DE2744194C3 - - Google Patents
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- DE2744194C3 DE2744194C3 DE19772744194 DE2744194A DE2744194C3 DE 2744194 C3 DE2744194 C3 DE 2744194C3 DE 19772744194 DE19772744194 DE 19772744194 DE 2744194 A DE2744194 A DE 2744194A DE 2744194 C3 DE2744194 C3 DE 2744194C3
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fortbildung des im Hauptpatent 2445077,9 angegebenen Gegenstandes und von dort angegebenen Weiterbildungen, also ein in integrierter Technik hergestelltes, elektronischesThe invention relates to a further development of the subject matter specified in the main patent 2445077.9 and further developments specified there, i.e. an electronic one produced using integrated technology
3·, Speicherelement mit zwei FETs, deren Hauptstrecken in Reihe geschaltet sind, wobei der erste FET, genannt Speicher-FET, ein isoliertes floatendes Gate aufweist und elektrisch programmierbar ist, und der zweite FET, genannt Lese-FET, an seinem Gate durch eine3 ·, storage element with two FETs, the main lines of which are connected in series, the first being called FET Memory FET, having an insulated floating gate and being electrically programmable, and the second FET, called a read FET, at its gate through a
4(i Steuerspannung steuerbar ist und wobei die Substrate beider FETs voneinander durch eine Isolation getrennt sind. Ein solches Speicherelement gestattet insbesondere, die Ausschußquote bei der Herstellung von aus solchen Speicherelementen aufgebauten4 (i control voltage is controllable and where the substrates both FETs are separated from each other by insulation. Such a storage element allows in particular the reject rate in the production of such memory elements
4-, Speicherbausteinen zu vermindern, indem relativ große Toleranzen der Betriebsspannungen bei trotzdem hohen zulässigen Taktfrequenzen zulässig sind. Bei dem Speicher-FET handelt es sich im Hauptpatent insbesondere um einen FAMOS-FET, also um einen4- to diminish memory chips by adding relatively large tolerances to the operating voltages in spite of this high permissible clock frequencies are permitted. The memory FET is in the main patent especially a FAMOS-FET, i.e. one
-,o mittels Avalancheeffekt programmierbaren, steuergatelosen Speicher-FET.-, o tax-gateless programmable by means of the avalanche effect Storage FET.
Durch z. B. die DE-OS 2445078, 2445 079 und 2445 137 ist ein n-Kanal-Speicher-FET bzw. p-Kanal-Speicher-FET mit einem allseits isolierten undBy z. B. DE-OS 2445078, 2445 079 and 2445 137 is an n-channel memory FET or p-channel memory FET with a completely isolated and
-,=, daher floatenden, durch Kanalinjektion statt durch Avalancheeffekt aufladbarem Speichergate sowie mit einem zusätzlichen, kapazitiv auf das Speichergate wirkenden, durch ein Steuerpotential steuerbaren Steuergate bekannt. Er hat den Vorteil, keinen in-, =, therefore floating, by channel injection instead of by Avalanche effect chargeable storage gate as well as an additional, capacitive storage gate acting, known by a control potential controllable control gate. He has the advantage of not having an in
wi Reihe geschalteten Lese-FET zu benötigen, wie besonders in der DE-OS 2445078 und 2445 137 beschrieben ist. Die zur Programmierung nötige Programmierspannung ist wegen der dabei verwendeten Kanalinjektion besonders gering. Die Speicherzellewi need to read FETs connected in series, as especially in DE-OS 2445078 and 2445 137 is described. The programming voltage required for programming is particularly low because of the channel injection used. The storage cell
, enthält hier nur einen einzigen FET, nämlich diesen besonderen Speicher-FET. Das Steuergate erleichtert den Betrieb des Speicher-FET sowohl beim Lesen, als auch beim Programmieren und eröffnet noch die, contains only a single FET here, namely this one special memory FET. The control gate facilitates the operation of the memory FET both for reading, as well as programming and still opens the
Möglichkeit elektrisch zu löschen.Possibility to extinguish electrically.
