DE2728928A1

DE2728928A1 - Ein-transistor-speicherelement

Info

Publication number: DE2728928A1
Application number: DE19772728928
Authority: DE
Inventors: Karlheinrich Dr Ing Horninger; Guenther Dipl Ing Meusburger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1977-06-27
Publication date: 1979-01-18

Description

Ein-Transistor-Speicherelement.
Die Erfindung bezieht sich auf ein in integrierter Schaltungstechnik aufgebautes Ein-Transistor-Speicherelement der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Ein derartiges Speicherelement ist aus der Zeitschrift "Electronics Letters", Vol. 12, No. 6, 18.3.1976, Seiten 140-141, insbesondere Bild 1a, bekannt. Unter einem Auswahl-MIS-Feldeffekttransistor wird dabei ein Transistor verstanden, dessen Gate-Elektrode durch eine Isolierschicht von der den Kanalbereich enthaltenden und mit entgegengesetzt dotierten, oberflächenseitigen Source- und Draingebieten versehenen Halbleiterschicht getrennt ist. Sowohl die Gate-Elektrode des Transistors als auch die für die Gegenelektrode des Speicherkondensators vorgesehene, elektrisch leitende Beschichtung bestehen dabei aus einer gutleitenden Halbleiterschicht, z.B. aus Polysilizium. Die mit der zu speichernden Informationsspannung beaufschlagte, oberflächenseitig in der Halbleiterschicht angeordnete, mit dem Drainbereich des Transistors elektrisch verbundene Elektrode des Speicherkondensators besteht bei diesem bekannten Speicherelement aus einer Inversionsschicht. Die gespeicherte Information ist dabei durch den Ladungszustand der Inversionsschicht gegenüber der auf Bezugspotential liegenden Gegenelektrode bestimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem solchen Speicherelement die zur Verfügung stehende Speicherkapazität in Bezug auf die hierfür benötigte Halbleiterfläche zu vergrößern.
Das wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen erreicht.
Das Speicherelement nach der Erfindung zeichnet sich durch besonders einfache strukturelle Merkmale aus, die in einfacher Weise realisierbar sind und eine sehr wirksame Reduzierung der für eine vorgebene Speicherkapazität benötigten Halhleiteroberfl äche bzw. eine Vergrößerung der einer vorgegebenen Halbleiteroberfläche zuzuordnenden Speicherkapazität gewährleisten.
Nachfolgend wir ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Das dargestellte Speicherelement besteht im einzelnen aus einer p-leitenden Halbleiterschicht 1, z.B. aus Silizium, die an ihrer Oberfläche mit n-leitenden Diffusionsgebieten 2 und 3 versehen ist, wobei 2 das Sourcegebiet und 3 das Draingebiet eines Auswahl-MIS-Feldeffekttransistors T bedeuten. Das Sourcegebiet 2 stellt gleichzeitig einen Teil einer in die Halbleiterschicht 1 eingebetteten, hochdotierten Bitleitung dar, die mit einem Anschluß BL beschaltet ist. Die mit 4 bezeichnete, durch eine Isolierschicht 5, z.B. aus SiO2, von der Halbleiteroberfläche getrennte Gate-Elektrode von T ist ihrerseits als Teil einer Wortleitung aufzufassen, die an einen Anschluß WL geführt ist. Neben dem Draingebiet 3 befindet sich oberflächenseitig in der Halbleiterschicht 1 eine Elektrode 6des MIS-Speicherkondenstors, die aus einer Inversionsschicht besteht.
Oberhalb einer ersten, die Oberfläche der Halbleiterschicht 1 bedeckenden Isolierschicht 7, z.B. aus SiO2, befindet sich eine erste elektrisch leitende Beschichtung 8, aus der eine Gegenelektrode des Speicherkondensators gebildet ist, die auf einem Bezugspotential liegt. Dabei baut sich die genannte Inversionsschich 6 dann auf, wenn das der Gegenelektrode 8 zugeführte Bezugspotenial positiv in Bezug auf das Potential der Halbleiterschich 1 ist und bewegliche Minoritätsträger vorhanden sind.
Uber der ersten elektrisch leitenden Beschichtung 8 und von dieser durch eine weitere Isolierschicht 9, z.B. aus SiO2, getrennt, ist eine zweite elektrisch leitende Beschichtung 10 vorgesehen, die in indem Abschnitt 10a das Draingebiet 3 des Transistors T kontaktiert.
Ills die Isolierschichten 5 und 7 Teile ein und derselben, zuichst die gesamte Oberfläche von 1 bedeckenden Schicht sind, muß @r dem Aufbringen der Beschichtung 7 oberhalb des Draingebietes in dieser eine Ausnehmung vorgesehen werden, so daß die Kontakleerung des Draingebietes erfolgen kann.
ird nun im Betrieb durch Anlegen einer positiven Spannung an den ischluß WL der Transistor T leitend geschaltet, so wird eine über m Anschluß BL der Bitleitung und damit dem Sourcegebiet 2 mitgeeilte Informationsspannung zum Zwecke des Einschreibens in das zeicherelement dem Draingebiet 3 und damit sowohl der Oberfläche es Halbleiters 1 als auch der Elektrode 10 des Speicherkondenstors igeführt. Da die Mittelelektrode 8 des Speicherkondensators auf einem Bezugspotential liegt, ergeben sich zwischen den außen-Legenden Elektroden 6 und 10 einerseits und der Elektrode 8 andererbits zwei bezüglich der Informationsspannung zueinander parallel eschaltete Kapazitäten, die in der Figur durch zwei Kondensatorrinbole angedeutet sind. Damit erhält man etwa die doppelte @eicherkapazität 2C gegenüber einer Ausführung, bei der die obere elektrode des Speicherkondensators weggelassen ist. Nach dem Sperren bs Transistors T ist die Informationsspannung dann gespeicher#.
jim Auslesen der gespeicherten Information wird T wieder leitend @schaltet und der Bitleitungsanschluß BL mit einem an sich beinnten Lese- bzw. Regenerierverstärker verbunden.
1 die Stelle der Inversbnsschicht 6 kann im Sinne der vorlieenden Erfindung auch eine entsprechende Verlängerung des Diffu-.onsgebietes 3 treten. Die erste und/oder zweite elektrisch leibunde Beschichtung 8 bzw. 10 kann entweder als eine metallische !schichtung ausgebildet sein und insbesondere aus Aluminium be-;ehen, oder als eine Schicht aus stark dotiertem Halbleiteriterial, insbesondere Polysilizium, realisiert sein.
ei der Anordnung einer Mehrzahl solcher Ein-Transistor-Speicher emente auf einer einzigen Halbleiterschicht 1, beispielsweise Rahmen einer Speichermatrix, sind die genannte Bitleitung und e Wortleitung jeweils mehreren Speicherelementen gemeinsam, wodin., BJ-tleitunz z.B. allen Speicherelementen einer MStrix.spalte rd die Wortleitung allen Speicherelementen einer Matrixzeile zuge- ordnet sein können oder umgekehr#. Dabei ist dann mit besonderem Vorteil die elektrisch leitende Beschichtung 8 so ausgebildet, daß sie eine den Speicherkondensatoren mehrerer oder aller Speicherelemente gemeinsame Mittelelektrode darstellt, die über einen einzigen Anschluß mis dem Bezugspotential verbunden ist.
Die bisher genannten Dotierungen des dargestellten Ausfüh.ungsbeispiels können auch so abgeändert werden, daß sich die Leifähigkeiten der einzelnen Halbleiterbereiche jeweils umkehren.
7 Patentansprüche 1 Figur

