erfindung wird anhand nachstehender Figuren erläutert
Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Ein-Transistor-Speicherelements,
mit einem MIS-Kondensator,
F i g. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines solchen Speicherelementes, bei dem der MIS-Kondensator ein
Inversionsschichtkondensator ist,
2u F i g. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine
Anordnung zweier solcher Speicherelemente und
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein solches Speicherelement in n-Silizium-Gate-Technologie.
In Fig. 1 ist die Drain-Elektrode 11 des Feldeffekttransistors 1 mit der Gateelektrode 12 des MIS-Kondensators 2 verbunden. Die Source-Elektrode 13 des Feldeffekttransistors ist mit einer Bitlei'.ung 3, seine Gate-Elektrode 14 mit einer Wortleitung 4 verbunden. Die Gegenelektrode des MIS-Kondensators 2 ist
In Fig. 1 ist die Drain-Elektrode 11 des Feldeffekttransistors 1 mit der Gateelektrode 12 des MIS-Kondensators 2 verbunden. Die Source-Elektrode 13 des Feldeffekttransistors ist mit einer Bitlei'.ung 3, seine Gate-Elektrode 14 mit einer Wortleitung 4 verbunden. Die Gegenelektrode des MIS-Kondensators 2 ist
jo beispielsweise mit einer elektrischen Leitung 5 verbunden.
Diese Verbindung wird durch das zur Substratdotierung entgegengesetzt dotierte, kontaktierte Gebiet
hergestellt.
In F i g 2 ist schematisch der Aufbau des in F i g. 1
Γ) gezeigten Speicherelements dargestellt. Über dem
dotierten Substrat 20 (beispielsweise p-Substrat) befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht 21, auf die die
Gate-Elektrode 24 des Feldeffekttransistors mit dem Anschluß für die Wortleitung und die Gate-Elektrode 26
des MIS-Kondensators aufgebracht sind. Die zum Substra: entgegengesetzt dotierten Gebiete 22 und 23
bilden die Source- und die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors. Die Gate-Elektrode 26 des Kondensators
ist über ein Kontaktloch mit der Drain-Elektrode 23 leitend verbunden. Die durch das gestrichelt
umrandete Gebiet 27 angedeutete Gegenelektrode unter der Elektrode 26 berührt das zum Substrat
entgegengesetzt dotierte, kontaktierte Gebiet 25. Die Gegenelektrode ist damit nach außen anschließbar.
Die Zeit zwischen den einzelnen Regeneriervorgängen wird im Speicherelement dadurch vergrößert, daß
die Information, im Gegensatz zu herkömmlichen Speicherelementen, in der Gate-Elektrode 26 des
Kondensators gespeichert wird. Das dotierte Gebiet 25 wird über seinen Kontakt auf ein festes Potential, z. B.
Masse, gelegt. Die die Information darstellende Ladung fließt über die Verbindungsleitung 28 nur durch die
Source-Elektrode oder die Drain-Elektrode ab. Da sich bei entsprechendem Design das Verhältnis Speicherfläehe
: Drain-Gebietfläche wie z. B. 4 : 1, das Verhältnis der Umfange wie z. B. 2 :1 verhalten, ist im aufgezeigten
Beispiel eine Erhöhung der Zeit zwischen den einzelnen Regeneriervorgängen um mindestens den Faktor 2 bis 3
zu erwarten.
