-
n-Kanal-Speicher-FET
-
Die Erfindung betrifft eine Fortbildung einer speziellen Weiterbildung
des Gegenstandes der Hauptanmeldung P 24 45 137.4-33, sowie die Fortbildung von
Weiterbildungen dieser speziellen Weiterbildung. Diese spezielle Weiterbildung sowie
Weiterbildunggdie ser speziellen Weiterbildung sind insbesondere in weiteren Zusätzen
zur Hauptanmeldung angegeben, wie im folgenden erläutert wird.
-
Die Erfindung betrifft nämlich einen n-Kanal-Speicher-FET mit wenigstens
einem Gate, nämlich mit einem allseitig von einem Isolator umgebenen, floatenden
Speichergate, bei dem zur Umladungdes Speichergate die Elektronen injizierende Kanalinjektion
- d.h. Umladungdurch im eigenen leitenden Kanal stark beschleunigte und hierdurch
aufgeheizte Elektronen, die wegen ihrer Aufheizung durch ein in Source-Drain-Richtung
wirkendes elektrisches Feld die Energieschwelle zum Leitfähigkeitsband des Isolators
überwinden und dadurch zum Speichergate gelangen - ausgenutzt wird, wobei die Kanalinjektion
zum Programmieren, also Aufladen des Speichergate ausgenutzt wird, so daß das Speichergate
nach dieser Aufladung mittels seiner negativen Ladung durch Influenz in den Source-Drain-Strom
hemmender Weise auf die Source-Drain-Strecke einwirkt, wobei ein zusätzliches, einen
Anschluß aufweisendes, steuerbares Steuergate vorgesehen ist, das kapazitiv auf
das Speichergate einwirkt, wobei das Speichergate leitend mit einem leitenden Lappen,
über den beim elektrisch gesteuerten Löschen die Entladung des Speichergate erfolgt,
verbunden ist, wobei der Lappen zumindest einen Teil eines der Hauptstrecken-Anschlußbereiche,
also des Drain oder der Source, bedeckt, und wobei der Lappen von dem durch ihn
bedeckten Anschlußbereich durch eine dünne Isolatorschicht getrennt ist.
-
Diese spezielle Weiterbildung des Gegenstandes der Hauptanmeldung
ist insbesondere in folgenden weiteren, zur Hauptanmeldung eingereichen Zusatzanmeldungen
angegeben: P 25 13 207.4-33 = VPA 75 P 6039 BRD, vgl. dort Fig. 3; P 25 25 062.8-33
= VPA 75 P 6105 BRD, vgl. dort Fig. 3; P 26 13 846.5 = VPA 76 P 6090 BRD; P 26 13
873.8 = VPA 76 P 6092 BRD; P 26 13 895.4-33 = VPA 76 P 6091 BRD.
-
Die Gegenstände dieser weiteren Zusatzanmeldungen weisen jedoch je-
weils#Nerkmale auf, weswegen de vorliegende Anmeldung als Zusatz zur Hauptanmeldung
P 25 45 137.4-33 angemeldet wurde. Die spezielle Weiterbildung, die durch die Erfindung
fortgebildet wird, ist außerdem bereits in dem am 21. August 1975 erteilen luxemburgischen
Patent 72 605 beschrieben, welches zur Hauptanmeldung und zu einem Teil solcher
weiteren Zusatzanmeldungen korrespondiert.
-
Wie in den bereits zitierten Anmeldungen und im zitierten luxemburaschen
Patent angegeben ist, dient der Lappen insbesondere zur Bekämpfung der Vergiftung
des Isolators während der Löschung, d.h.
-
während der Entladung, des in elektrischer Hinsicht floatenden Speichergate.
Durch Anlegen einer Löschspannung zwischen dem Steuergate und dem vom Lappen bedeckten
Anschlußbereich - und evtl. durch zusätzliches, gleichzeitiges Anlegen der Avalanche-Durchbruchspannung
an den sperrenden pn-U~bergang zwischen Substrat und dem betreffenden, vom Lappen
bedeckten Anschlußbereich, also Drain oder Source - werden nämlich bisher im Speichergate
gespeicherte Elektronen zum vom Lappen bedeckten Anschlußbereich fließen und/oder
es werden im auf Avalanche-Durchbruch belasteten pn-Übergang aufgeheizte Löcher
erzeugt, welche, vom Steuergatepotential und damit auch vom Speichergatepotential
angesaugt, den Isolator durchdringen und so das Speichergate entladen können. Bei
der Löschung fließen diese Entladungsströme durch andere Bereiche des Isolators,
als bei der Program mierung die Aufladeströme. Diese Anbringung unterschiedlicher
Isolatorbereiche für die Entlade ströme einerseits und für die Aufladeströme andererseits
bewirkt die relativ gute Konstanz der Löschmindestspannungen und Programmiermindestspannungen,
also die vergiftungsarme Umladbarkeit des Speichergate.
-
DSe Definition von Source und Drain entspricht hier der Source-Drain-Stromrichtung
während des Programmierens. Eine "Bedeckung zwischen Lappen einerseits und Anschlußbereich,
also Source oder Drain, andererseits liegt vor, falls der Abstand zwischeE Lappen
und dem betreffenden Anschlußbereich so gering ist, daß das Lappenpotential kapazitiv,
also durch Influenz, die lappennahe Oberfläche dieses Anschlußbereiches, insbesondere
die dortige Ladungsdichte oder die Avalanche-Durchbruchspannung eines in Lappennähe
angebrachten Substrat-Anschlußbereich-pn-Überganges, beeinflußt.
-
In der Hauptanmeldung, Fig. 4, ist bereits eine Speichermatrix gezeigt,
welche jeweils einen einzigen n-Kanal-Speicher-FET als Speicherzelle enthält. Die
Steuergates der einzelnen n-Kanal-Speicher-FETs sind zeilenweise miteinander über
Zeilenleitungen verbunden. Die Drains der n-Kanal-Speicher-FETs sind spaltenweise
miteinander über Spalte leitungen verbunden. Alle Sourcen der n-Kanal-Speicher-FETs
der Matrix sind miteinander verbunden und außerdem an den gemeinsamen Schaltungspunkt
So angeschlossen.
