DE2553591B1 - Speichermatrix mit einem oder mehreren ein-transistor-speicherelementen - Google Patents

Speichermatrix mit einem oder mehreren ein-transistor-speicherelementen

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DE2553591B1 DE19752553591 DE2553591A DE2553591B1 DE 2553591 B1 DE2553591 B1 DE 2553591B1 DE 19752553591 DE19752553591 DE 19752553591 DE 2553591 A DE2553591 A DE 2553591A DE 2553591 B1 DE2553591 B1 DE 2553591B1
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Description

  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichermatrix der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Regenerierzeit verlängert werden kann Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die dotierte Leitung so ausgebildet oder geführt ist, daß sie mindestens die Drainelektrode jedes Feldeffekttransistors wenigstens U-förmig in einem Abstand umschließt, der mindestens so groß ist, daß bei den beim Betrieb auftretenden maximalen Spannungsdifferenzen zwischen der Drainelektrode und der dotierten Leitung keine elektrische Verbindung über das dazwischenliegende Substrat zustande kommen kann. Durch diese Maßnahme werden die Sperr- und Leckströme, die die Drainelektrode entladen, erheblich vermindert, wodurch die Regenerierzeit erheblich erhöht wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die dotierte Leitung so ausgebildet, daß sie jeweils zwischen zwei Spalten an den Gegenelektroden der Speicherkondensatoren mindestens einer Spalte an jeweils der von der Drainelektrode des Feldeffekttransistors abgewandten Seite vorbeigeführt ist und daß sie bei jedem Speicherelement kammzinkenartige seitliche Auswüchse aufweist, wobei zwischen zwei solchen Auswüchsen mindestens ein Speicherkondensator und die Drainelektrode des Feldeffekttansistors sich befinden. Vorzügsweise wird sie so ausgeführt, daß die dotierte Leitung an beiden Längsseiten kammzinkenartige seitliche Auswüchse aufweist, daß jeweils zwischen zwei Auswüchsen an der einen Längsseite ein Auswuchs an der anderen Längsseite vorhanden ist, daß jeweils zwischen zwei Auswüchsen wenigstens ein Speicherkondensator und eine Drainelektrode eines Speicherelementes sich befinden und daß jedes Speicherelement an der einen Längsseite der dotierten Leitung an die auf dieser Seite liegende Bitleitung und jedes Speicherelement an der anderen Längsseite an die auf dieser anderen Seite liegenden Bitleitung angeschlossen ist Weiter wird sie vorzugsweise so ausgebildet, daß die seitlichen Auswüchse den Gegenelektrodenbereich des Speicherkondensators berühren.
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die dotierte Leitung jeweils zwischen zwei Bitleitungen mit mäanderförmigem Verlauf geführt ist, daß in jeder Mäanderbucht mindestens der Speicherkondensator und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors sich befinden und daß jedes Speicherelement jeweils über die geöffnete Seite der Mäanderbucht an die dort vorbeigeführte Bitleitung angeschlossen ist Bei Speichermatrizen der eingangs genannten Art wird die Bitleitung in der Regel als eine dotierte Leitung ausgeführt Bei solchen Speichermatrizen ist es notwendig, daß die dotierte Leitung nur bis auf einen Abstand an diese Bitleitung heranreicht oder herangeführt ist, wobei der Abstand mindestens so groß ist, daß bei den beim Betrieb auftretenden maximalen Spannungsdifferenzen zwischen der Bitleitung und der dotierten Leitung keine elektrische Verbindung über das dazwischenliegende Substrat zustandekommen kann.
  • Die angegebenen Speichermatrizen weisen eine erheblich höhere Regenerierzeit als herkömmliche Speichermatrizen auf. Bei ihrer Herstellung sind jedoch keine zusätzlichen Verfahrensschritte notwendig Außerdem wird die Speicherplatzdichte bzw. die Informationsdichte einer angegebenen Speichermatrix nur unwesentlich gegenüber herkömmlichen Speichermatrizen erhöht.
  • Die Erfindung wird insbesondere an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren näher erläutert F i g. 1 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus dem Ausführungsbeispiel; F i g 2 zeigt im Querschnitt entlang der Schnittlinie 1-1 das Ausführungsbeispiel; F i g 3 zeigt im Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II das Ausführungsbeispiel; F i g 4 zeigt eine erste Organisationsform einer Speichermatrix; F i g. 5 zeigt eine zweite Organisationsform einer Speichermatrix.