b5 Das Speicherelement wird zum Einschreiben in
bekannter Weise betrieben. Beim Einbringen von Ladungen in den Κυπ.ί·. ,isator wird die Bitleitung auf ein
gegenüber Masse pu-uives (negatives) Potential bei
p(n)-Dotiemng des Substrates gebracht und über die Wortleitung durch einen Gate-Impuls der Feldeffekttransistor
geöffnet. Damit wird die Drain-Elektrode 23 (F i g. 2) und ebenfalls wegen der leitenden Verbindung
28 (Fig. 2) die Kondensator-Elektrode Γ« (Fig.2) auf
positives (negatives) Potential gebracht. Nach dem Schließen des Feldeffekttransistors Hegen die Gate-Elektrode
des Kondensators und die Drain-Elektrode auf einem gegenüber Masse positiven (negativen)
Potential. Entladen wird das Speicherelement durch öffnen de* Feldeffekttransistors über die VVortleitung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt die Vergrößerung des Lesesignals. Die Vergrößerung wird dabei
durch eine informationsabhängige kapazitive Kopplung erreicht. Die Inversionsschicht bildet sich in dem
Inversionsschicht-Kondensator nur dann aus, wenn die Einsatzspannung LJt überschritten wird. Es ist darauf zu
achten, daß die ausgebildete Inversionsschicht das dotierte Gebiet 25 (F i g. 2) berührt. Achtet man weiter
darauf, daß jeweils eine der beiden die Digitalwerte repräsentierenden Spannungen unter- bzw. oberhalb
von Ut liegen, so bildet sich bei einem Wert (z. B. »0«) keine, beim anderen Wert (z. B. »1«) eine Inversionsschicht
auf. An das sonst an Masse liegende dotierte, kontaktierte Gebiet wird beim Auslesen ein positiver
(negativer) Impuls bei p(n)-dotiertem Substrat angelegt. Bei ausgebildeter Inversionsschicht wird dadurch die
Drain-Elektrode 23 (Fig. 2) des Feldeffekttransistors auf eine dem Kapazitätsverhähnis und damit der
Information entsprechende Spannung aufgeladen. Beim Öffnen des Auswahltransistors findet dann ein Umladevorgang
zwischen der zusätzlich aufgeladenen Drain-Kapazität und der parasitären Bitleitungs-Kapazitäi
statt. Bei nicht ausgebildeter Inversionsschicht kann
keine kapazitive Kopplung stattfinden.
In d&r Regel werden Speichermatrizep aus mehreren
Speicherelementen auf dem Halbleitersubstrat realisiert, wobei alle Elemente an eine gemeinsame Bit- und
Wortleitung angeschlossen sind. In diesem Fall werden auch zweckmäßig die dotierten, kontaktierten Gebiete
aller Speicherelemente durch eine elektrische Leitung miteinander verbunden. Eine solche elektrische Leitung
ist bereits in der F i g. 1 angedeutet und mit 5 bezeichnet. Die elektrische Leitung kann eine metallische Leitung
sein, die die Kontakte der dotierten, kontaktierten Gebiete verbindet. Die elektrische Leitung kann auch
die Wortleitung sein. Vorteilhaft ist es jedoch, sie als
diffundierte Leitung auszubilden. Diese diffundierte Leitung wird dann zweckmäßig an den Gegenelektroden
aller MIS-Kondensatoren so vorbeigeführt, daß eine leitende Verbindung zwischen ihr und den
Gegenelektroden besteht Die Leitung benötigt dann nur einen Anschlußkontakt und stellt ein für alle
Speicherelemente gemeinsames dotiertes, kontaktiertes Gebiet dar. Die Speicherelemente können dabei zu
beiden Seiten, beispielsweise paarweise, an der diffundienen
Leitung angeordnet werden.
F i g. 3 zeigt schematisch den Querschnitt durch eine solche Anordnung. Zu beiden Seiten der in das Substrat
301 diffundierten Leitung 35 liegen die MIS-Kondensatoren mit den Gate-Elektroden 38 und 39. Werden die
Gegenelektroden als diffundiertes Gebiet ausgeführt, so genügt ein einziger diffundierter Steifen (strichpunktiert
gezeichnet). Bei Inversionsschicht-Kondensatoren sind die Gegenelektroden durch die ausgebildeten Inversionsschichten
gegeben (gestrichelt gezeichnet). Die
2(i Gegenelektroden 36 und 37 sind mit den Drain-Elektroden
(oder Source-Elektroden) 33 und 34 der beiden Feldeffekttransistoren mit den Gate-Elektroden 31 und
32 und den einen Teil der diffundierten Bitleitung bildenden Source-Elektroden (oder Drain-Elektroden)
30 und 300 leitend verbunden. Die Isolierschicht, die di? Gate-Elektrode vom Substrat trennt, ist mit 302
bezeichnet.