-
Der einzelne n-Kanal-Speicher-FET kann insbesondere bei Verwendung
innerhalb einer derartigen Speichermatrix, welche jeweils nur einen einzigen n-Kanal-Speicher-FET
pro Speicherzelle enthält, verschiedenartig angesteuert werden. Es können nämlich
die Sourcen oder die Drains verschieden angesteuert werden - nämlich z.B. spaltenweise
wie die Drains im genannten Matrixbeispiel. Durch Anlegen eines Drainpotentials
kann also eine spezielle Gruppe von n-Kanal-Speicher-FETs dieser Matlix angesteuert
werden. Durch Anlegen des Sourcepotentials können bei diesem Matrixbei spiel sogar
sämtliche n-Kanal-Speicher-FETs der Matrix gleichzeitig angesteuert werden.
-
Zur Löschung eines in einer Matrix angebrachten n-Kanal-Speicher-FET
sind mindestens zwei Ansteuerungen gleichzeitig notwendig, nämlich eine erste Ansteuerung
über das Steuergate - in diesem Matrixbeispiel also zeilenweise, sowie eine zweite
Ansteuerung über den zum Löschen dienenden Anschlußbereich - also bei diesem Matrixbeispiel
über die Sourcen matrixweise oder über die Drains spaltenweise. An den durch beide
Ansteuerungen angesteuerten Kreuzungspunkten wird der dort
angebrachte
n-Kanal-Speicher-FET gelöscht bzw. an den verschiedenen gleichzeitig zweifach angestesteuerten
Kreuzungspunkten werden die verschiedenen, jeweils dort angebrachten n-Kanal-Speicher-FETs
gleichzeitig gelöscht. Hingegen wird keiner der nur durch eine der beiden Ansteuerungen
angesteuerten n-Kanal-Speicher-FETs gelöscht, weil die an den übrigen Anschlüssen
dieser n-Kanal-Speicher-FETs liegenden Potentiale die Löschung verhindern.
-
In einem Teil der zitierten, weiteren Zusatzanmeldungen und in dem
luxemburgischen Patent ist bereits angegeben, daß - insbesondere bei n-Kanal-Speicher-FETs
mit einem Enhancenent-Typ Kanalbereich - statt oder neben der Ausnutzung der Avalanche-Durchbruchspannung,
d . h. des Avalanche-Effektes, auch weitere Effekte, insbesondere der Fowler-Nordheim-Tunneleffekt
und der Gateoberflächeneffekt, zur Löschung des aufgeladenen Speichergate ausgenutzt
werden können. Hierzu ist eine Spannung entsprechender Polarität und Amplitude zwischen
dem Steuergate und jenem Hauptstreckenbereich anzulegen, wohin die Entladung des
Speichergate erfolgen soll, vgl. die weitere Zusatzanmeldung P 25 25 062.
-
8=75 P 6105 und P 25 25 097.9 = 75 P 6106 bzw. die dazu korrespondierenden,
beide am 29. September 1975 erteilten luxemburgischen Patente 72 683 und 72 684.
-
Durch die US-PS 3 919 711, Fig. 2 bis 4, ist bereits ein (bevorzugt
einen p-Kanal aufweisender) Speicher-FET vom Enhancement-Typ bekannt, der ein allseitig
von einem Isolator umgebenes, floatendes Speichergate 20, aber kein Steuergate aufweist,
vgl. Spalte 2, Z. 44-49. Der Kanalbereich ist nichtleitend bei entladenem Speichergate,
aber leitend bei aufgeladenem Speichergate 20, vgl.
-
Sp. 5, Z. 2-20 (Die Aufladung erfolgt übrigens mittels des Avalanche-Effektes,
vgl. Sp. 3, Z. 27-44). Dies ist auch verständlich, da beim Lesen deutlich der aufgeladene
Zustand vom entladenen Zustand unterschieden werden soll, wobei ein steuergateloser
Speicher-FET vom Enhancement-Typ, der ja bei entladenem Speichergatezustand einen
nichtleitenden Kanalbereich aufweist, im aufgeladenen Speichergatezustand dementsprechend
einen leitenden Kanalbereich aufweisen muß - da sonst beim Lesen keine
ausreichend
großen Unterschiede bestehen.
-
Gemäß der Hauptanmeldung und deren Zusatzanmeldungen - und auch bei
der Erfindung - ist jedoch ein n-Kanal-Speicher-FET anders betrieben: sein Speichergate
ist im programmierten Zustand negativ statt positiv aufgeladen, wobei zur Aufladung
die Kanalinjektion statt des Avalanche-Effektes ausgenutzt wird. Im programmierten
Zustand ist also der Kanalbereich sogar besonders schlecht leitend oder sogar übermäßig
gesperrt, da die negative Speichergateaufladung durch Influenz in den Source-Drain-Strom
hemmender Weise auf die Source-Drain-Strecke einwirkt. Außerdem wird bei der Erfindung
von einem n-Kanal-Speicher-FET ausgegangen, der zusätzlich ein Steuergate aufweist,
das kapazitiv auf das Speichergate wirkt, also eine beachtlich große Kapazität zum
Speichergateg aufweist. Das Steuergate gestattet, wie bereits in der Hauptanmeldung
und deren Zusatzanmeldungen beschrieben ist, insbesondere beim Programmieren und
Lesen besondere Betriebsweisen, sowie den Aufbau von Speichermatrizen, die nur einen
einzigen FET pro Speicherzelle, nämlich allein den n-Kanal-Speicher-FET pro Speicherzelle,
enthalten. Dies ist jedoch mit dem durch diese US-PS bekannten, steuergatelosen
Speicher-FET nicht möglich - zusätzlich weil dieser steuergatelose Speicher-FET
im programmierten Zustand leitend und im gelöschten Zustand nicht-Leitend ist und
daher jeweils einen in Reihe liegenden weiteren gesteuerten FET pro Speicherzelle
benötigt.
-
Das Speichergate 20 des durch diese US-PS bekannten Speicher-FET ist
also im programmierten Zustand negativ aufgeladen, da er normaler Weise einen p-Kanal
aufweisen soll. Sobald ein n-Kanal vorgesehen wäre, müßte das Speichergate 20 gemäß
Sp. 5, Z. 2-9 im programmierten Zustand positiv aufgeladen sein, weil sonst kein
leitender n-Kanal entstehen würde.