  • In der F i g. 1 ist in Draufsicht ein Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel einer angegebenen Speichermatrix mit einem vollständigen Speicherelement und seiner Umgebung dargestellt. Es handelt sich dabei um die Ausführungsversion mit kammzinkenartigen seitlichen Auswüchsen an der dotierten Leitung. An einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial, beispielsweise p-dotiertes Silizium, sind eine dazu entgegengesetzt dotierte Bitleitung 10 und eine ebenfalls zum Substrat entgegengesetzt dotierte Leitung 20 vorhanden. Die Bitleitung 10 bildet zugleich die Sourceelektrode des Feldeffekttransistors des Speicherelementes. Die Drainelektrode dieses Feldeffekttransistors ist durch das entgegengesetzt zum Substrat dotierte Gebiet 30 gegeben. Die Oberfläche des Substrats ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt, die hier nicht gezeichnet ist Auf dieser Schicht befinden sich die Torelektrode 40 des Feldeffekttransistors und die Gateelektrode 50 des Speicherkondensators. Die Gegenelektrode dieses Speicherkondensators befindet sich unter dieser Gateelektrode. Die Gateelektrode 50 des Speicherkondensators ist über eine elektrische Leitung 51 und über ein Kontaktloch mit der Drainelektrode 30 des Feldeffekttransistors verbunden. Die entgegengesetzt zum Substrat dotierte Leitung 20 weist nun kammzinkenartige seitliche Auswüchse 21 und 22 auf, die die Gegenelektrode des Speicherkondensators berühren und in einem Abstand an der Drainelektrode des Feldeffekttransistors vorbeiführen. Diese seitlichen Auswüchse sind bis auf einen Abstand an die Bitleitung 10 herangeführt Der Abstand zwischen dotierter Leitung und Drainelektrode bzw. Bitleitung muß dabei mindestens so groß sein, daß bei den beim Betrieb auftretenden maximalen Spannungsdifferenzen zwischen der dotierten Leitung und der Drainelektrode bzw. der Bitleitung keine elektrische Verbindung über das dazwischenliegende Substrat zustande kommen kann. Mindestens auf der Gateelektrode 50 und auf der elektrisch leitenden Verbindung 51 ist eine weitere, hier nicht gezeichnete elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, auf der die ebenfalls hier nicht gezeichnete Wortleitung, die die Torelektroden der Feldeffekttransistoren in einer Zeile miteinander verbindet. Es können folgende laterale Abmessungen gewählt werden: Breite der dotierten Leitung, der Auswüchse und der Bitleitung jeweils 5 um; Fläche des Speicherkondensators 15 x 10 um2; Fläche der Drainelektrode 4 x 7 um2; Fläche der Torelektrode des Feldeffekttransistors 10 x 8 um2; kleinster Abstand der dotierten Leitung von der Bitleitung bzw. von der Drainelektrode 8 um. Alle lateralen Abmessungen lassen sich im übrigen aus der F i g. 1 mit Hilfe des angegebenen Maßstabes entnehmen.
  • In der F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 1-1 in F i g. 1 durch das Ausführungsbeispiel dargestellt.
  • An Hand dieser Figur sei zugleich ein bevorzugtes Herstellungsverfahren beschrieben. Auf einer Oberfläche eines p-dotierten Siliziumsubstrats 1 mit einer Dotierung von beispielsweise 3 x 1015 cm-3, das einen Substratanschluß 11 aufweist, wird durch Oxidation eine Siliziumdioxidschicht von beispielsweise 1,2 jtm erzeugt.
  • Diese Schicht wird bis auf den Bereich unterhalb der danach aufzubringenden leitenden Verbindung 51, unter der sie stehenbleibt, weggeätzt Es wird nun durch Oxidation eine Siliziumdioxidschicht 71 von 0,12 um auf diese Oberfläche aufgebracht und nur an den Stellen weggeätzt, an denen die dotierte Leitung 20, die Drainelektrode 30 und die Bitleitung 10 entstehen sollen. Nach diesem Ätzen (oder auch vorher) werden die Gateelektrode 50, die elektrische Verbindung 51 und die Torelektrode 40 aus jeweils einer Polysiliziumschicht von beispielsweise 1,5 llm aufgebracht. Nun werden die Bitleitung 10, die Drainelektrode 30 und die dotierte Leitung 20 mittels Diffusion mit beispielsweise Phosphoratomen oder durch lonenimplantation mit beispielsweise Arsenionen erzeugt Es werden dadurch gleichzeitig die Polysiliziumschichten 40, 51 und 50 leitend gemacht Als Dotierungen für die Bitleitung, die Drainelektrode und die dotierte Leitung werden beispielsweise 5 x 1019 cm-3 oder mehr gewählt. Bei Verwendung von lonenimplantation ist es nicht notwendig, die Schicht 71 wegzuätzen. Da aber jedoch ein Kontaktloch für die elektrische Verbindung zwischen Drainelektrode und Gateelektrode hergestellt werden muß, ist auf jeden Fall ein Ätzschritt notwendig.
