DE2631285C2 - Static semiconductor memory cell - Google Patents

Static semiconductor memory cell

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DE2631285C2 DE19762631285 DE2631285A DE2631285C2 DE 2631285 C2 DE2631285 C2 DE 2631285C2 DE 19762631285 DE19762631285 DE 19762631285 DE 2631285 A DE2631285 A DE 2631285A DE 2631285 C2 DE2631285 C2 DE 2631285C2
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Abstract

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein statisches Speicherelement anzugeben, das nur mit einem einfachen MOS-Prozess und einer zusaetzlichen ganzflaechigen Implantation realisierbar ist. Das erfindungsgemaesse Speicherelement besteht im wesentlichen aus einem spannungsgesteuerten negativen differentiellen Widerstand, einem Lastelement und einem Auswahltransistor. Der negative Widerstand besteht aus einem MOS-Transistor, einem bipolaren Transistor, einem PN-Uebergang und zwei Widerstaenden. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemaessen Speicherelementes besteht darin, dass es im wesentlichen nur aus einem Transistor und einem Auswahltransistor besteht, da der bipolare Transistor durch den Abstand zweier Diffusionsgebiete gegeben ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nur in einem logischen Zustand Leistung verbraucht wird. Vorteilhafterweise kann bei einer entsprechenden Ansteuerung ein grosser Auslesehub erreicht werden. ...U.S.WThe object of the present invention is to provide a static memory element that can only be implemented with a simple MOS process and an additional full-area implantation. The memory element according to the invention essentially consists of a voltage-controlled negative differential resistor, a load element and a selection transistor. The negative resistance consists of a MOS transistor, a bipolar transistor, a PN junction and two resistors. The essential advantage of the memory element according to the invention is that it consists essentially of only one transistor and one selection transistor, since the bipolar transistor is given by the distance between two diffusion regions. Another advantage of the invention is that power is only consumed in one logical state. With a corresponding control, a large readout stroke can advantageously be achieved. ...ETC

Description

a) daß der negative differentielle Widerstand (5) dadurch gebildet ist,a) that the negative differential resistance (5) is formed by

1010

— daß ein hochohmiges halbleitendes Substrat (4) vorgesehen ist, auf dessen Ober- is fläche ein gegenüber dem Substrat hochdotierter Bereich (40) angeordnet ist, der in der gleichen Weise aber höher dotiert ist ti j das Substrat (4),- That a high-resistance semiconducting substrate (4) is provided on the upper part of which is area is arranged a region (40) which is highly doped with respect to the substrate and which in the same way but more highly doped is ti j the substrate (4),

— daß an der Oberfläche des hochdotierten Bereiches (40) drei entgegengesetzt zu dem hochdotierten Bereich (40) dotierte Wannen (17, 18, 21) vorgesehen sind, die durch den hochdotierten Bereich (40) bis zum Substrat (4) hindurchreichen,- That on the surface of the highly doped area (40) three opposite to the highly doped region (40) doped wells (17, 18, 21) are provided which extend through the highly doped area (40) to the substrate (4),

— daß eine erste (17) dieser Wannen den Drainbereich (17) und eine zweite (18) dieser Wannen den Sourcebereich eines MOS-Transistors (1) darstellen, wobei zwischen dem Drainbereich und dem Sourcebereich die Kanalzone des MOS-Transistors (Ϊ) angeordnet ist,- That a first (17) of these wells the drain region (17) and a second (18) these wells represent the source region of a MOS transistor (1), with between the drain region and the Source area is the channel zone of the MOS transistor (Ϊ) is arranged,

— daß oberhalb der Kanalzone durch eine elektrisch isolierende schicht (19) von dem hochdotierten Bereich (40) getrennt eine Gateelektrode (11) des MOS-Transistors (1) vorgesehen ist,- That above the channel zone by an electrically insulating layer (19) of the highly doped area (40) separated a gate electrode (11) of the MOS transistor (1) is provided,

— daß der Drainbereich (17) über eine Drainelektrode (12) mit einem Knoten (14) in Verbindung steht und daß der Sourcebereich (18) über eine Sourceelektrode (43) mit einem ersten Anschluß (16) in Verbindung steht,- That the drain region (17) has a drain electrode (12) with a node (14) in Is connected and that the source region (18) via a source electrode (43) to a first terminal (16) in Connected,