-
Diesgbekannte Speicher-FET ist mit elektrischen Mitteln löschbar.
Sein Speichergate 20 ist dazu mit einem leitenden Lappen 20' verbunden, über den
die Entladung erfolgt, vgl. Sp. 3, Z. 57 bis Sp. 4, Z. 1 sowie den ABSTRACT dieser
US-PS.
-
Der Lappen 20' bedeckt nicht einen der Hauptstrecken-Anschlußbereiche,
also nicht die Source oder den Drain, sondern einen besonderen, davon isolierten
Halbleiterbereich, nämlich den Umladebereich 23, der abseits von Source und Drain
angebracht ist. Dieser Umladebereich 23 ist mit eigenen Potentialen versorgbar.
-
Bei der Entladung wird das bis dahin (bei p-Kanal negativ) aufgeladene
Speichergate 20 über den Lappen 20' mittels des Umladebereichs 23 entladen, indem
der Gateoberflächeneffekt, vgl. Sp.4, Z. 49-54 und/oder der Fowler-Nordheim-Tunneleffekt,
vgl. Sp. 3, Z. 53-56 ausgenutzt wird.
-
Da bevorzugt ein p-Kanal verwendet wird, ist die Entladung eines n-Kanal-Speicher-FET
nur am Rande betrachtet, vgl. Sp. 3, Z.50-52.
-
Demnach wird dieser steuergatelose n-Kanal-Speicher-FET, dessen Speichergate
20 bis dahin positiv aufgeladen war, durch eine positive Spannung an Source und/oder
an Drain gelöscht. Hierbei wird nämlich das ohnehin schon bisher positive Potential
des Speichergate 20 weiter in positive Richtung verschoben, so daß eine Entladung
über den geerdeten Umladebereich 23 erfolgt, vgl. Sp. 3, Z. 45 bis Sp. 4, Z. 1.
Bei Ausnutzung des Fotrler-Nordheim-Tunneleffektes fließen also die entladenen Elektronen
vom Umladebereich 23 zum Lappen 20'. #er$LList eine Löcherinjektion zur positive
ven Aufladung des Speichergate eines steuergatelosen n-Kanal-Speicher-FET mittels
des Avalanche-Effektes nicht möglich.
-
Bei der Erfindung wird ebenfalls von einem n-Kanal-Speicher-FET mit
einem zum Löschen dienenden Lappen und mit einem - dem Umladebereich 23 entsprechenden,
zum Löschen dienenden - Halbleiterbereich ausgegangen. Die Erfindung ist aber mit
einem Steuergate und mit einem durch Kanalinjektion negativ aufladbaren Speichergate
ausgestattet. Der erfindungsgemäße n-Kanal-Speicher-FET est nicht nur wegen seines
Steuergate, wegen der Kanalinjektion und wegen seiner trotz n-Kanal negativen Aufladung
einen abweichenden Aufbau und eine abweichende Betriebsweise auf. Auch der Lappen
und der Halbleiterbereich weisen beim Löschen andere Wirkungen auf:
Bei
der Erfindung fließen während der Entladung des Speichergate Elektronen vom Lappen
zum Halbleiterbereich, falls der Fowler-Nordheim-Tunneleffekt ausgenutzt wird. Außerdem
ist die das Löschen bewirkende Spannung zwischen Steuergate (z.B. negatives Potential
oder Erdpotential) und Halbleiterbereich (z.B. positives Potential) anzulegen. Weil
die Kapazität zwischen Steuergate und Speichergate viel größer als die Kapazität
zwischen Source und Drain einerseits und Speichergate andererseits ist, kann die
Löschspannung zwischen Steuergate und Halbleiterbereich besonders kleine Amplituden
aufweisen, wobei der Kanal zwischen Source und Drain auch bei im Vergleich zum Substratpotential
negativen Steuergatepotentialen nichtleitend bleibt. Solche, sogar im Vergleich
zum Substratpotential negativen Löschpotentiale an der n-dotierten Source und am
n-dotierten Drain des durch die US-PS bekannten n-Kanal-Speicher-FET wären unmöglich,
selbst wenn dieser bekannte n-Kanal-Speicher-FET, wie die Erfindung, ein negativ
aufgeladenes Speichergate im programmierten Zustand aufweisen würde - die negativen
Potentiale an Source und Drain werden nämlich die pn-IJbergänge zwischen Substrat
einerseits und Source und Drain andererseits durchlässig werden lassen. Solche negativen
Potentiale löschen zwar das Speichergate der Erfindung über den Lappen, aber +)
||Selbst wenn man also das Speichergate des bekannten, statt normalerweise mit p-Kanal
ausgestatteten, nun mit n-Kanal awgestatteten, steuergatelosen Speicher-FET völlig
gegen die Lehre dieser US-PS wie bei der Erfindung negativ aufladen würde und dadurch
ähnlich wie den erfindungsgemäßen n-1Kanal-Speicher-FET betrieben wollte, wären
also durch unterschiedliche Wirkungen Nachteile gegeben.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist, die oben zitierte spezielle, niedrige
Betriebsspannungen benötigende Weiterbildung des n-Kanal-Speicher-PET so fortzubilden,
daß sie je nach Bedarf mit Hilfe *) nicht das Speichergate des bekannten Speicher-FET.
-
eines Steuergatepotentials nach freier Wahl bitweise, wortweise oder
auch z.B. stellenweise verniftungsarrn gelöscht werden kann, falls sie in einer
Speichermatrix verwendet wird. Die Erwindung gestattet nämlich insbesondere, eine
an sich zweidimenional aufgebaute Matrix, die zweidimensional programmiert und gelesen
wird, so zu gestalten, daß sie beim Löschen wahlweise entweder zweidimensional angesteuert
wird oder bei Bedarf auch über eine gleichsam dritte Dimension.