Durch die DE-OS 2513207 ist eine Modifikation dieses besonderen, dort einen η-Kanal aufweisenden Speicher-FET bekannt, bei dem nämlich das Speichergate und ein erster TeQ des Steuergate nur einen ersten, drainnahen Kanalteil bedeckt, bei dem aber der andere sourcenahe Kanalteil nur vom restlichen Steuergate bedeckt wird. Diese Modifikation hat vor allem den Vorteil, daß das Speichergate beim Löschen auch übermäßig entladen, also auch positiv geladen werden darf, ohne den normalen Betrieb zu stören. Diese Modifikation ist ebenfalls für die Verwendung in einer 1-FET-Speicherzelle vorgesehen, vgl. dazu insbesondere auch die DE-OS 2525062. Diese spezielle Modifikation kann relativ leicht für sich auch als 1-FET-Speicherzelle auf einem Isolator, z. B. Saphir, als Träger angebracht sein, um insbesondere die Isolation zwischen den einzelnen Speicherzellen zu verbessern und um die Source-Drair-Durchbruchspannung und die Unterschwellenströme zu vermindern, was auch die Ausschußquote bei der Herstellung vermindert, vgl. die (nicht vorveröffentlichte) DE-OS 2643148.DE-OS 2513207 is a modification this special memory FET with an η-channel is known there, namely in which the memory gate and a first TeQ of the control gate only covers a first channel part close to the drain, but in which the other part of the channel close to the source is only covered by the rest of the control gate. This modification is planned The main advantage is that the memory gate is also excessively discharged when erased, i.e. also positively charged without disrupting normal operation. This modification is also for use provided in a 1-FET memory cell, see in particular DE-OS 2525062. This special modification can also be relatively easy for itself as a 1-FET memory cell on an insulator, e.g. B. sapphire, be appropriate as a carrier, in particular the To improve isolation between individual memory cells and to reduce the source-drair breakdown voltage and to reduce the sub-threshold currents, which also reduces the production reject rate reduced, see the (not previously published) DE-OS 2643148.
Alle diese durch Kanalinjektion programmierbaren Speicher-FETs sind deswegen jeweils für sich als 1-FET-Speicherzellen, die also keinen zusätzlichen Lese-FET benötigen, geeignet, weil sie jeweils durch die Aufladung des Speichergate in den stark sperrenden Zustand gesteuert werden. Gerade in diesem besonders einfachen, platzsparenden Aufbau der 1 -FET-Speicherzelle wurde ein wichtiger Vorteil eines solchen Speicher-FET gesehen. Es bestand daher zunächst keine Veranlassung, diesen für eine 1-FET-Speicherzelle geeigneten Speicher-FET mit einem weiteren, eine Steuerung und Platz benötigenden Lese-FET in Reihe zu schalten.All of these memory FETs programmable by channel injection are therefore each individually as 1-FET memory cells, which do not have any additional Read FETs need suitable because they are each highly blocking due to the charging of the memory gate State can be controlled. Especially in this particularly simple, space-saving structure of the 1-FET memory cell an important advantage of such a memory FET was seen. It therefore existed initially there is no reason to use this memory FET suitable for a 1-FET memory cell with a to connect further reading FETs that require a controller and space in series.
Es zeigt sich, daß überraschenderweise die Taktfrequenz beim Betrieb der Speicherzelle erhöht und auch die Ausschußquote bei der Herstellung solcher durch Kanalinjektion programmierbarer n-Kanal-Speicher-FET verringert werden kann, wenn der betreffende durch Kanalinjektion programmierbare Speicher-FET auf einem Isolator als Träger angebracht wird und wenn entgegen der sonstigen Gepflogenheit in Reihe zu einer Source-Drain-Strecke jeweils ein Lese-FET, der seinerseits von einem steuerbaren Gate beeinflußt wird, geschaltet wird, wenn der Speicher-FET also trotz seiner grundsätzlichen Eignung als 1-FET-Speicherzelle in einer auf einem isolierenden Träger angebrachten 2-FET-Speicherzelle angebracht ist. Wegen der Verwendung eines Isolators als Träger und der möglichen Verwendung einer besonders dünnen epitaktischen Siliziumschicht als Material für die Source-Drain-Strecke der beiden FETs einer Speicherzelle kann man zudem den Kanal des Speicher-FET besonders kurz machen und damit mit besonders niedrigen Programmierspannungen auskommen, ohne Source-Drain-Durchbruchspannungen in gefährlicher Weise zu erniedrigen und/oder Unterschwellenströme in gefähi':i+?r Weise zu erhöhen also ohne die Zuverlässigkeit des Betriebs der Speicherzelle zu beeinträchtigen.It turns out that, surprisingly, the clock frequency increases and also during operation of the memory cell the scrap rate in the manufacture of such channel injection programmable n-channel memory FETs can be reduced if the memory FET in question is programmable by channel injection is attached to an insulator as a carrier and if contrary to the usual practice in series with a source-drain path each have a read FET, which in turn is controlled by a Gate is influenced, is switched when the memory FET is so despite its general suitability mounted as a 1-FET memory cell in a 2-FET memory cell mounted on an insulating carrier is. Because of the use of an insulator as a support and the possible use of a special one thin epitaxial silicon layer as material for the source-drain path of the two FETs one Memory cell can also make the channel of the memory FET particularly short and thus with special low programming voltages, without source-drain breakdown voltages in dangerous way to lower and / or to increase sub-threshold currents in a dangerous way without affecting the reliability of the operation of the memory cell.