Claims

patentans#rUche In integrierter Schaltungstechnik aufgebautes Ein-Transistor-Speicherelement mit einem Auswahl-MIS-Feldeffekttransistor und einer MIS-Speicherelement auf einer dotierten Halbleitersdicht, bei dem die mit einer zu speichernden Informationsspannung beaufschlagte Elektrode des Speicherkondensators oberflächenseitig in der Halbleiterschicht angeordnet ist und mit dem Drain-Diffusionsgebiet des Ausvahl-MIS-Feldeffekttransistors leitend verbunden ist und bei der eine mit einem Bezugspotential beschaltete Gegenelektrode des Speicherkondensätors aus einer ersten elektrisch leitenden Beschichtung gebildet ist, die über einer die Oberfläche der Halbleiterschicht bedeckenden ersten Isolierschicht angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß über der ersten elektrisc] leitenden Beschichtung (8) und von dieser durch eine weitere Isolierschicht (9) getrennt eine zweite elek-trisch leitende Beschichtung (10) vorgesehen ist, aus der eine weitere, mit der zu speichernden Informationsspannung beaufschlagte, mit dem Drain-Diffusionsgebiet (3) des Feldeffektransistors verbundene Elektrode des Speicherkondensators (6, 8, 10) gebildet ist.
2. Ein-Transistor-Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite elektrisch leitende Beschichtung (8, 10) aus stark dotiertem Halbleitermaterial, insbesondere aus Polysilizium, besteht.
3. Ein-Transistor-Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite elektrisch bitende Beschichtung (8, 10) als metallische Beschichtung, insbesondere aus Al, ausgeführt ist.
4. Ein-Transistor-Speicherelement nach einem der vorhergehenden Anspruche, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anordnung mit einer Mehrzahl gleichartig ausgebildeter Speicherelement auf einer dotierten Halbleiterschicht, wobei die Sourcegebiete (2) der Feldeffekttransistoren (T) mehrerer Speicherelemente mit einer gemeinsamen Bitleitung und die Gateelektroden (4) der Feldeffekttransistoren (T) mehrerer Speicherelemente mit einer gemeinsamen Wortleitung verbunden sind.
5. Ein-Transistor-Speicherelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Bitleitung als ein in die Halbleiterschicht (1) eingebettetes, zu dieser entgegengesetzt dotiertes, streifenförmiges Gebiet ausgebildet ist, das die Sourcegebiete (2) der Feldeffekttransistoren (T) mehrerer Speicherelemente als Teilgebiete enthält.
6. Ein-Transistor-Speicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Halbleiterschicht (1) oberflächenseitig angeordnete, mit dem Drain-Diffusionsgebiet (3) des Feldeffekttransistors (T) leitend verbundene Elektrode (6) des Speicherkondensators aus einer Inversionsschicht besteht.
7. Ein-Tran#stor-Speicherelemertt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Halbleiterschicht (1) oberflächenseitig angeordnete, mit dem Drain-Diffusionsgebiet (3) des Feldeffekttransistors (T) leitend verbundene Elektrode des Speicherkondensators aus einer Verlängerung des Drain-Diffusionsgebietes besteht.