-
Mit Hilfe der dritten Dimension ist es insbesondere möglich, stellenweise,
oder nach sonstigen eisen bestimmte Speicherzellen, gleichzeitig zu löschen, also
Speicherzellen zu löschen, die jeweils nicht in einer gemeinsamen Spalte oder in
einer gemeinsamen Zeile angebracht sind, sondern nach einem anderen Muster angebracht
sind. So ist es z.B. möglich, mit Hilfe der Erfindung eine Matrix aufzubauen, bei
welcher jeweils alle zweiten oder alle achten Speicherzellen einer Matrixzeile gleichzeitig
gelöscht werden. Die Erfindung gestattet also bei der Löschung neben der zweidimensionalen
Ansteuerung zusätzlich auch eine solche Ansteuerung zuzulassen, welche zwischen
einer der beiden normalen Dimensionen der Matrix und einer gleichsam dritten Dimension
erfolgt.
-
Der erfindungsgemäße n-Kanal-Speicher-FET soll zusätzlich dann, falls
er nicht in einer Matrix, sondern als einzelner n-Kanalspeicher-FET verwendet wird,
wahlweise zu einem seiner Hauptstrecken-Anschlul3bereichen oder zu einem weiteren
Umladebereich vergiftungsarm gelöscht werden können. Dabei soll die erfindungsgemäße
Maßnahme zulassen, daß der erfindungsgemäße n-Kanal-Speicher-FET je nach Bedarf
so dimensioniert werden und so betrieben werden kann, daß der Avalanche-Effekt und/oder
der Foler-Nordheim-Tunneleffekt und/oder der Gateoberflächeneffekt zur Löschung
ausnutzbar ist.
-
Die Erfindung geht also von dem oben angegebenen speziellen, auch
im Oberbegriff angegebenen n-Kanal-Speicher-FET aus. Die erfindungsgejäße Aufgabe
wird dadurch gelöst, daß zwei leitende Lappen leitend mit dem Speichergate verbunden
sind, von denen der erste Lappen einen Teil eines Anschlußbereiches union denen
der zweite Lappen einen Teil eines von den beiden Anschlußbereichen isolierten Umladebereiches
bedeckt.
-
Für den über die Erfindung nicht informierten Fachmann war zunächst
keinen besonderen Nutzen darin zu sehen, zwei voneinander getrennte Lappen am Speichergate
anzubringen.
-
Das Bedürfnis, sowohl zu einem Hauptstrecken-Anschlußbereich hin als
auch wahlweise stattdessen zu einem Umladebereich hin jeweils vergiftungsfrei löschen
zu können, war nicht genug erkannt. Daher mußte dies als eine unnötig erscheinende
Verkomplizierung nicht nur der Betriebsweise, sondem vor allem auch noch des Aufbaus
dieses n-Kanalipeicher-FETs erscheinen.
-
Ein .Nutzen ist schon in dem Fall gegeben, wenn in einer Schaltung
nur ein einziger n-Kanal-Speicher-FET angebracht ist. Man kann nämlich mittels einer
gleichzeitigen Entladung sowohl zu einem Anschlußbereich hin als auch zum Umladebereich
hin angenähert eine Verdopplung der Entladungsgeschwindigkeit erreichen, also eine
Halbierung der Entladungsdauer. Zusätzlich läßt die Erfindung zu, daß der n-Kanal-Speicher-FET
nur zum Anschlußbereich oder nur zum Umladebereich hin gelöscht wird, soweit dazu
jeweils ein Bedarf besteht.
-
Aber auch in dem Fall, daß mehrere erfindungsgemäße n-Kanal-Speicher-FETs
in einer Matrix angeordnet sind, sind besondere Vorteile erreichbar, auf die nun
näher eingegangen werden soll:
Im folgenden werden jeweils die
zum Löschen an den Änschlußbereich, an den Umladebereich bzw. an das Steuergate
gelegten, zeitlich konstanten oder veränderlichen Potentiale kurz nur mit ~1Anschlußpotential'1,
"Umladepotential" bzw. 1'Speichergatepotential" bezeichnet. Zur Löschung ist das
gleichzeitige Anlegen mindestens zweier solcher Potentiale nötig, nämlich das Steuergatepotential
einerseits sowie das Anschlußpotential und/oder Umladepotential andererseits. Potentiale
solcher Größe, die beim betreffenden n-Kanal-Speicher-FET keinen löschenden Effekt
auslösen können, sondern vielleicht sogar die Löschung verhindern, werden wegen
der Übersichtlichkeit im folgenden nicht erwähnt oder deutlich als solche bezeichnet.
-
Der erfindungsgemäße n-Kanal-Speicher-FET kann also über den ersten
Lappen zu einem Anschlußbereich hin vergiftungsarm gelöscht werden und über den
zweiten Lappen zum Umladebereich hin vergiftungsarm gelöscht werden. Die Entladungen
erfolgen vergiftungsarm, weil jener Isolatorbereich, über den die Aufladung der
Speichergate erfolgt, verschieden und weit entfernt ist von jenen Isolatorbereichen,
über die Entladungen des Speichergate erfolgen. Je nachdem, ob z.E. Umladepotential
oder Anschlußpotential an den in einer Matrix angebrachten, erfindungsgemaßen n-Kanal-Speicher-FET,
angeregt wird, erfolgt die Löscht zum alkUmladebereich hin oder über den erste,
Lappen U#'ft####bt#%h Löschung zum mass oder zumAnschlußbereich hin. Da der erfindungsgemäße
n-Kanal-Speicher-FET - so wie der in der Hauptanmeldung angegebene n-Kanal-Speicher-FET
- jeweils in einer Matrixzelle, z.B. in einer Speicherzelle einer Speichermatrix,
enthalten ist und da die Verbindungen der Steuergates, Drains und Sourcen untereinander
in dieser Matrix weitgehend unabhängig voneinander, also weitgehend beliebig hergestellt
werden
können (wobei diese Verbindungen einer Zeilenleitung und Spaltenleitung entsprechen
können, vgl. z.B. Fig.4 der Hauptanmeldung), ermöglicht die erfindungsgemäße Maßnahme,
jeweils eine andere Gruppe von n-Kanal-Speicher-FETs und/oder eine andere Anzahl
von n-Kanal-Speicher-FETs mit dem betreffenden Potential zum Zwecke der Löschung
also der Entladung des bisher negativ aufgeladenen Speichergate anzusteuern.