— daß der Sourcebereich (18) des MOS-Transistors (1) gleichzeitig den Emitterbereich eines bipolaren Transistors (2) darstellt,- That the source region (18) of the MOS transistor (1) simultaneously represents the emitter area of a bipolar transistor (2),

— daß die dritte (21) der genannten Wannen den Kollektorbereich dieses bipolaren Transistors darstellt, wobei der Kollektorbereich (21) durch einen Basisbereich (25) von dem Emitterbereich (18) getrennt ist,- That the third (21) of said tubs is the collector area of this bipolar Represents a transistor, the collector region (21) being replaced by a base region (25) is separated from the emitter region (18),

— daß der Kollektorbereich (21) mit einer Koliektorelektrode (22) versehen ist, die über eine Leiterbahn (15) mit der Gateelektrode (11) des MOS-Transistors (1) in Verbindung steht,- That the collector area (21) is provided with a Koliektorelectrode (22) which is connected to the gate electrode (11) of the MOS transistor (1) via a conductor track (15),

— daß die Kollektorelektrode (22) über einen Widerstand (3) mit einem zweiten Anschluß (31) verbunden ist,- That the collector electrode (22) has a resistor (3) with a second connection (31) is connected,

— daß der Basisbereich (25) über das Substrat (4) und eine Substratelektrode (23) mit einem Substratanschluß (24) verbunden ist,- That the base region (25) via the substrate (4) and a substrate electrode (23) with a substrate connection (24) is connected,

c) daß über das Lastelement (7) der Knoten (14) des negativen differentiellen Widerstandes (5) mit dem zweiten Anschluß (31) verbunden ist,c) that via the load element (7) the node (14) of the negative differential resistance (5) is connected to the second connection (31),

d) daß über den Auswahltransistor (6,63). dessen Gateelektrode mit einer Wortleitung (61, 64) verbunden ist, entweder der Knoten (14) des negativen differentiellen Widerstandes (5) oder die Gateelektrode (11) des MOS-Transistors (1) des negativen differentiellen Widerstands (5) mit einer Bitleitung (62) verbunden ist.d) that via the selection transistor (6,63). whose Gate electrode is connected to a word line (61, 64), either the node (14) of the negative differential resistance (5) or the gate electrode (11) of the MOS transistor (1) of the negative differential resistance (5) is connected to a bit line (62).

2. Statische Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) ein hochohmiges p-(n~)-leitendes Substrat ist, daß der hochdotierte Bereich (40) ein p+(n+)-leitender Bereich ist und daß der Drainbereich (17), der Sourcebereich (18) und der Kollektorbersich (21) n+(p+)-diffündierte Wannen sind.2. Static semiconductor memory cell according to claim 1, characterized in that the substrate (4) is a high-resistance p- (n +) -conductive substrate, that the highly doped region (40) is a p + (n + ) -conductive region and that the drain region (17), the source region (18) and the collector region (21) are n + (p + ) -diffused wells.

3. Statische Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hochohmige Substrat (4) ein 20-Ohm · cm-Substrat mit einer Ladungsträgerkonzentration von etwa 8 XlO14Cm-3 ist.3. Static semiconductor memory cell according to claim 1 or 2, characterized in that the high-resistance substrate (4) is a 20 ohm · cm substrate with a charge carrier concentration of about 8 × 10 14 cm -3 .

4. Statische Halbleiterspeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Bereich (40) eine Ladungsträgerkonzentration von 5 x 10l6cm~3 aufweist.4. Static semiconductor memory cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the highly doped region (40) has a charge carrier concentration of 5 x 10 16 cm -3 .

5. Statische Halbleiterspeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Bereich (40) durch Ionenimplantation, durch Diffusion oder durch Aufbringen einer hochdotierten Epitaxie-Schicht hergestellt ist.5. Static semiconductor memory cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that the highly doped region (40) by ion implantation, by diffusion or by applying a highly doped epitaxial layer is made.

6. Statische Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Bereich (40) mittels eines Ionenimplantationsschrittes durch Einbringen von Bor oder Phosphor hergestellt ist.6. Static semiconductor memory cell according to claim 5, characterized in that the highly doped Area (40) by means of an ion implantation step by introducing boron or Phosphorus is made.