Die Erfindung geht von dem oben zitierten, im Hauptpatent angegebenen elektronischen Speicherelement mit zwei FETs aus.The invention is based on the electronic storage element cited above and specified in the main patent with two FETs.
Durch die Erfindung wird dieses Speicherelement so fortgebildet, daß es mit besonders niedrigen Betriebsspannungen programmiert werden kann.With the invention, this storage element is developed so that it can operate with particularly low operating voltages can be programmed.
ι οι ο
Diese Fortbildung wird bei dem elektronischen Speicherelement mit zwei FETs dadurch erreicht, daß sein Speicher-FET ein mittels Kanalinjektion programmierbaren Speicher-FET mit einem zusätzlichen, durch ein Steuerpotential steuerbaren, kapazitiv auf das floatende Gate, genannt Speichergate, wirkenden Steuergate ist.In the case of the electronic memory element with two FETs, this development is achieved in that its memory FET is a memory FET programmable by means of channel injection with an additional, controllable by a control potential, capacitively acting on the floating gate, called the memory gate Control gate is.
Die Erfindung betrifft also wegen der zusätzlichen Anbringung des Steuergate einen Speicher-FET mit n-Kanaloder p-Kanal und mit mindestens zwei Gates, nämlich mit dem Steuergate und dem Speichergate. Wesentliche Unterschiede zu den bekannten, den Avalancheeffekt ausnutzenden 2-FET-Speicherzellen sind darin zu sehen, daß der vom Speichergate beeinflußte Kanal bei aufgeladenem Speichergate in seinen sperrenden statt leitenden Zustand gesteuert ist, so daß es zunächst sogar den Anschein hatte, daß der Lese-FET stets überflüssig wäre, wobei die zur Programmierung nötigen Betriebsspannungen wegen der Verwendung der Kanalinjektion besonders gering sind.The invention therefore also relates to a memory FET because of the additional attachment of the control gate n-channel or p-channel and with at least two gates, namely with the control gate and the memory gate. Significant differences to the known 2-FET memory cells that utilize the avalanche effect can be seen in the fact that the channel influenced by the memory gate is in its blocking instead of conductive state is controlled, so that at first it even appeared that the Read FET would always be superfluous, with the operating voltages required for programming because of the Use of channel injection are particularly low.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Ausschußquote von hochintegrierten Speichern mit solchen Speicher-FETs in 2-FET-Speicherzellen auch dadurch verringert, daß ein nichtprogrammierter Speicher-FET, dessen Speichergate also ungeladen ist, aufgrund der statistischen Schwankungen beim Herstellen und Betrieb solcher Speicher-FETs z. B. statt der häufig beabsichtigten Anreicherungstyp-Charakteristik sogar einen an sich nicht beabsichtigten, leitenden Kanal zwischen seiner Source-Drain-Strecke wie ein Verarmungstyp-FET aufweisen darf, also auch übermäßig gelöscht werden darf, ohne den Betrieb des Speichers zu gefährden. Wenn nämlich ein erster Speicher-FET und noch ein anderer Speicher-FET - evtl. sogar mehrere andere - jeweils ohne Lese-FET mit der gleichen Leseleitung verbunden sind, und wenn dieser andere Speicher-FET einen leitenden Kanal und dadurch eine leitende Verbindung zu einer Stromquelle aufweist, obwohl er nur unprogrammiert und daher im »O«-Zustand ist, kann dieser leitende Kanal fälschlicherweise das Vorliegen des »O«-Zustandes des zum Lesen ausgewählten ersten Speicher-FET, wenn dessen Speichergate netativ aufgeladen und also im »1 «-Zustand ist, vortäuschen. Der ausgewählte, erste Speicher-FET liefert dann nämlich als gelesenes »1«-Zustandssignal richtigerweise »kein Strom«, jedoch der andere - bzw. die anderen Speicher-FETs mit unbeabsichtigt leitendem Kanal liefern unbeabsichtigterweise das nur vorgetäuschte, überlagerte »O«-Zustandssignal »Strom fließt«, so daß scheinbar ein »1 «-Zustandssignal aus dem ersten Speicher-FET gelesen wird. Die Ausschußquote bei der Herstellung der Speicherzelle wird also bei der Erfindung dadurch auch verringert, daß statistische