-
Diese verschiedenartige Ansteuerung kann insbesonders durch die Wahl,
ob Umladepotential oder Anschlußpotential zugeführt wird, erfolgen, so daß je nach
Art der gewählten Ansteuerung jeweils.eine andere Gruppe und/oder eine andere Anzahl
von n-Kanal-Speicher-FETs gelöscht wird - selbst wenn stets dem gleichen n-Kanal-Speicher-FETs
das gleiche Steuergatepotential zugeführt wurde.
-
Wegen der Möglichkeit, jeweils eine andere Gruppe und/oder eine andere
Anzahl von n-Kanal-Speicher-FETs einer Matrix mit den Löschpotentialen anzusteuern,
kann man demnach bestimmte der n-Kanal-Speicher-PETs aus der Summe aller n-Kanal-Speicher-FETs
zur Löschung auswählen. Insbesondere kann das Anschlußpotential über eine andere
Matrixdimension, z.B.
-
über eine Matrixzeile, zugeführt werden als das Umladepotential.
-
Letzteres kann z.B. gleichsam über eine dritte Matrixdimension zugeführt
werden, also nach einem komplizierteren Muster, z.B.
-
an jeden n-ten FET (z.B. 2-ten oder 8-ten FET) gleichzeitig, falls
man nicht eine spaltenweise oder zeilenweise Verdrahtung der Umladebereich, also
eine Ansteuerung der Umladebereiche über die zweite oder erste Matrixdimension vorsehen
will.
-
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen n-Kanal-Speicher-FET, insbesondere
in einer Speichermatrix, ist man nicht gezwungen,
zur Löschung
neben dem Steuergatepotential gleichzeitig sowohl Umladepotential als auch Anschlußpotential
dem ausgewählten, zur Löschung angesteuerten n-Kanal-Speicher-FET zuzuführen -es
sei denn, man möchte den betreffenden n-Kanal-Speicher-FET besonders rasch löschen.
Stattdessen besteht die Möglichkeit, neben dem Steuergatepotential nur noch das
Umladepotential oder nur noch das Anschlußpotential anzulegen.
-
Man kann also gleichzeitig einen einzigen, oder jeweils bestimm -te
Gruppen von, oder alle n-Kanal-Speicher-FETs der Matrix allein schon durch die Wahl,
welche Potentiale welchen Anschlüssen oder welchen Umladebereichen zugeführt werden,
ansteuern. Z~#.
-
dadurch, daß man über die erste Matrixdimension, nämlich nur an einehZeile
des Matrix-Beispiels, das Steuergatepotential anlegt, sind verschiedene Löschmöglichkeiten,
insbesondere über weitere Matrixdimensionen, gegeben: z.B. die Löschung nur eines
einzigen Bit (im gewählten Matrix-Beispiel bei einer Löschung nur zum betreffenden
Anschlußbereich, hier Drain, hin durch Ansteuern über die die Drains verbindende
Spaltenleitung>1oder die Löschung aller BiS eines Wortes (insbesondere durch
Anlegen eines Anschlußpotentials an sämtliche Speicher-FETs der betreffenden Matrixzeile,
vgl. die Löschung über die Sourcen im bekannten Matrix-Beispiel, - oder durch zeilenweises
Verbinden aller Umladebereiche untereinander und Ansteuerung über die betreffende
Umladebereich-Zeilenleitung)loder die Löschung bestimmter Stellen, z.B. der geradzahligen
Stellen dieses Wortes (durch Anlegen eines entsprechenden Umladepotentials, bei
an die betreffende stellenweise Löschung angepaßter Verdrahtung aller Umladebereiche).j}Zum
Beispiel zur Ermöglichung jener stellenweisen Löschung, bei der wahlweise entweder
die geradzahligen oder die ungeradzahligen Stellen gelöscht werden, sind also einerseits
die Umladebereiche aller geradzahligen Speicherzellen für sich untereinander leitend
verbunden sowie die Umlcdebereiche aller ungeradzahligen Speicherzellen für sich
untereinander leitend verbunden und außerdem mit je einem Umladebereich-Sammelanschluß
verbunden. Zur Löschung legt man dann
das Umladepotential entweder
an den mit den ungeradzahligen Speicherzellen verbundenen Sammelanschluß, oder an
den mit den geradzahligen Speicherzellen verbundenen Sammelanschluß.
-
Dadurch, daß man das Steuergatepotential zusätzlich jeweils an mehrere
Zeilen statt nur an eine einzige Zeile anlegt, erfolgen in jeder dieser Zeilen gleichartige
Löschungen, statt daß nur in einer einzigen Zeile derartige Löschungen erfolgen.
-
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 4 weiter veranschaulicht,
wobei Fig. 1 schematisch das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
sowie die Fig. 2 bis 4 verschiedene Herstellungstufen eines auf einem Substratträger
angebrachten integrierten Ausführungsbeispiels zeigen.
-
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaltbild ist auf dem Substrat HT die
Source-Drain-Hauptstrecke S-D des n-Kanal-Speicher-FET angebracht. Der n-Kanal-Speicher-FET
weist ein allseitig von einem Isolator umgebenes und daher in elektrischer Hinsicht
floatendes Speichergate G1 auf. Zum Aufladen des Speichergate G1 wird die Elektronen
in das Speichergate G1 injizierende, besonders niedrige Programmierspannungen erfordernde
Kanalinjektion ausgenutzt, so daß das Speichergate nach dieser Aufladung mittels
seiner negativen Ladung durch Influenz in den Source-Drain-Strom hemmender Weise
auf die Source-Drain-Strecke S-D einwirkt. Ein zusätzliches, von außen steuerbares
Steuergate G2 ist vorgesehen, das kapazitiv auf das Speichergate G1 einwirkt. Das
Speichergate G1 ist mit zwei leitenden Lappen verbunde über die bei elektrisch gesteuerter
Löschung die Entladung des Speichergate G1 erfolgt. Der erste Lappen L1 bedeckt
hier zumindest einen Teil der Source, wobei dieser erste Lappen von der Source durch
eine dünne Isolatorschicht getrennt ist und daher angenähert einem Kondensatorbelag
entspricht.