7. Statische Halbieiterspeichi reelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastelement (7) ein MOS-Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp ist, wobei der Gateanschluß (72) mit dem Drainanschluß verbunden ist.7. Static semi-conductor memory after a of Claims 1 to 6, characterized in that the load element (7) is a MOS field effect transistor is of the enhancement type, the gate terminal (72) being connected to the drain terminal.

8. Statische Halbleiterspeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastelement (7) ein MOS-Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp ist, wobei der Gateanschluß (72) mit dem Sourceanschluß verbunden ist, und wobei der Kanafbereich gegendotiert ist.8. Static semiconductor memory cell according to one of claims 1 to 6, characterized in that the load element (7) is a MOS field effect transistor of the depletion type, the gate terminal (72) is connected to the source terminal, and wherein the channel area is counter-doped.

9. Statische Halbleiterspeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastelement (7) aus einer implantierten Widerstandsbahn besteht.9. Static semiconductor memory cell according to one of claims 1 to 6, characterized in that the load element (7) consists of an implanted resistance track.

b) daß der negative differentielle Widerstand (5) zwischen einen Auswahltransistor (6, 63) und ein Lastelement (7) geschaltet ist.b) that the negative differential resistance (5) between a selection transistor (6, 63) and a load element (7) is connected.

65 Die Erfindung bezieht sich auf eine statische Halbleiterspeicherzelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. 65 The invention relates to a static semiconductor memory cell according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Halbleiterspeichefzelle ist aus der DE-OS 2043065 bekannt.Such a semiconductor memory cell is known from DE-OS 2043065.

Ein in integrierter Schaltungstechnik hergestellter negativer differentieller Widerstand, der aus einem in einem Halbleitersubstrat vorgesehenen vertikalen bipolaren Transistor und einem MOS-Transistor besteht, ist aus dem IBM Techn. Disclosure Bulletin, Bd. 17, No. 4, Sept. 1974, S. 1041, bekannt. Dabei ist in den Basisbereich des bipolaren Transistors neben demA negative differential resistor produced using integrated circuit technology, consisting of an in a semiconductor substrate provided vertical bipolar transistor and a MOS transistor, is from IBM Techn. Disclosure Bulletin, Vol. 17, No. 4, Sept. 1974, p. 1041. It is in the Base region of the bipolar transistor next to the

Emittergebiet ein weiteres Halbleitergebiet eingefügt, das den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Emittergebiet. Das Emittergebiet bildet gleichzeitig das Sourcegebiet des MOS-Transistors, das weitere Halbleitergebiet das Draingebiet. Der zwischen dem Source- und dem Draingebiet liegende Teil des Basisbereichs ist von einem isolierten Gate überdeckt, das mit einem Kollektoranschluß verbunden ist. Das weitere Halbleitergebiet ist mit einem Basisanschluß des bipolaren Transistors beschaltet.Emitter region inserted a further semiconductor region that has the same conductivity type as the emitter region. The emitter region simultaneously forms the source region of the MOS transistor, the further semiconductor region the drainage area. The part of the base region lying between the source and drain regions is from covered by an insulated gate connected to a collector terminal. The other semiconductor area is connected to a base connection of the bipolar transistor.