  • Die Oberfläche der Anordnung wird erneut oxidiert, so daß eine zusätzliche Siliziumdioxidschicht 72 von einer Schichtdicke von beispielsweise 1 um entsteht Über der Torelektrode des Feldeffekttansistors wird ein Kontaktloch erzeugt und anschließend wird auf die Oberfläche eine Wortleitung 60, beispielsweise durch Bedampfen der Oberfläche mit Aluminium erzeugt. Diese Wortleitung ist über das Kontaktloch mit der Torelektrode des Feldeffekttransistors verbunden.
  • In der Fig. 3 ist ein Ouerschnitt längs der Schnittlinie Il-II durch das Ausführungsbeispiel nach F i g 1 dargestellt Links und rechts neben der Drainelektrode 30 sind an der Oberfläche des Substrats 1 die seitlichen Auswüchse 21 und 22 vorhanden, die dieselbe Dotierung wie die dotierte Leitung 20 aufweisen.
  • Der Speicherkondensator ist ein MlS-Kondensator.
  • Dabei sei der Begriff MIS-Kondensator in erweitertem Sinne verstanden, d h. die Gateelektrode dieses Kondensators muß nicht aus Metall sein, sondern kann auch aus anderen Materialien bestehen. Außerdem kann er wie im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Inversionsrandschichtkondensator sein. Es kann aber auch ein Kondensator verwendet werden, dessen Gegenelektrodenbereich entgegengesetzt zum Substrat dotiert ist Die Speichermatrix wird in an sich bekannter Weise (siehe genannte Veröffentlichung) betrieben, wobei die dotierte Leitung über ihren Anschlußkontakt auf eine feste Bezugsspannung, beispielsweise Massepotential, gelegt wird Eine Erhöhung der Regenerierzeit kommt nun dadurch zustande, daß ein Teil der für die Entladung der Diainelektrode verantwortlichen Ladungsträger von der sie mindestens teilweise umgebenden dotierten Leitung abgesaugt werden. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die dotierte Leitung auch unter gewissen Umständen getaktet werden darf. In unserer älteren Patentanmeldung P 2441 385.2 (VPA 7417137) wurde nämlich vorgeschlagen, an die dotierte Leitung während des Auslesens einen gegenüber der Bezugsspannung positiven (negativen) Impuls bei p<n-)dotiertem Substrat anzulegen. Es kann dadurch das Lesesigual erheblich verstärkt werden (dies hat allerdings nur Sinn, wenn der MlS-Speicherkondensator ein Inversionsrandschichtkondensator ist).
  • Diese Maßnahme kann auch bei der hier angegebenen Speichermatrix getroffen werden. Der Vorteil der erheblich erhöhten Regenerierzeit wird dadurch nicht beeinträchtigt Es sind eine Reihe von Organisationsformen für den Aufbau einer angegebenen Speichermatrix möglich.
  • Zunächst sei bemerkt, daß die dotierte Leitung das einzelne Speicherelement auch geschlossen umschließen kann. Es muß in diesem Fall jedoch dann die Bitleitung überbrückt werden. Zweckmäßig ist es aus diesem Grund, wenn die dotierte Leitung das Element nur U-förmig umschließt.
  • In der F i g. 4 ist ein Ausschnitt aus einer bevorzugten Organisationsform für eine angegebene Speichermatrix in einem vereinfachten Schaltbild dargestellt. Die Bitleitungen sind dort mit den Bezugszeichen 100 und 101, die Wortleitungen mit den Bezugszeichen 200 bis 205, die Speicherkondensatoren mit den Bezugszeichen 500 bis 505 und die Feldeffekttransistoren mit den Bezugszeichen 600 bis 605 versehen. Die zwischen den beiden Bitleitungen verlaufende dotierte Leitung 20 ist so ausgeführt, daß sie an beiden Langsseiten kammzinkenartige seitliche Auswüchse 201 bis 208 aufweist Jeweils zwischen zwei Auswuchten an der einen Längsseite ist ein Auswuchs an der anderen Längsseite vorhanden. Jeweils zwischen zwei Auswuchten befinden sich wenigstens ein Speicherkondensator und eine Drainelektrode eines Speicherelementes. Jedes Speicherelement an der einen Längsseite der dotierten Leitung ist an die auf dieser Seite liegenden Bitleitung und jedes Speicherelement an der anderen Längsseite an die auf dieser anderen Seite liegenden Bitleitung angeschlossen. Zum Aufbau einer großen Speichermatrix mit vielen Speicherplätzen wird die in F i g. 4 dargestellte Grundform nach links und rechts (und natürlich nach oben und unten) identisch fortgesetzt, d. h. der zwischen den beiden Bitleitungen 100 und 101 liegende Teil wiederholt sich links von der Bitleitung 100 und/oder rechts von der Bitleitung 101 identisch und ist wie in F i g. 4 an zwei Bitleitungen angeschlossen.