-
Der zweite Lappen L2 bedeckt hier einen Teil eines besonderen Umladebereichs
BX, der von den beiden Anschlußbereichen S, D des n-Kanal-Speicher-FETs isoliert
ist. Auch der Lappen L2 ist vom
Umladebereich durch eine dünne
Isolierschicht getrennt, weswegen auch er angenähert einem Kondensatorbelag entspricht.
-
Zur Löschung legt man eine den Fowler-Nordheim-Tunneleffekt auslösende
Spannung zwischen dem Steuergate G2 einerseits und dem Umladebereich BX und/oder
der Source S andererseits an. Legt man für Löschung nur ein-Umladepotential an den
Umladebereich BX an, und nicht gleichzeitig noch ein Anschlußpotential an die Source
S, dann erfolgt die Entladung des Speichergate nur über den zweiten Lappen L2. Durch
Anlegen nur des Steuergatepotentials und des Anschlußpotentials, hier an die Source
S, erfolgt die Entladung des Speichergate G1 nur über denaLappen L1. Nur falls das
Steuergatepotential einerseits und sowohl das Anschlußpotential als auch das Umladepotential
andererseits gleichzeitig angelegt wird, erfolgt die besonders rasche Löschung über
die beiden Lappen L1, L2 gleichzeitig.
-
Es handelt sich hier also um einen - insbesondere wegen der Ausnutzung
der Kanalinjektion zur Programmierung sowie wegen der Ausnutzung der im aufgeladenen
Zustand des Speichergate G1 hemmenden Wirkung statt unterstützenden Wirkung auf
den Source-Drain-Strom - mit besonders geringem Aufwand, nämlich mit besonders geringen
Spannungen und geringen Verlusten betreibbaren n-Kanal-Speicher-FET. Da auch die
Entladung des Speichergate mittels des besonders geringe Verluste verursachenden
Fowler-Nordheim-Tunneleffekt erfolgen kann, handelt es sich hier um einen n-Kanal-Speicher-FET,
der unter häufig erwünschten Bedingungen betrieben werden kann.
-
Der betreffende n-Kanal-Speicher-FET ist zusätzlich auch leicht herstellbar,
wie anhand der Fig. 2 bis 4 im folgenden erläutert wird. Diese Figuren zeigen verschiedene
Herstellungsschritte während der Herstellung eines solchen n-Kanal-Speicher-FET
auf einem Halbleiter, z.B. auf Siliziumsubstrat HT.
-
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann man auf dem Siliziumsubstrat HT z.B.
zunächst die die Umrisse Di aufweisende Dickoxidschicht
Du von
z.B. 10 OOOÅ Dicke erzeugen, wobei der Kanalbereich K weiterhin durch die unbedeckte,
ursprüngliche Oberfläche des Siliziumsubstrats HT gebildet wird. Die Dickoxidschicht
Du kann im Kanalbereich K, vgl. Fig. 2, eine Verengung V nahe am späteren Drain
(D) erzeugen. Diese Verengung erleichtert später die Aufladung des Speichergate
mittels Kanalinjektion, wie bereits im zitierten luxemburgischen Patent 72 605 =
DT-OS 24 45 079 beschrieben ist.
-
Anschließend kann man über den gesamten in Fig. 2 gezeigten Körper
eine weitere Oxidschicht, nämlich eine erste Dünnoxidschicht, von z.B. 500Å Dicke
im Kanalbereich K, aufwachsen lassen, welche später insbesondere den Kanalbereich
K vom Speichergate G1 trennen soll und welche im Bereich Du nachträglich die Dicke
der Dickoxidschicht weiter vergrößert.
-
Auf diese erste Dünnoxidschicht kann man anschließend eine Halbleiterschicht,
also z.B. 2 OOOÅ dickes, n-dotiertes polykristallines Silizium, aufwachsen lassen.
Durch anschließendes Ätzen kann man schon jetzt, vgl. Fig. 3 mit Fig. 2, die endgültige
Form des Speichergate und der Lappen L1, L2 erzeugen, welche zusammen mit dem Speichergate
G1 eine zusammenhängende, leitende Schicht bilden. Diese zusammenhängende, leitende
Schicht ist im Bereich des ersten Lappens L1, des zweiten Lappens L2 und des Kanalbereiches
K bei diesem Beispiel jeweils nur durch die Dünnoxidschicht von dem darunter liegenden
Siliziumsubstrat HT getrennt. In den übrigen Bereichen ist diese zusammenhängende,
leitende Schicht jedoch zumindest weitgehend durch die Dickoxidschicht Du, vgl.
Fig. 2, vom darunter liegenden Siliziumsubstrat HT getrennt. - Die in Fig. 3 gezeigten
Hauptstrecken-AnschluB-bereiche Source S und Drain D, sowie der Umladebereich BX
und der zum benachbarten n-Kanal-Spelcher-FET gehörende Umladebereich BXX werden
erst während eines späteren Herstellungsschr-ittes erzeugt. Diese Bereiche sind
nur deswegen in Fig. 3 eingetragen, um, im Vergleich mit Fig. 2 und 1, die in Fig.
4 gezeigte, spätere Lage dieser Bereiche auch in Fig. 3 besser erkennen zu können.
-
Anschließend kann man auf dem in Fig. 3 gezeigten Körper eine zweite
Dünnoxidschicht von z.B. 1 OOOÅ Dicke aufwachsen lassen, welche später insbesondere
das Speichergate G1 von dem in Fig. 1 gezeigten, über dem Speichergate G1 angebrachten
Steuergate G2 trennen soll.
-
Anschließend kann man auf die zweite Dünnoxidschicht eine weitere
leitende Schicht, z.B. aus 2 000t dickem, polykristallinen Silizium, aufwachsen
lassen. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel werden die Steuergates G2 mehreror
n-Kanal-Speicher-FETs zeilenweise durch eine zusammenhängende Steuergateschiene
G2' gebIldet, welche ni.t nur das Speichergate G1 bedeckt und damit dieses kapazitiv
beeinflußt, sondern darüberhinaus aucn weitere Teile der mit dem Speichergate G1
zusammenhängenden, leitenden Schicht G1/L1/L2 bedeckt, vgl. Fig. 3. Dadurch ist
die kapazitive Kopplung zwischen, vgl. Fig. 1, dem Speichergate G1 und dem Steuergate
G2 bzw. zwischen, vgl. Fig. 4, dem Speichergate G und der Steuergateschiene G21
besonders groß und dadurch sind die nötigen Betriebsspannungen entsprechend besonders
klein, vgl. das zitierte luxemburgische Patent 72 605 = DT-OS 24 45 091.