Eine pnpn-Vierschichten-Halbleiter-Speicherzelle mit einer negativen Widerstandscharakteristik ist in der DE-OS 2149761 beschrieben. Sie weist einen Halbleiterkörper auf, an dessen Oberfläche die beiden pn-Übergänge zwischen den ersten drei Schichten durch eine von der Oberfläche durcli eine mit eindiffundierten Ladungsträger-Fangzentren versehene Isolierschicht getrennte Gateelektrode gemeinsam überdeckt werden. Eine an die Gateelektrode gelegte Gatespannung bewirkt, daß eine ihr entsprechende Menge von Ladungsträgern aus der zweiten Schicht irfden Fangzentren festgehalten wird. Auch nach dem Ah:chaiten der angelegten Gatespannung beginnt ein Stromfluß zwischen zwei an die erste und vierte Schicht angelegten Elektroden erst bei einem solchen Wert der an diese letzteren angelegten Spannung, daß ein Schwellwert, der durch die Menge der in der Isolierschicht gespeicherten Ladungsträger bestimmt ist, überschritten wird. Somit wird der sich beim Anlegen einer Gatespannung ergebene Schwellwert durch die Eigenschaften der Isolierschicht gespeichert.A pnpn four-layer semiconductor memory cell with a negative resistance characteristic is described in DE-OS 2149761. It has a semiconductor body on, on the surface of which the two pn junctions between the first three layers pass through one from the surface through one diffused in Charge carrier capture centers provided insulating layer separated gate electrode are covered together. A gate voltage applied to the gate electrode causes a corresponding amount of Load carriers from the second shift are found in the trapping centers is being held. Even after the applied gate voltage has changed, a current begins to flow between two electrodes applied to the first and fourth layer only at such a value as that applied to them the latter applied voltage that a threshold value determined by the amount of stored in the insulating layer Load carrier is determined is exceeded. Thus, when a gate voltage is applied resulting threshold value saved by the properties of the insulating layer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine statische Halbleiterspeicherzelle der eingangs genannten Art anzugeben, die nur mit einem einfachen MOS-Prozeß und einer zusätzlichen ganzflächigen Implantation realisierbar ist.The object of the present invention is to provide a static semiconductor memory cell of the initially mentioned Specify mentioned type, which only with a simple MOS process and an additional full-area Implantation is feasible.

Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1 solved.

Neben ihre: einfachen Herstellbarkeit zeichnet sich die Halbleiterspeicherzeüe nach der Erfindung auch dadurch aus, daß nur in einem logischen Zustand Leistung verbraucht wird.In addition to their: simple manufacturability stands out the semiconductor memory cell according to the invention also characterized in that only in a logical state power is consumed.

Vorteilhafterweise kann bei einer entsprechenden Ansteuerung ein großer Auslesehub erreicht werden.With a corresponding control, a large readout stroke can advantageously be achieved.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following the invention is based on the drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen statischen Speicherelementes.Fig. 1 shows the circuit diagram of a static memory element according to the invention.

F i g. 2 zeigt in schematkjher Darstellung einen Querschnitt durch den negativen Widerstand des Speicherelementes riach der Fig. 1.F i g. 2 shows a schematic representation of a cross section by the negative resistance of the memory element according to FIG. 1.

Die Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung das Schaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen statischen Speicherelementes.Fig. 3 shows a schematic representation of the circuit diagram of a further static according to the invention Storage element.

Die Fig. 4 zeigt die Kennlinien eines erfindungsgemäßen Speicherelementes.4 shows the characteristics of an inventive Storage element.

Die Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch das Speicherelement nach der Fig. 1.FIG. 5 shows a schematic representation of a cross section through the storage element according to FIG Fig. 1.

Die F i g. 6 zeigt das Layout eines effindungsgemäßen Speicherelementes nach der Fig. 1.The F i g. 6 shows the layout of an inventive one Storage element according to FIG. 1.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das erfindungsgemäße Speicherelement im wesentlichen aus einem spannungsgesteuerten negativen differentiellen Widerstand 5, einem Lastelement 7 und einem Auswahltransistor 6. Der neg ttive Widerstand 5 besteht aus einem MOS-Transistor 1, einem bipolaren Transistor 2, einem pn-Übergang 42 und Widerständen 3 und 41, die in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise zusammengeschaltet sind. Zwischen den Punkten 14 und 16 wird der spannungsgesteuerte negative differentielle Widerstand gemessen. Mit dem Punkt 14 ist der Drainanschluß 12 des MOS-Transistors 1 verbunden. Der Sourcenanschluß 13 des MOS-Transistors 1 ist mit dem Anschluß 16, dessen Potential etwa dem Potential am Anschluß 24 entspricht, verbunden. Das Gate des MOS-Transistors 1 ist über einen Widerstand 3, der zu diesem Zweck zwischen dem Gateanschluß 11 des MOS-Trar.sistors 1 und einem Anschluß 31 angeordnet ist, ansteuerbar. Der Gateanschluß 11 des MOS-Transistors 1 ist über den Kollektor-Emitter-Kreis des bipolaren Transistors 2 mit dem Anschluß 16 verbunden. Der Basisanschluß des bipolaren Transistors 2 ist über eine Diode 42 mit dem Punkt 14 verbunden. Die Basis 25 des bipolaren Transistors 2 ist über den Widerstand 43, der einerseits mit der Basis 25 des bipolaren Transistors 2 und andererseits mit dem Anschluß TA verbunden ist, steuerbar.As can be seen from Fig. 1, the memory element according to the invention consists essentially of a voltage-controlled negative differential resistor 5, a load element 7 and a selection transistor 6. The negative resistor 5 consists of a MOS transistor 1, a bipolar transistor 2, a pn junction 42 and resistors 3 and 41, which are connected together in the manner shown in FIG. The voltage-controlled negative differential resistance is measured between points 14 and 16. The drain connection 12 of the MOS transistor 1 is connected to the point 14. The source connection 13 of the MOS transistor 1 is connected to the connection 16, the potential of which corresponds approximately to the potential at the connection 24. The gate of the MOS transistor 1 can be controlled via a resistor 3 which for this purpose is arranged between the gate terminal 11 of the MOS transistor 1 and a terminal 31. The gate terminal 11 of the MOS transistor 1 is connected to the terminal 16 via the collector-emitter circuit of the bipolar transistor 2. The base connection of the bipolar transistor 2 is connected to the point 14 via a diode 42. The base 25 of the bipolar transistor 2 can be controlled via the resistor 43 which is connected on the one hand to the base 25 of the bipolar transistor 2 and on the other hand to the terminal TA.