Schwankungen der Eigenschaften der anderen Speicher-FETs ungefährlich gemacht werden, indem jeweils ein Lese-FET in Reihe zum von Speichergate beeinflußten Speicher-FET angebracht ist. Der Kanal des Lese-FET des anderen Speicher-FET wird nämlich beim Lesen des ersten Speicher-FET, wie für sich von 2-FET-Speicherzellen bekannt, in seinen nichtleitenden Zustand gesteuert, so daß ein an sich unbeabsichtigterweise leitender Kanal dieses anderen Speicher-FET kein falsches gelesenes Signal mehr vortäuschen kann.The measure according to the invention reduces the reject rate of highly integrated memories such memory FETs in 2-FET memory cells are also reduced by the fact that a non-programmed Memory FET, the memory gate of which is therefore uncharged, due to the statistical fluctuations in the Manufacture and operation of such memory FETs e.g. B. instead of the often intended enrichment type characteristic even an unintended conductive channel between its source-drain path as a depletion-type FET may have, i.e. it may also be extinguished excessively without the Endanger the operation of the storage facility. Namely, if a first storage FET and yet another storage FET - possibly even several others - each without a read FET connected to the same read line are, and if this other memory FET has a conductive channel and thereby a conductive connection to a power source, although it is only unprogrammed and is therefore in the "O" state, this conductive channel incorrectly indicates the "O" state of the first selected for reading Memory FET pretend to be when its memory gate is netatively charged and therefore in the "1" state. The selected, first memory FET then correctly supplies the read “1” status signal "No current", but the other - or the other storage FETs with unintentionally conducting Channel unintentionally deliver the simulated, superimposed »O« status signal »Strom flows "so that what appears to be a" 1 "state signal is being read from the first memory FET. The reject rate in the production of the memory cell is thus also reduced in the invention in that statistical fluctuations in the properties of the other memory FETs are made harmless, by placing a read FET in series with the memory FET influenced by the memory gate. The channel of the read FET of the other memory FET is namely when reading the first memory FET, as known from 2-FET memory cells, controlled in its non-conductive state, so that a in itself inadvertently conducting channel of this other memory FET no incorrectly read signal can pretend more.
Gegenüber der genannten bekannten Modifikation des Speicher-FET, der ebenfalls übermäßig gelöschtCompared to the aforementioned known modification of the memory FET, which is also excessively erased
werden darf, hat die erfindungsgemäße Speicherzelle den Vorteil, wegen des als Träger dienenden Isolators die Potentiale in den Substraten des Lese-FET bzw. sourcenahen Kanalteils einerseits und des Speicher-FET bzw. drainnahen Kanalteils andererseits zu trennen und dacurch im Betrieb eine erhöhte Taktfrequenz bei guter Isolation der einzelnen Speicherzellen untereinander, trotz Verminderung der Unterschwellenströme und Source-Drain-Durchbruchspannungen und damit trotz Verminderung der Ausschußquote, ι ο zuzulassen. Auch die Herstellung kann besonders einfach durchgeführt werden, also die Ausschußquote relativ gering gehalten werden, wie noch erläutert wird.may be, the memory cell according to the invention has the advantage because of the insulator serving as a carrier the potentials in the substrates of the read FET or the channel part close to the source, on the one hand, and of the memory FET On the other hand, to separate the channel part close to the drain and thereby an increased clock frequency during operation with good isolation of the individual storage cells from one another, despite a reduction in the sub-threshold currents and source-drain breakdown voltages and thus despite a reduction in the reject rate, ι ο to allow. The production can also be carried out particularly easily, i.e. the reject rate can be kept relatively low, as will be explained.