  • Jeweils die links von einer dotierten Leitung liegenden Speicherelemente sind zeilenweise durch je eine Wortleitung (in der F i g. 4 sind dies die Wortleitungen 200, 202 und 204) miteinander verbunden. Dasselbe gilt für die rechts von einer dotierten Leitung liegenden Speicherelemente (in der F i g. 4 sind dies die Wortleitungen 201, 203 und 205). Für jedes Speicherelement kann die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform verwendet werden. Es ist dabei zweckmäßig, wenn die Auswüchse an der einen Längsseite der dotierten Leitung genau in der Mitte zwischen zwei Auswüchsen an der anderen Längsseite liegen. Jede Wortleitung kann dann geradlinig geführt werden und liegt dann genau über der Mittellinie zwischen zwei Auswüchsen bzw. genau über einem Auswuchs. Für die Breite der Wortleitung wird bei den in F i g 1 angegebenen lateralen Abmessungen etwa 5 um gewählt.
  • In der F i g. 5 ist ein Ausschnitt aus einer anderen bevorzugten Organisationsform für eine angegebene Speichermatrix in einem vereinfachten Schaltbild angegeben. Die Bitleitungen sind mit den Bezugszeichen 1000, 1001, 1002, die Wortleitungen mit den Bezugszeichen 2000 bis 2003, die Speicherkondensatoren mit den Bezugszeichen 5000 bis 5007 und die Feldeffekttransistoren mit den Bezugszeichen 6000 bis 6007 versehen. Die dotierte Leitung 20 ist zwischen zwei Bitleitungen 1000 und 1001 bzw. 1001 und 1002 mit mäanderförmigem Verlauf geführt In jeder Mäanderbucht befindet sich mindestens der Speicherkondensator und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors eines Speicherelementes. Jedes Speicherelement ist jeweils über die offene Seite der Mäanderbucht an die dort vörbeigeführte Bitleitung angeschlossen. Für jedes Speicherelement kann die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform verwendet werden. Die dotierte Leitung 20 wird allerdings nicht wie dort am unteren Ende von den Auswüchsen 21 und 22 seitlich weitergeführt, sondern von deren oberen Enden. Es können wieder die durch den Maßstab gegebenen lateralen Abmessungen verwendet werden. Die Wortleitungen können auch hier geradlinig geführt werden.
  • Bei Verwendung der in F i g. 1 angegebenen Abmessungen wird für die Breite jeder Wortfeitung etwa 5 um gewählt.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Speichermatrix mit einem oder mehreren in Zeilen und Spalten auf einer Oberfläche eines, mit einem Substratanschluß versehenen Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial angeordneten Ein-Transistor-Speicherelementen, wobei jedes Ein-Transistor-Speicherelement aus einem Feldeffekttransistor mit Source-, Tor- und Drainelektrode und aus einem MlS-Speicherkondensator besteht, dessen Gateelektrode mit der Drainelektrode des Feldeffekttransistors elektrisch leitend verbunden ist und wobei die Sourceelektroden der Feldeffekttransistoren in jeweils einer Spalte durch mindestens eine Bitleitung miteinander verbunden sind, wobei die Torelektroden der Feldeffekttransistoren in jeweils einer Zeile durch mindestens eine Wortleitung miteinander verbunden sind, und bei der mindestens eine entgegengesetzt zum Substrat dotierte Leitung mit Anschlußkontakt zum Anlegen einer Bezugsspannung an sie an der Substratoberfläche vorhanden ist, die so geführt ist, daß sie den Gegenelektrodenbereich an der Substratoberfläche unter der Gateelektrode eines jeden Speicherkondensators wenigstens berührt, da durch ge kennzeichn e t, daß die dotierte Leitung so ausgebildet oder geführt ist, daß sie mindestens die Drainelektrode jedes Feldeffekttransistors wenigstens U-förmig in einem Abstand umschließt, der mindestens so groß ist, daß bei den beim Betrieb auftretenden maximalen Spannungsdifferenzen zwischen der Drainelektrode und der dotierten Leitung keine elektrische Verbindung über das dazwischenliegende Substrat zustande kommen kann.