In der F i g. 2 ist ein Querschnitt durch uen negativen Widerstand 5 dargestellt. Dieser ist auf einem halbleitenden Substrat, vorzugsweise auf einem Silir'um- substrat 4 aufgebaut. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Siiiziumsubstrat 4 um ein hochohmiges Grundmaterial der Dotierung ρ = 8 x 10l4cm~3. An der Oberfläche des Substrates 4 wird vorzugsweise mittels eines Ionenimplantationsschrittes, beispielsweise durch das Einbringen von Borionen, die p-Dotierung im Bereich 40, beispielsweise auf/j+ = 5 χ 1016Cm-3 erhöht. Mittels eines Diffusionsprozesses werden nun die «-dotierten Wannen 17, 18 und 21 in das Substrat 4 und in den Bereich 40 eingebracht. Dabei dient das Diffusionsgebiet 17 als Draingebiet des MOS-Transistors 1. An der Oberfläche dieses Draingebietes ist eine Drainelektrode 12, die mit dem Punkt 14 verbunden ist, angeordnet. Das Sourcegebiet 18 des MOS-Transistors 1 ist durch einen Abstand von dem Draingebiet 17, der die Kanalzone bildet, entfernt. Oberhalb der Kanalzone des MOS-Transistors 1 ist durch eine elektrisch isolierende Schicht 19, bei der es sich vorzugsweise um eine S1O2-Schicht handelt, die Gateelektrode 11 des MOS-Transistors 1 angeordnet. Das Sourcegebiet 18 des MOS-Transistors 1 dient gleichzeitig als Ernittergebiet des bipolaren npn-Transistors 2. Das Diffusionsgebiet 21 dient als Kollektorgebiet des bipolaren npn-Transistors 2. Es ist mit einer Elektrode 22 versehen, die über eine Verbindung 15 mit der Gateelektrode 11 des MOS-Transistors 1 elektrisch in Verbindung steht. Zwischen dem Kollektorgebiet 21 und d^m Emittergebiet 18 bzw. dem Sourcegebiet befindet sich die Basis 25 des bipolare;: npn-Transistors. Mit der Kollektorelektrode 22 ist der im Zusammenhang mit der Fig. 1 bereits beschriebene Widerstand 3 verbunden. Das Substrat 4 weist eine Elektrode 23 mit einem Anschluß 24 auf. Zwischen dieser Elektrode 23 und der Basis 25 des bipolaren npn-Transistors 2 befindet sich der Widerstand 41 (Fig. 1), der durch das hochrhmige p-Substrat gebildet wird. Die in der Fig. 1 dargestellte Diode 42 wird durch den pn-Übergang zwischen den Bereichen 40 und 4 und dem Draingebiet 17 des MOS-Transistors 1 gebildet.In FIG. 2 shows a cross section through a negative resistor 5. This is built up on a semiconducting substrate, preferably on a silicon substrate 4. For example, this silicon substrate 4 is a high-resistance base material with doping ρ = 8 × 10 14 cm -3 . On the surface of the substrate 4, the p-doping in the region 40 is increased, for example to / j + = 5 10 16 cm -3 , preferably by means of an ion implantation step, for example by introducing boron ions. The -doped wells 17, 18 and 21 are now introduced into the substrate 4 and into the region 40 by means of a diffusion process. The diffusion region 17 serves as the drain region of the MOS transistor 1. A drain electrode 12, which is connected to the point 14, is arranged on the surface of this drain region. The source region 18 of the MOS transistor 1 is at a distance from the drain region 17, which forms the channel region. The gate electrode 11 of the MOS transistor 1 is arranged above the channel zone of the MOS transistor 1 through an electrically insulating layer 19, which is preferably an S1O2 layer. The source region 18 of the MOS transistor 1 also serves as the emitter region of the bipolar npn transistor 2. The diffusion region 21 serves as the collector region of the bipolar npn transistor 2. It is provided with an electrode 22 which is connected to the gate electrode 11 of the via a connection 15 MOS transistor 1 is electrically connected. The base 25 of the bipolar transistor is located between the collector region 21 and the emitter region 18 or the source region. The resistor 3 already described in connection with FIG. 1 is connected to the collector electrode 22. The substrate 4 has an electrode 23 with a connection 24. Between this electrode 23 and the base 25 of the bipolar npn transistor 2 there is the resistor 41 (FIG. 1), which is formed by the high-impedance p-substrate. The diode 42 shown in FIG. 1 is formed by the pn junction between the regions 40 and 4 and the drain region 17 of the MOS transistor 1.