Die in der. DE-OS 2513207, 2525062, 2643948 v> gezeigte Abhilfemaßnahme, um die übermäßige Entladung des Speichergate zulassen zu können, nämlich das Speichergate nur am drainnahen Kanalteil anzubringen, beeinträchtigt nämlich die Ausschußquote, weil sie relativ hohe Anforderungen an die Toleranzen der Herstellung von verschiedenen verwendeten Masken sowie an die Toleranzen der Justierung dieser Masken während der Herstellung des Speicher-FET voraussetzt - Anforderungen, die bei der Erfindung weniger hoch sein können.The ones in the. DE-OS 2513207, 2525062, 2643948 v> shown remedial measure to allow the excessive discharge of the memory gate, namely to attach the memory gate only to the channel part near the drain, namely affects the reject rate, because they used relatively high demands on the tolerances of the production of various Masks and the tolerances of the adjustment of these masks during the production of the memory FET - requirements that can be less high with the invention.
Die Erfindung verbessert also die Ausschußquote insbesondere dadurch, daß trotz unvermeidbarer statistischer Schwankungen der Eigenschaften der verschiedenen Speicherzellen einer großen Speichermatrix, Störungen unschädlich gemacht oder vermindert jo werden, welche sonst insbesondere durch hohe Anforderungen an Toleranzen, durch übermäßige Löschung, durch Unterschwellenströme und/oder durch Source-Drain-Durchbruchspannungen, also sogenannte Punch-through, auftreten können.The invention improves the reject rate in particular in that despite the unavoidable statistical Fluctuations in the properties of the various memory cells in a large memory matrix, Disturbances can be rendered harmless or reduced, which otherwise in particular through high requirements of tolerances, through excessive cancellation, through sub-threshold currents and / or through Source-drain breakdown voltages, so-called punch-through, can occur.
Falls beide FETs p-Kanäle aufweisen, können sie in einheitlicher Technik in p-Kanal-Schaltungen angebracht werden, wobei wegen der hier zulässigen besonders dünnen epilaktischen Siliziumschicht hohe Source-Drain-Durchbruchspannungen und wegen des zulässigen besonders kurzen Kanals des Speicher-FET besonders niedrige Programmierspannungen möglich sind. p-Kanal-Speicher-FETs brauchen nämlich wegen der besonders hohen Energieschwelle für Löcher an der Grenzschicht Kanal/Isolator an sich sonst unbequem hohe Programmierspannungen.If both FETs have p-channels, they can be attached in p-channel circuits using the same technology due to the particularly thin epilactic silicon layer permitted here, high Source-drain breakdown voltages and because of the allowable particularly short channel of the memory FET particularly low programming voltages are possible. Namely, p-channel memory FETs need because of The particularly high energy threshold for holes at the channel / insulator boundary layer is otherwise inconvenient in itself high programming voltages.
Falls hingegen ein n-Kanal-Speicher-FET verwendet wird, können bei im übrigen gleichen Dimensionierungen noch niedrigere Beträge für die Programmierspannungen zugelassen werden, ohne den Betrieb der -Speicherzelle zu beeinträchtigen.If, on the other hand, an n-channel memory FET is used, the dimensions can otherwise be the same Even lower amounts for the programming voltages can be allowed without the operation affect the memory cell.
Das bei der Erfindung angebrachte zusätzliche Steuergate erleichtert den Betrieb der Speicherzelle, insbesondere weil die sonst anzubringende erhöhte Kapazität zwischen dem Drain und dem Speichergate, die bei sehr kurzen Kanälen Probleme schafft, wegfallen kann.The additional control gate attached to the invention facilitates the operation of the memory cell, especially because the increased capacitance that would otherwise have to be applied between the drain and the memory gate, which creates problems with very short channels, can be omitted.