In F i g. 4 ist ein Querschnitt durch ein Speicherelement in n-Silizium-Gate-Technologie dargestellt. In das
JO p-dotierte Siliziumsubstrat 41 sind die Bitleitung 42, die
Drain-Elektrode 43 und die Leitung 44 eindiffundiert. Die diffundierte Leitung 44 ist dabei wiederum
gleichbedeutend mit der Leitung 5 in Fig. 1. Die Gate-Elektrode 45 des Feldeffekttransistors und die
Gate-Elektrode 46 des MIS-Kondensators sind aus Polysilizium und werden über den Dünnoxidschichten
47 und 48 aufgebracht. Die Gegenelektrode des MIS-Kondensators ist durch das gestrichelt umrandete
Gebiet 410 dargestellt. Über die Dickoxidschicht 49 ist die aus Polysilizium bestehende, leitende Verbindung
401 gezogen. Über die Dickoxidschicht 402 liegt die aus Aluminium bestehende Wortleitung 403. Sie ist mit der
Gate-Elektrode 45 verbunden. Rechts von der diffundierten Leitung 44 befindet sich die Gate-Elektrode 404
des nächsten Kondensators.
Zweckmäßigerweise werden die Speicherelemente mit Kompensationsspeicherelementen betrieben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein-Transistor-Speicherelement weiches auf einem Substrat aus dotiertem Halbleitermaterial angeordnet ist, einen Feldeffekttransistor mit Source-, Gate- und Drainelektroden und einen MIS-Inversionsschicht-Speicherkondensator mit einer Gateelektrode umfaßt, wobei die Source- oder Drainelektrode mit einer Bitleitung, die Drain- oder Sourceelektrode mit der Gateelektrode des Inversionsschicht-Speicherkondensators verbunden ist und wobei unmittelbar neben der Gateelektrode des Inversionsschicht-Speicherkondensators das Substrat mit einem entgegengesetzt dotierten, kontaktierten Gebiet versehen ist, bei welchem Verfahren das Einschreiben oder Auslesen von binären Informationen jeweils durch kurzzeitiges Schaken des sonst gesperrten Feldeffekttransistors in den leitenden Zustand erfolgt, wobei jeweils vorher die Bitleitung auf ein vorgebbares Potential gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der MIS-lnversionsschicht-Speicherkondensator(26,27) informationsabhängig in der Weise gebildet wird, daß beim Einschreiben der einen binären Information die Einsatzspannung an der Gateeiektrode (26) des Speicherkondensators überschritten wird, während beim Einschreiben der anderen binären Information die Einsatzspannung nicht erreicht wird, und daß beim Auslesen an das kontaklierte Gebiet (25) bei einem p-(n-)dotierten Substrat ein positiver (negativer) Impuls angelegt wird.
Priority Applications (1)
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DE2441385A DE2441385C3 (de) | 1974-08-29 | 1974-08-29 | Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein- Transistor-Speicherelement |
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DE2441385A DE2441385C3 (de) | 1974-08-29 | 1974-08-29 | Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein- Transistor-Speicherelement |
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DE2441385A1 DE2441385A1 (de) | 1976-03-11 |
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DE2441385C3 true DE2441385C3 (de) | 1981-05-07 |
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ID=5924383
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DE2441385A Expired DE2441385C3 (de) | 1974-08-29 | 1974-08-29 | Verfahren zum Vergrößern des Lesesignals bei einem Ein- Transistor-Speicherelement |
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DE2740113A1 (de) * | 1977-09-06 | 1979-03-15 | Siemens Ag | Monolithisch integrierter halbleiterspeicher |
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BE789501A (fr) * | 1971-09-30 | 1973-03-29 | Siemens Ag | Condensateur electrique dans un circuit integre, utilise notamment comme memoire pour une memoire a semiconducteur |
US3744037A (en) * | 1971-10-04 | 1973-07-03 | North American Rockwell | Two-clock memory cell |
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1974
- 1974-08-29 DE DE2441385A patent/DE2441385C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2441385B2 (de) | 1980-06-26 |
DE2441385A1 (de) | 1976-03-11 |
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