Im folgenden soll die Funktion des negativen Widerstandes im Zusammenhang mit der Fig. 4 erläutert werden. Andern Ans.-hluß ZX liegt die Spannung Uc„an dem Anschluß 24 die Spannung U^b und an dem Anschluß 14 die Spannung Lb an. Vom Anschluß 14 zum Anschluß 16 fließt der Strom I0. In der Fig. 4 istThe function of the negative resistance in connection with FIG. 4 will be explained below. At the other connection ZX , the voltage Uc, is applied to the connection 24, the voltage U ^ b and to the connection 14, the voltage Lb. The current I 0 flows from connection 14 to connection 16 . In Fig. 4 is

eine //ri/o-Kennlinie für eine vorgegebene Substratspannung U^ von beispielsweise + 0,23 V und für eine vorgegebene Gatespannung Ua von beispielsweise 4 V dargestellt. Bis zu einer bestimmten Drainspannung U0 < Ubd, die von der Dotierung des Siliziums in dem Bereich 40 abhängt, verhält sich die Anordnung wie ein normaler MOS-Transistor, an dessen Gate die Spannung Ug liegt. Dieser Bereich entspricht in dem Kennlinienfeld der Fig. 4 dem dort mit A bezeichneten Bereich. Ab einer Drainspannung von Ud > Ubd (Bereich B in der Fig. 4), bildet sich zwischen dem Draingebiet 17 und dem Substrat 4 ein Strompfad, der beispielsweise durch einen Lawinendurchbruch an dem Draingebiet erzeugt wird. Durch den Spannungsabfall im hochohmigen Substrat, d.h. am Widerstand 41 erhöht sich das Potential in der Umgebung der Schaltanordnung. Das diffundierte Sourcegebiet 18 beginnta // ri / o characteristic curve for a given substrate voltage U ^ of, for example, + 0.23 V and for a given gate voltage Ua of, for example, 4 V is shown. Up to a certain drain voltage U 0 <Ubd, which depends on the doping of the silicon in the region 40, the arrangement behaves like a normal MOS transistor, at the gate of which the voltage Ug is applied. In the family of characteristics in FIG. 4, this area corresponds to the area labeled A there. From a drain voltage of Ud > Ubd (area B in FIG. 4), a current path is formed between the drain region 17 and the substrate 4, which is generated, for example, by an avalanche breakdown in the drain region. As a result of the voltage drop in the high-resistance substrate, that is to say at the resistor 41, the potential in the vicinity of the switching arrangement increases. The diffused source region 18 begins

