DE2446088A1 - Statisches speicherelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Statisches speicherelement und verfahren zu seiner herstellung

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DE2446088A1 DE19742446088 DE2446088A DE2446088A1 DE 2446088 A1 DE2446088 A1 DE 2446088A1 DE 19742446088 DE19742446088 DE 19742446088 DE 2446088 A DE2446088 A DE 2446088A DE 2446088 A1 DE2446088 A1 DE 2446088A1
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Description

2U6Q88
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Minchen den, 26.9.1974
Berlin und München Witteisbacherplatz 2
YPA 74/7195
Statisches Speicherelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die vorliegene Erfindung betrifft ein statisches Speicherelement in Feldeffekt-Transistor-Anordnung mit Source- und Draingebieten in einem Halbleiterkörper und mit einer Gateisolationsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers im Bereich zwischen Source- und Draingebie1en,bei dem die gespeicherte Ladungsmenge durch elektromagnetische Strahlung verändert werden kann.
Speicherelemente der eingangs genannten Art sind bereits in der älteren Patentanmeldung P 2 415 425.4 vorgeschlagen. Das dort beschriebene Speicherelement besteht aus einer Feldeffekt^· Transistor-Anordnung der eingangs genannten Art mit einer Gateisolationsschicht, die aus mehreren Schichten aus voneinander unterschiedlichen Materialien besteht. Durch Einstrahlen von elektromagnetischer Strahlung oder Anlegen eines elektrischen Feldes kann dieses Element mit Information belegt oder gelöscht werden. Eine Ladungsspeicherung erfolgt durch Einfangen von Ladungsträgern, vorzugsweise Elektronen in natürlich vorhandenen Fehlstellen großer Dichte, wobei die Dichte auf der Grenzfläche zweier aus verschiedenen Materialien bestehende Isolatorschichten am größten ist. Diese Ladungsspeicherung ist reversibel. Das Löschen der Information erfolgt durch zeitlich begrenztes Einstrahlen langwelligerer elektromagnetischer Strahlung oder durch elektrische Impulse. Die Herstellung des in dieser
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älteren Patentanmeldung beschriebenen Speicherelementes ist technologisch relativ aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Speicherelemente der eingangs genannten Art so zu verbessern daß deren Herstellung vereinfacht werden kanm0
Die Aufgabe wird durch ein Speicherelement der eingangs genannten Art gelöst 9 welches erfindungsgemäß durch wenigstens einen räumlichen Bereich großer Fehlstellendichte innerhalb eines stofflich homogenen Gebietes in der Gateisolationsschicht gekennzeichnet ist9 wobei die maximale Fehlstellendichte im Inneren des Bereiches liegt und die senkrecht zur Gateisolationsschicht gemessene Flächendichte des räumlichen Bereiches
11 2
wenigstens 10 Fehlstellen pro cm beträgt«,
Torteilhafterweise ist ein solches Element so aufgebaut, daß die Gateisolationsschicht stofflich homogen ist und der räumliche Bereich großer Fehlstellendichte wenigstens- eine Schicht auszeichnet, die parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers verläuft. Vorzugsweise bilden die Orte gleicher Fehlstellendichte ebene Flächen, die parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen»
Yorzugsweise besteht dabei der Halbleiterkörper aus Silizium und die Gateisolationsschicht aus Siliciumdioxid« .
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Speicherelementes besteht darin, daß ausgehend von einer auf dem Halbleiterkörper aufgebrachte!Gateisolationsschicht nach eventuell erforderlichen Hochtemperaturprozessen Ionen in die Gateisolationsschicht implantiert werden,, Vorteilhafterweise werden dabei als Implantationsionen Ionen mit nicht dotierender Wirkung verwendet0 Vorzugsweise werden als Implantationsionen Xenonionen verwendet.
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Die "Vorteile des erfindungsgemäßen Speicherelementes und des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß
a) die Fehlstellendichte und deren Lage in der Gateisolationsschicht durch definierte Einstellung der Implantationsparameter (Dosis, Einschußtiefe, Dotierungsstoff) optimal gewählt werden kann,
b) das Herstellungsverfahren die relativ aufwendigen Verfahrensschritte zur Bildung der Gateisolationsschichten (Abscheidung von Si^N^-, AIpO,- oder andere Isolatorschiehten bzw. Herstellung eines Si-floating-Gatebereiches) vermeidet.
Das erfindungsgemäße Speicherelement bietet die Möglichkeit ohne zusätzlichen technologischen Aufwand in integrierten MIS-Schaltkreisen als Speicher eingebaut werden zu können.
Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt schematisch den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Speicherelement mit einem Verteilungsprofil der Fehlstellendichte.
In der Figur ist über dem Halbleiterköper , beispielsweise aus Silizium, mit der Source-Elektrode 2 und der Drain-Elektrode 3, die beide als höher dotierte Gebiete im Halbleiterköper ausgebildet sind, die hier als stofflich homogen' ausgebildete Gateisoltionsschicht 4, beispielsweise Siliziumdioxid, mit der Gateelektrode 5 angebracht. Die Gateisolationsschicht weist den mit 6 bezeichneten, gestrichelt umrandeten räumlichen Bereich großer Fehlstellendichte auf. Dieser Bereich bildet hier eine Schicht die parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt. Die am rechten Rand über den Abstand d von der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgetragene Kurve 7 gibt ein beliebig ausgewähltes Verteilungsprofil der Fehlstellendichte η an. Es ist jedoch jedes andere Verteilungsprofil zulässig. Beispielsweise kann die Fehlstellendichte im Bereich 6 konstanten Wert aufweisen.
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Der Bereich 6 kann sich auch über die ganze Gateisolatipnsschicht 4 erstrecken. Wesentlich ist jedoch, daß die senkrecht
zur Gateisolationsschicht gemessene Flächendichte des Berei-11 2
ches 6 10 Fehlstellen pro cm nicht unterschreitet. Dabei sei unter Flächendichte des Bereiches die Dichte der senkrecht auf eine ebene Fläche projiziertoi räumlichen Fehlstellenverteilung des Bereiches verstanden. Diese Flächendichte kann mittels einer Kapazitätsmeßmethode gemessen werden, wobei der Bereich,dessen Flächendichte gemessen werden soll, zwischen zwei parallel zur ebenen Fläche liegende Kondensatorelektroden gebracht wird und die Kapazität dieser Anordnung gemessen wird«, Daraus kann auf die senkrecht %nv ebenen Fläche stehenden elektrischen Feldstärkekomponenten im Bereich geschlossen werdens die der zu messenden Flächendichte entspricht.
Das in der Figuri dargestellte Speicherelement kann so hergestellt werden, daß zunächst in herkömmlicher Weise die Feldeffekt-Transistor-Anordnung hergestellt wirdP wobei die Gateisolationsschicht vorteilhafterweise homogen ausgebildet wirdU bei— speilsweise als Siliziumdioxidschicht über Siliziumsubstrat. Nach Herstellung dieser Gateisolationsschicht und nach eventuell erforderlichen Hochtemperaturprosessen wird diese senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterkörpers mit nicht dotierenden Jonen von mittelschweren oder schweren Elementen, vorzugsweise Krypton oder Xenon Tbesehosseno Bei fester Implantationsdosis und Implantationsenergie stellt sieb, ein der Kurve 7 entsprechendes Yerteilungsprofil der Fehlstellendichte selbständig eino Außerdem stellt der Bereich großer Fehlstellendichte eine parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufende Schicht dar« Bei geeigneter Wahl der Implantationsparameter kam. gedes gewünschte andere Yerteilungsprofil erzielt werden. -Es können auch mehrere Schichten großer Fehlstellendichte implantiert werden» Es ist für den Fachmann unproblematisch, nach Kenntnis dieser Lehre besonders günstige Implantationsdosen, -energien und -stoffe auszuwählen»
7 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (11)