  2. 2. Speichermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dotierte Leitung jeweils zwischen zwei Bitleitungen an den Gegenelektroden der Speicherkondensatoren mindestens einer Spalte an der von der Drainelektrode des Feldeffekttransistors abgewandten Seite vorbeigeführt ist und daß diese Leitung bei jedem Speicherelement kammzin kenartige Auswüchse (20, 21, 201 bis 208) aufweist, wobei zwischen zwei solchen Auswüchsen mindestens der Speicherkondensator und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors eines Speicherelementes sich befinden.
  3. 3. Speichermatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dotierte Leitung jeweils zwischen zwei Bitleitungen mit mäanderförmigem Verlauf geführt ist, daß in jeder Mäanderbucht mindestens der Speicherkondensator und die Drainelektrode des Feldeffekttransistors eines Speicherelementes sich befinden und daß jedes Speicherelement jeweils über die offene Seite der Mäanderbucht an die dort vorbeigeführte Bitleitung angeschlossen ist
  4. 4. Speichermatrix nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dotierte Leitung an beiden Längsseiten kammzinkenartige seitliche Auswüchse (201 bis 208) aufweist, daß jeweils zwischen zwei Auswuchten an der einen Längsseite ein Auswuchs an der anderen Längsseite vorhanden ist, daß jeweils zwischen zwei Auswilchsen wenigstens ein Speicherkondensator und eine Drainelektrode eines Speicherelementes sich befinden und daß jedes Speicherelement an der einen Längsseite der dotierten Leitung an die auf dieser Seite liegenden Bitleitung und jedes Speicherelement an der anderen Längsseite an die auf dieser anderen Seite liegenden Bitleitung angeschlossen ist.
  5. 5. Speichermatrix nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Auswüchse den Gegenelektrodenbereich des Speicherkondensators berühren.
  6. 6. Speichermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Bitleitung als dotierte Bitleitung an der Substratoberfläche ausgeführt ist und daß die dotierte Leitung nur bis auf einen Abstand an diese Bitleitung heranreicht oder herangeführt ist, wobei der Abstand mindestens so groß ist, daß bei den beim Betrieb auftretenden maximalen Spannungsdifferenzen zwischen der Bitleitung und der dotierten Leitung keine elektrische Verbindung über das dazwischenliegende Substrat zustande kommen kann.
    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speichermatrix mit einem oder mehreren in Zeilen und Spalten auf einer Oberfläche eines, mit einem Substratanschluß versehenen Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial angeordneten Ein-Transistor-Speicherelementen, wobei jedes Ein-Transistor-Speicherelement aus einem Feldeffekttransistor mit Source-, Tor- und Drainelektrode und aus einem MiS-Speicherkondensator besteht, dessen Gateelektrode mit der Drainelektrode des Feldeffekttransistors elektrisch leitend verbunden ist und wobei die Sourceelektroden der Feldeffekttransistoren in jeweils einer Spalte durch mindestens eine Bitleitung miteinander verbunden sind, wobei die Torelektroden der Feldeffekttransistoren in jeweils einer Zeile durch mindestens eine Wortleitung miteinander verbunden sind und bei der mindestens eine entgegengesetzt zum Substrat dotierte Leitung mit Anschlußkontakt zum Anlegen einer Bezugsspannung an sie an der Substratoberfläche vorhanden ist, die so geführt ist, daß sie den Gegenelektrodenbereich an der Substratoberfläche unter der Gateelektrode eines jeden Speicherkondensators wenigstens berührt.
    Speichermatrizen der eingangs genannten Art sind bekannt und werden beispielsweise in der DT-AS 17 74482 mit dem Titel »Kapazitiver wortorientierter Speicher unter Verwendung von Feldeffekt-Transistoren« dargestellt (siehe dort insbesondere Fig3) und beschrieben. Die im Speicherelement gespeicherte Information ist durch Spannung an der Gateelektrode des Speicherkondensators gegenüber einer Bezugsspannung an der dotierten Leitung gegeben. Diese Spannung sinkt jedoch im Laufe der Zeit ab, da Sperr-und Leckströme von der Drainelektrode des Feldeffekttransistors in das Substrat fließen und letztere somit entladen wird. Es muß deshalb die Information in gewissen Zeitabständen (Regenerierzeit) wieder erneuert werden.
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EP0373885A3 (de) * 1988-12-13 1991-03-13 Fujitsu Limited Integrierte Halbleiteranordnung mit Paaren von Teilen unbestimmter Spannung

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