iook

15 weise n-Kanal-MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp verwendet. In diesem Fall ist jeweils die Gateelektrode dieser Transistoren mit dem Drainanschluß verbunden. Bei der Verwendung von Transistoren vom Verarmungstyp ist die Gateelektrode mit dem Source-Anschluß verbunden. In der Fig. 5 ist der Querschnitt durch ein aus dem negativen Widerstand 5, dem Lastelement 7 und dem Auswahltransistor 6 bestehendes Speicherelement dargestellt. Dabei handelt es sich bei dem Widerstand 3 und dem Lastelement 7 um Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp. Einzelheiten der Fig. 5, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Als Lastelemente können auch implantierte Widerstandsbahnen dienen. 15 wise n-channel enhancement type MOS transistors are used. In this case, the gate electrode of each of these transistors is connected to the drain terminal. When using transistors of the depletion type, the gate electrode is connected to the source terminal. In FIG. 5, the cross section through a memory element consisting of the negative resistor 5, the load element 7 and the selection transistor 6 is shown. The resistor 3 and the load element 7 are field effect transistors of the enhancement type. Details of FIG. 5, which have already been described in connection with FIGS. 1 and 2, have the corresponding reference numerals. Implanted resistance tracks can also serve as load elements.

Das Potential am Anschluß 16 (Fig. 1) wird vorteilhafterweise so gewählt, daß es etwa dem Substratpoten-The potential at the terminal 16 (Fig. 1) is advantageously chosen so that it is about the substrate potential

, d. h. Elektronen zu inüzieren tisl entsnricht dss z. B. — 5 V betr2°sri kann. Die "S, ie to inject electrons tisl ents n Richt dss z. B. - 5 V betr2 ° sri can. This

die von dem Kollektorgebiet eingefangen werden und über den Widerstand 3 an die mit dem Anschluß 31 verbundene Spannungsquelle abgeführt werden. Auf diese Weise wird das Potential an der Elektrode 11 abgesenkt und der MOS-Transistor gesperrt.which are captured by the collector area and connected to the terminal 31 via the resistor 3 Voltage source are dissipated. In this way, the potential at the electrode 11 is lowered and the MOS transistor blocked.

Durch Anschalten eines Lastelementes 7 und eines Auswahltransistors 6 an den oben näher beschriebenen negativen Widerstand 5 gelangt man zu dem erfindungsgemäßen statischen Speicherelement (Fig. 1). Der Auswahltransistor 6, bei dem es sich vorzugsweise um einer. MOS-Transistor handelt, ist einerseits mit dem Punkt 14 des negativen Widerstandes 5 und andererseits mit einer Bitleitung 62 verbunden. Die Gateelektrode des Auswahltransistors 6 ist mit einer Wortleitung 61 verbunden. Das Lastelement 7, das einerseits mit dem Punkt 14 verbunden ist, ist andererseits vorteilhafterweise mit dem Anschluß 31 und somit mit der Spannung Ug verbunden. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, ergibt sich für das Lastelement die Kennlinie Kl. Diese Kennlinie Kl schneidet die bereits beschriebene Kennlinie Ä"5 des negativen Widerstandes in den Punkten Sl, L und 52. Dabei stellen die Punkte Sl und S2 stabile Zustände und der Punkt L einen labilen Zustand dar.By connecting a load element 7 and a selection transistor 6 to the negative resistor 5 described in more detail above, one arrives at the static storage element according to the invention (FIG. 1). The selection transistor 6, which is preferably one. MOS transistor is on the one hand connected to the point 14 of the negative resistor 5 and on the other hand to a bit line 62. The gate electrode of the selection transistor 6 is connected to a word line 61. The load element 7, which is connected on the one hand to the point 14, on the other hand is advantageously connected to the terminal 31 and thus to the voltage Ug . As can be seen from FIG. 4, the characteristic curve Kl results for the load element. This characteristic curve Kl intersects the already described characteristic curve λ "5 of the negative resistance at points S1, L and 52. The points S1 and S2 represent stable states and the point L represents an unstable state.

Wie in der Fig. 3 dargestellt, kann die Bitleiiung 62 auch über einen Auswahltransistors 63 mit dem Punkt 11 verbunden sein. Dabei wird dann der Auswahltransistor 63 über die Wortleitung 64 angesteuert. Einzelheiten der Fig. 3, die bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen.As shown in FIG. 3, the bit line 62 also be connected to point 11 via a selection transistor 63. The selection transistor then becomes 63 controlled via word line 64. Details of FIG. 3, which have already been used in connection with 1 have been described with the corresponding reference numerals.