-
Die Umrisse der in Fig. 4 gezeigten Steuergateschiene G2'- die in
diesem Beispiel zeilenweise auch die Speichergates weiterer n-Kanal-Speicher-FETs,
insbesondere von zur gleichen Zelle der Matrix gehörenden n-Kanal-Speicher-FETs,
bedeckt - werden aus der zuletzt aufgewachsenen leitenden Schicht, durch Wegätzen
aller übrigen Teile dieser Schicht, geformt. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel
wurde angenommen, daß bei dieser Formung die rechte Kante der Steuergateschiene
G2' angenähert mit den rechten Kanten Di der Dickoxidschicht Du zusammenfällt; es
wurde außerdem angenommen, daß die linke Kante der Steuergateschiene G2', insbesondere
aufgrund von Justiertoleranzen, etwas rechts von den linken Kanten Di der Dickoxidschicht
Du liegen würde Anschließend kann man mit Hilfe von Ionenimplantation die
n-Dotierungen
von Source S, Drain D und Umladebereich BX, sowie gleichzeitig eine n-Dotierung
der Steuergateschiene G2 erzeugen. Hierzu können bei höheren Beschleunigungsspannungen,
die auch mehr als 100 KeV entsprechen können, Donatoren, z.B.
-
Phosphorionen, durch die beiden aufgebrachten Dünnoxidschichten hindurch
in die betreffenden Substratbereiche S, D, BX implantiert werden, wobei teils das
Speichergate G1 und deren Lappen L1, L2, teils die rechte Kante der Steuergateschiene
G2' als Maske für die Begrenzung der Bereiche S, D und BX dienen.
-
Statt dessen könnte man auch vor der Implantation erst die Dünnoxidschichten
- oder zumindest deren oberen Bereiche, z.B. die obere, zweite Dünnoxidschicht -
seitlich neben der Steuergateschiene G2' wegätzen und die Implantation.durch die
dünnere, restliche Dünnoxidschicht hindurch, oder bei völliger Wegätzung der Dünnoxidschichten
unmittelbar auf die freiligende Substratoberfläche durchführen.
-
Auch die Grenze Di der Dickoxidschicht Du kann hier gleichzeitig als
Maske wirken, vgl. den Umriß der Umladebereiche BX und BX'.
-
Statt mit Hilfe von Ionenimplantation die n-Dotierungen von S, D und
BX herzustellen, kann man auch die Dünnoxtdschichten über den betreffenden Bereichen
S, D und BX ,#unächst lokal wegätzen und anschließend Donatoren in die dann frei
liegendm, dortigen Siliziumsubstrat-Oberflächen HT diffundieren.
-
Auch hierbei kann das Speichergate G1 zusammen mit seinen Lappen L2,
Ll, sowie die Steuergateschiene G2', sowie die Begrenzungen Di der Dickoxidschicht
Du gleichzeitig als Maske für die Wegätzung der Dünnoxidschichten mit ausgenutzt
werden.
-
Anschließend können noch die Verdrahtungen der verschiedenen Bereiche
§4BX hergestellt werden. Bei dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich
angenommen, daß die Source 5 eine durchgehende Schiene bildet, welche die Sourcen
S von mehreren n-Kanal-Speicher-FETs, die in der gleichen Zeile angebracht sind,
für sich bereits elektrisch leitend miteinander verbindet, so daß hierzu keine zusätzliche
Verdrahtung nötig ist.
-
Obwohl also ursprünglich das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
scheinbar kompliziert aufgebaut aussieht, kann man trotzdem dieses Ausführungsbeispiel
mit wenigen Herstellungsschritten bei sogar relativ großen Justiertoleranzen für
die Justierung der Masken herstellen. Insbesondere wird die Größe der Verengung
V, vgl.Fig.2, bereits durch die die Dicko£-dschicht Du erzeugende Maske mit hoher
Präzision bestimmt, da alle Dickoxidschichten Du gleichzeitig mit ein und derselben
Maske erzeugt werden können. Die Justierung der Maske zur Formung der zusammenhängenden,
das Speichergate G1 und die Lappen L1, L2 enthaltenden leitenden Schicht kann mit
relativ großer Justiertoleranz erfolgen, da die Verschiebung dieser Schicht, vgl.
Fig.4, nach oben oder nach unten, sowie
nach links oder auch nach
rechts in relativ großem Maße unkritisch ist. Alleine die Verschiebung nach rechts
hat von diesen vier Verschiebungen noch die größte Bedeutung, weil die Verengung
V, vgl.Fig.2, am Übergang zwischen Drain D und Kanalbereich K größer wird und damit
die Kanalinjektion dementsprechend eine etwas höhere Source-Drain-Programmierspannung
erfordert, oder etwas erhöhte Zeitspannen für die vollständige Programmierung des
Speichergate, d.h. Aufladung des Speichergate, erfordert. Aber auch diese Verschiebung
nach rechts ist zumindest deswegen relativ harmlos, weil der Drain D dann entsprechend
weit in den Bereich der Dickoxidschicht-Verengung V hinein reicht, nachdem das Speichergate
G1 als Maske zur n-Dotierung des Drain D mit ausgenutzt wurde. Dadurch wird später
die Kanalinjektion stets unterhalb des Speichergate G1 am drainnahen pn-Übergang
in der Verengung V erfolgen, jedenfalls slange dort das Speichergate G1 statt der
Steuergatesch:iene G2' als Maske wirkt.
-
Auch für die Justierung der die Steuergateschiene G2' formenden Maske
sind relativ große Toleranzen zulässig: Eine Verschiebung nach oben oder unten ist
für diesen n-Kanal-Speicher-FET belanglos.
-
Eine Verschiebung nach rechts ist ebenfalls harmlos, zumindest so
lange der Lappen L1 noch nicht vollständig von der Steuergateschiene G2' bedeckt
ist. Die Umrisse der Source S werden dort nämlich durch die Steuergateschiene G2'
festgelegt, so daß noch immer eine Löschung des Speichergate G1 über den Lappen
Li möglich ist, solange die Steuergateschiene G2' nicht völlig den Lappen Li bedeckt.