Die Erfindung und Weiterbildungen davon werden anhand der Figur näher beschrieben, welche einen Längsschnitt eines n-Kanal-Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt. Durch Verwendung der gleichen Hinweiszeichen wie im Hauptpatent kann sich die vorliegende Beschreibung im wesentlichen auf die weiterbildenden Merkmale, die die Erfindung und deren Weiterbildungen betreffen, beschränken. (,5The invention and developments thereof are described in more detail with reference to the figure, which one Figure 10 shows a longitudinal section of an n-channel embodiment of the invention. By using the same As in the main patent, the present description can essentially refer to the Further-developing features that relate to the invention and its further developments are restricted. (, 5
Die Figur zeigt das allseits von einem Isolator umgebene, in elektrischer Hinsicht floatende Speichergate Gl im Speicher-FET 71. welcher eine n-dotierte Source Sl, ein p-dotiertes Substrat und einen n-dotierten Drain Dl aufweist. Über dem Speichergate Gl liegt das steuerbare Steuergate G2', das das Speichergate Gl über eine dünne Isolierschicht kapazitiv beeinflußt.The figure shows the electrically floating memory gate surrounded on all sides by an insulator Gl in the memory FET 71. which has an n-doped source S1, a p-doped substrate and an n-doped Has drain Dl. The controllable control gate G2 ', which is the memory gate Gl influenced capacitively via a thin insulating layer.
Die in der Figur gezeigte Speicherzelle enthält noch den Lese-FET 72, der bei diesem Ausführungsbeispiel auch einen η-Kanal enthält.The memory cell shown in the figure also contains the read FET 72, which in this exemplary embodiment also contains an η-channel.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel enthält also zwei steuerbare Gates G2 und GI', die zum Lesen, Programmieren und evtl. auch elektrisch gesteuerten Löschen getrennt steuerbar sind. 72 wird bevorzugt und leitend gesteuert, wenn an der Source-Drain-Strecke des Speicher-FET 71. Spannung liegen soll. Man kann aber auch die beiden steuerbaren Gates Gl, G2' miteinander leitend verbinden und beide gemeinsam durch ein Steuerpotential steuern, wobei dann diese Weiterbildung ähnlich wie der modifizierte Speicher-FET gemäß DE-OS 2513207, 2525062, 2643948 arbeitet, aber mit dem Unterschied, daß wegen der galvanischen Trennung der Substrate beider FETs 71, TZ eine erhöhte Taktfrequenz erreicht wird, - abgesehen von der besonders leichten Herstellbarkeit im Vergleich zu jenem modifizierten Speicher-FET. Ein wesentlicher Unterschied zu bekannten 2-FET-Speicherzellen besteht, wie schon erwähnt, darin, daß es sich bei der Erfindung um eine Speicherzelle handelt, bei der das Speichergate Gl des Speicher-FET 71 beim Prgrammieren mit Hilfe von der nur besonders niedrige Programmierspannungen benötigenden Kanalinjektion so aufgeladen wird, daß der Kanal des Speicher-FET 71 in den sperrenden, statt in den leitenden Zustand gesteuert wird. Dementsprechend haben die gelesenen Signale, also »kein Strom«/ »Strom fließt«, die invertierte Größe verglichen mit einem durch Avalancheeffekt programmierten Speicher-FET. The embodiment shown thus contains two controllable gates G2 and GI ', which can be controlled separately for reading, programming and possibly also electrically controlled erasing. 72 is controlled preferentially and conducting when voltage is to be applied to the source-drain path of the memory FET 71. But you can also conductively connect the two controllable gates Gl, G2 'to each other and control both together by a control potential, this development then working similarly to the modified memory FET according to DE-OS 2513207, 2525062, 2643948, but with the difference that because of the galvanic separation of the substrates of the two FETs 71, TZ an increased clock frequency is achieved - apart from the particularly easy producibility in comparison to that modified memory FET. An essential difference to known 2-FET memory cells is, as already mentioned, that the invention is a memory cell in which the memory gate G1 of the memory FET 71 during programming with the aid of which only requires particularly low programming voltages Channel injection is charged so that the channel of the memory FET 71 is controlled in the blocking, instead of in the conductive state. Accordingly, the read signals, ie "no current" / "current flowing", have the inverted size compared to a memory FET programmed by the avalanche effect.