Das erfindung?gemäße Speicherelement nach der Fig. 1 wird dadurch ausgewählt, daß an die Wortleitung 6J ein Potential angelegt wird, welches den Auswahltransistor 6 öffnet. Über die Bitleitung 62 wird ein der einzuschreibenden Information entsprechendes Potential angelegt, das das Speicherelement entweder in den stabilen Punkt Sl oder in den stabilen Punkt S2 setzt. Beim Auslesen wird der Auswahltransistor 6 wieder über die Wortleitung 61 in den leitenden Zustand geschaltet. Durch eine mit der Bitleitung 62 verbundene Regenerierschaltung 8 wird dann das an dem Punkt 14 anliegende Potential bewertet oder der Zustand der Leitfähigkeit des Transistors 1 bewertet.The memory element according to the invention according to the Fig. 1 is selected in that a potential is applied to the word line 6J, which the selection transistor 6 opens. A potential corresponding to the information to be written is applied via the bit line 62 applied, which sets the storage element either in the stable point S1 or in the stable point S2. When reading out, the selection transistor 6 is again in the conductive state via the word line 61 switched. By means of a regeneration circuit 8 connected to the bit line 62, the at the Point 14 evaluates the applied potential or evaluates the state of conductivity of transistor 1.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Widerstand 3 und bei dem Lastelement 7 ebenfalls um MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp oder vom Verarmungstyp oder um implantierte Widerstände. In Verbindung mit dem oben angegebenen Beispiel für den Aufbau des negativen Widerstandes werden vorzugspheren Schaltungen behalten dann ihre Eigenschaften bei, wobei auch sichergestellt ist, daß das Potential an dem Anschluß 16 und dem Punkt 25 etwa gleich ist. Die Fig. 6 zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung nach der F i g. 5. Einzelheiten der F i g. 6, die bereits im Zusammenhang mit der Fig. 5 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, sind die Feldeffekttransistoren, die den Widerstand 3 und das Lastelement 7 bilden, ebenfalls in der Schicht 40 und in dem Substrat 4 aufgebaut. Die Widerstände 3 und 7 sind Transistoren vom Verarmungstyp. Vorteilhafterweise is' das Speicherelement nach der Fig. 6 in einer Al-Gate-Technologie mit selbstjustierenden Gates aufgebaut. Es bedeuten schraffierte Flächen Diffusionsgebiete, strichliert umrandete Flächen Aluminium-Leiterbahnen bzw. Elektroden, mit durchgehenden Linien umrandete Flächen Gateoxidschichten und Flächen mit Diagonalen Kontaktlochätzungen. Die strich-punktiert umrandeten Gebiete stellen Dünnoxidbereiche dar.Advantageously, the resistor 3 and the load element 7 are also MOS transistors of the enrichment type or the depletion type or around implanted resistors. In connection with the example given above for the construction of the negative resistance are preferred Circuits then retain their properties, whereby it is also ensured that the potential at terminal 16 and point 25 is approximately the same. 6 shows a plan view of the arrangement according to FIG. 5. Details of the F i g. 6, which have already been described in connection with FIG. 5, bear the corresponding reference symbols. As can be seen from FIG. 5, the field effect transistors are the form the resistor 3 and the load element 7, also built up in the layer 40 and in the substrate 4. Resistors 3 and 7 are depletion type transistors. The memory element is advantageously ' 6 constructed in an Al gate technology with self-aligning gates. It mean hatched areas diffusion areas, areas outlined by dashed lines aluminum conductor tracks or Electrodes, areas bordered with continuous lines, gate oxide layers and areas with diagonals Contact hole etchings. The areas outlined by dash-dotted lines represent thin oxide areas.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Statische Halbleiterspeicherzeile mit negativem differentiellem Widerstand, die mittels einer Spannungssteuerung zwischen einem niederohmigen Zustand und einem hochohmigen Zustand umschaltbar bzw. rückschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, 1. Static semiconductor memory line with negative differential resistance, which by means of a Voltage control between a low-resistance state and a high-resistance state switchable or downshiftable, characterized in that
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