-
Eine Verschiebung der Steuergateschiene G2' nach links ist ebenfalls
harmlos, solange die Steuergateschiene G2' -wie bereits erwähnt - das Speichergate
G1 nicht so stark überlappt, daß der Drain-Kanalbereich-Übergang von der Steuergateschiene
G2' statt von dem Speichergate G1 bestimmt ist. Gleichzeitig werden hierbei die
Umrisse der Source S teilweise von den Umrissen Di der Dickoxidschicht Du, vgl.Fig.2,
im Bereich des Kanalbereiches K hingegen von der rechten Kante der Steuergateschiene
G2' bestimmt.
-
Auch die Justierung zur Begrenzung des Drain D und des Umladebereichs
BX ist mit relativ hohen Toleranzen möglich: Beide Bereiche werden gleichzeitig
mit Hilfe der gleichen Maske n-dotiert, ob sie nun mit Hilfe von Ionenimplantation
oder mit Hilfe von Diffusion erzeugt werden. Eine gleichzeitige Verschiebung dieser
beiden Bereiche D, BX nach oben oder nach unten, sowie nach links oder nach rechts
ist offensichtlich mit relativ hohen Toleranzen zulässig, vgl. Fig.4.
-
Die Verdrahtung der Anschlußbereiche D, S und der Umladebereiche BX,
BX' kann jeweils in verschiedener Weise folgen. Insbesondere können z.B. die Drains
D solcher n-Kanal-Speicher-FETs, die in einer Matrix angebracht sind, spaltenweise
miteinander verbunden werden, vgl. das oben bereits angegebene Matrix-Beispiel.
Gleichzeitig können die Umladebereiche BX, wie bereits erwähnt, zwar auch zeilenweise
oder spaltenweise untereinander verdrahtet werden. Statt dessen können diese Umladebereiche
BX aber auch in anderer Weise statt zeilenweise oder spaltenweise miteinander verdrahtet
werden, z.B. so, daß, pro 64x64-Matrix mit acht 8-Bit-Bytes pro Zeile, acht getrennte
Umladebereich-Sammelanschlüsse vorgesehen sind, von denen jeder Sammelanschluß jeweils
nur mit einem einzigen Umladebereich BX der insgesamt acht Umladebereiche BX jedes
Byte in jeder Zeile verbunden ist. Durch Anlegen des Steuergatepotentials an die
Zeilenleitung,
d.h. an die Steuergateschiene G2', und durch gleichzeitiges
Anlegen des Umladepotentials an einen der acht Umladebereich-Sammelanschlüsse kann
man in diesem Falle jeweils eine bestimmte der acht Stellen in allen acht Bytes
- oder bei Anlegen des Umladepotentials an alle acht Umladebereich-Sammelanschlüsse
alle acht Stellen eines jeden der acht Bytes - jener Zeile löschen, die diese Steuergateschiene
G2' steuert.
-
Die freie Wahl der Dimensionen der Matrix, die die Erfindung für die
Verdrahtung der Umladebereiche EX - übrigens auch für die Sourcen S und für die
Drains D - zuläßt, gestattet also sogar, die Sourcen, Drains und/oder die Umladebereiche
BX jeweils über Dimensionen der Matrix anzusteuern, die weder der ersten noch der
zweiten Matrixdimension entsprechen. Falls z.B. die verschiedenen Steuergateschienen
G2' jeweils der ersten Matrixdimension entsprechen, und falls die Drains D jeweils
spaltenweise verbunden sind und damit deren Verbindungen also der zweiten Matrixdimension
entsprechen, dann kann, wie bereits beschrieben, man die Umladebereiche BX miteinander
nach einem völlig anderem Verteilungsprinzip, statt spaltenweise oder zeilenweise,
miteinander verdrahten und auf diese Weise gleichsam eine dritte Dimension der Matrix
zur Ansteuerung der Umladebereiche EX ausnutzen.
-
Bisher wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die erste
Dünnoxidschicht, also die Isolatorschicht zwischen dem Siliziumsubstrat HT einerseits
und den Lappen Li, L2 andererseits,gleich dick ist wie durch die Dünnoxidschicht
gebildete ~ Isolatorschicht zwischen dem Substrat HT und dem Speichergate G1 im
Kanalbereich K. Grundsätzlich kann man jedoch auch die den ersten und/oder zweiten
Lappen vom Substrat trennende Isolatorschicht anders, insbesondere dünner, als die
das Speichergate G1 vom Kanalbereich K1 trennende Isolatorschicht machen. Je dünner
die Isolatorschicht zwischen dem Lappen und dem Substrat ist, um so niedriger werden
die Mindestlöschspannungen, welche, zur Entladung des Speichergate mittels des Fowler-Nordheim-Tunneleffektes,
zuzuführen sind.
-
RBei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bedeckt das Speichergate
nur einen ersten Teil des Kanalbereichs K, wo hingegen der zweite Teil des Kanalbereichs
K zwar von der Steuergateschiene G2' bzw. vom Steuergate G2, aber nicht vom Speichergate
Gl bedeckt wird. Wegen dieser Zweiteilung des Kanalbereiches K ist eine übermäßige
Löschung des Speichergate Gi zulässig, was für sich bereits bekannt ist.
-
Falls man das Speichergate G1 jedoch den gesamten Kanalbereich K
zwischen Drain D und Source S bedecken läßt, kann man kleinere Kanalbereichlängen
zwischen Source S und Drain D zulassen, ohne unzulässig geringe Justiertoleranzen
für die Herstellung zu fordern. Je geringer die Länge des Kanalbereichs K ist, um
so geringer wird die zur Programmierung notwendige Source-Drain-Programmierspannung.
Auch der Spannungsbedarf zum Lesen zwischen Source S und Drain D ist bei verringerter
Kanallänge kleiner. Die Löschung über den Lappen L1 und den Lappen L2 ist bei völliger
Bedeckung des Kanalbereiches durch das Speichergate ebenfalls vergiftungsfrei möglich.
-
4 Patentansprüche 4 Figuren
Le e Leerseite te