Wenn die beiden steuerbaren Gates GZ, GZ' nicht unmittelbar leitend miteinander verbunden sind, sondern getrennt gesteuert werden, kann die Taktfrequenz zum Betrieb einer solchen Speicherzelle und daher auch im Betrieb von aus solchen Speicherzellen aufgebauten Speichern weiter erhöht werden. Die insgesamt wirksame Kapazität: an den Verbindungsleitungen des Speichers, welche den betreffenden Gates GZ, GZ' entsprechende Steilerpotentiale zuführen, ist dann nämlich verringert, so daß der Einschwingzustand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Takten entsprechend zeitlich kürzer wird. Die Verkürzung der betreffenden Einschwingzeit gestattet die Erhöhung der Taktfrequenz beim Betrieb solcher Speicher.If the two controllable gates GZ, GZ 'are not directly connected to one another in a conductive manner, but are controlled separately, the clock frequency for operating such a memory cell and therefore also when operating memories made up of such memory cells can be increased further. The overall effective capacitance: on the connecting lines of the memory, which supply corresponding steeper potentials to the relevant gates GZ, GZ ' , is then reduced so that the transient state between two successive clocks is correspondingly shorter in time. The shortening of the settling time in question allows the clock frequency to be increased when operating such memories.
Darüber hinaus gestattet die getrennte Steuerung der beiden steuerbaren Gates GZ, GZ', beide Gates mit verschiedenen Potentialen zu versorgen. Insbesondere kann man in einem solchen Fall während des Programmiervorganges an den Lese-FET 72 deutlich größere Spannungen als an den Speicher-FET 71 anlegen. Dies hat den Vorteil, daß während des Programmiervorganges der Lese-FET 71 besonders gut leitend ist und damit oft selbst bei geringer Kanalbreite einen besonders niedrigen Spannungsabfall zwischen S2-D2 aufweist, so daß dann eine besonders hohe Spannung zwischen Sl-Dl liegt und daher die Aufheizung der Ladungen im Kanal des Speicher-FET 71 während der Kanalinjektion besonders kräftig ausfällt, was die Aufladung des Speichergate Gl erleichtert.In addition, the separate control of the two controllable gates GZ, GZ ' allows both gates to be supplied with different potentials. In particular, in such a case, significantly higher voltages can be applied to the read FET 72 than to the memory FET 71 during the programming process. This has the advantage that the read FET 71 conducts particularly well during the programming process and thus often has a particularly low voltage drop between S2-D2 even with a narrow channel width, so that a particularly high voltage is then between S1-D1 and therefore the The heating of the charges in the channel of the storage FET 71 during the channel injection turns out to be particularly strong, which facilitates the charging of the storage gate G1.
Das in der Figur schematisch gezeigt n-Kanal-Aus-The n-channel output shown schematically in the figure
führungsbeispiel kann man z. B. unter Ausnutzung der in der DE-OS 2445030 angegebenen Lehre auf folgende Weise herstellen:management example you can z. B. using the teaching given in DE-OS 2445030 manufacture in the following way:
Auf dem als Träger dienenden Isolator Saph läßt man eine epitaktische Siliziumschicht aufwachsen, die man p-dotiert. Danach ätzt man alle nicht benötigten, nicht zu den Source-Drain-Strecken beider FETs 71, 7"2 gehörenden Siliziumschichtteile wieder weg. Daraufhin läßt man eine erste dünne Isolierschicht auf der gesamten Fläche aufwachsen, z. B. mit der Dicke 600 A. Danach läßt man eine erste Polisiliziumschicht aufwachsen, die man noch dotiert, z. B. p-dotiert, und die man mit hohen zulässigen Toleranzen anschließend wieder weggeätzt mit Ausnahme der zum Speichergate Gl und der zu daran angrenzenden, überste- is henden Randschichten gehörenden Bereiche. Zurückbleibt also das Speichergate Gl zusammen mit vorläufig daran angrenzenden Randschichten, wobei diese Randschichten jetzt Teile der späteren Source 51 und des späteren Drain Dl des Speicher-FET 71 bedecken, aber selber keine bestimmte Größe aufweisen müssen. Die hier hohen zulässigen Toleranzen vermindern die Ausschußquote im Vergleich zu den relativ engen entsprechenden Toleranzen bei den obengenannten modifizierten Speicher-FETs erheblieh. Die überstehenden Randschichten werden erst später, wie noch beschrieben werden wird, weggeätzt.An epitaxial silicon layer, which is p-doped, is grown on the insulator Saph, which is used as a carrier. Then all of the silicon layer parts that are not required and that do not belong to the source-drain paths of both FETs 71, 7 "2 are etched away again. A first thin insulating layer is then grown over the entire surface, e.g. with a thickness of 600 A. A first polysilicon layer is then allowed to grow, which is still doped, for example p-doped, and which is then etched away again with high permissible tolerances, with the exception of the areas belonging to the memory gate G1 and the adjacent, overhanging edge layers What remains is the memory gate G1 together with temporarily adjoining edge layers, these edge layers now covering parts of the later source 51 and the later drain D1 of the memory FET 71, but not having to be of a specific size themselves compared to the relatively tight corresponding tolerances in the aforementioned modified memory FETs Projecting edge layers are only etched away later, as will be described below.