  1. "Pa'tentansprüche
    Statisches Speicherelement in Feldeffekt-Transistor-Anordnung mit Source- und Draingebieten in einem Halbleiterkörper und mit einer Gateisolationsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers im Bereich zwischen Source- und Draingebieten, bei dem die gespeicherte Ladungsmenge durch elektromagnetische Strahlung verändert •werden kann, gekennzeichnet , durch wenigstens einen räumlichen Bereich großer Fehlstellendichte innerhalb eines stofflich homogen ausgebildeten Gebietes der Gateisolationsschicht, wobei die maximale Fehlstellendichte im Inneren des Bereiches liegt und die senkrecht zur Gateisolationsschicht gemessene Flächendichte des räumlichen
    trägt.
    11 2
    liehen Bereiches wenigstens 10 Fehlstellen pro cm be-
  2. 2. Speicherelement nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet i daß die Gateisolationsschicht stofflich homogen ist und der räumliche Bereich großer Fehlstellendichte wenigstens eine Schicht auszeichnet die parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers verläuft.
  3. 3. Speicherelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Orte gleicher Fehlstellendichte ebene Flächen bilden, die parallel zur Gateisolationsschicht verlaufen.
  4. 4. Speicherelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkörper aus Silizium und die Gateisolationsschicht aus Siliziumdioxid besteht.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Speicherelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß ausgehend von der auf dem Halbleiterkörper aufgebrachten Gateisolationsschicht naeh eventuell erforderlichen.
  6. Hochtemperaturprozessen Ionen in stofflich homogene Bereiche der Gateisolaüons3cMeht implantiert werden. 609814/0693
  7. TPA 9/710/4106 -6-
  8. Yerfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet , daß als Implantationsionen Ionen mit nicht dotierender Wirkung verwendet werden«
  9. Yerfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß als Implantationsionen Krypton- oder Xenonionen verwendet werden*
  10. ¥PA 9/710/4106
  11. 6Q9&14/0693
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