Als nächstes läßt man auf den verbliebenen ersten Polisiliziumbereichen sowie auf den nun noch offenliegenden Teilen der ersten Isolierschicht eine zweite m Isolierschicht entstehen, z. B. mit der Dicke 500 A. Auf dieser zweiten Isolierschicht 11 läßt man eine zweite Polisiliziumschicht aufwachsen, aus der durch Wegätzen mittels einer Maske das Steuergate G2' und das Gate G2 geformt wird. Durch Ausnutzung der J5 gleichen Maske kann man zusätzlich jene Bereiche der ersten und zweiten Isolierschichten und der überstehenden Randschichten wegätzen, weiche bisher die späteren Bereiche von Drain Dl und Source 51 bedeckten, so daß das Speichergate Gl und das Steuergate G2 nun besonders genau übereinander geschichtet sind, was auch für sich die Ausschußquote vermindert. Next, a second m insulating layer is created on the remaining first polysilicon areas and on the parts of the first insulating layer that are still exposed, e.g. B. with a thickness of 500 A. A second polysilicon layer is grown on this second insulating layer 11 , from which the control gate G2 'and the gate G2 are formed by etching away using a mask. By using the same mask as J5, you can also etch away those areas of the first and second insulating layers and the protruding edge layers that previously covered the later areas of drain D1 and source 51, so that memory gate G1 and control gate G2 are now particularly precisely layered on top of one another which also reduces the reject rate for itself.
Anschließend kann man, z. B. mittels Diffusion, vor allem aber auch mittels Ionenimplantation unter Ver- 4r, wendung der steuerbaren Gates G2, G2' als Maske, die Dotierung, hier η-Dotierung, der Bereiche Dl, 51, D2, 52 erzeugen. Gleichzeitig wird dabei das Po-Iisilizium der steuerbaren Gates G2, G2' in gleicher Weise dotiert und damit gut leitend. Die Verwendung >o der Ionenimplantation statt der Diffusion hat vor allern den Vorteil, daß die Unterdiffusion von Source und Drain unter den Bereich des Gate hinein weitgehend vermeidbar ist, so daß dann sehr kurze Kanäle von gut definierbarer Länge mit engen Toleranzen der Länge möglich werden, was für sich die Ausschußquote besonders bei Verwendung einer Vielzahl solcher Speicherzellen in einem hochintegrierten Baustein vermindert.Then you can, for. As by diffusion, but mainly by means of ion implantation under encryption 4 r, application of the controllable gates G2, G2 'as a mask, the dopant, here η-doping of the regions Dl, 51, D2, produce 52nd At the same time, the polysilicon of the controllable gates G2, G2 'is doped in the same way and thus conducts well. The use of ion implantation instead of diffusion has the main advantage that the underdiffusion of the source and drain under the gate area can be largely avoided, so that very short channels of a well-defined length with narrow tolerances of the length are possible, which in itself reduces the reject rate, especially when using a large number of such memory cells in a highly integrated module.
Den jetzt erreichten Herstellungszustand zeigt schematisch die Figur. Das hier jeweils p-Ieitende Substrat auf dem Träger Saph wird von den n-dotierten Bereichen 51, Dl, 52, D2 flankiert. Zwischen dem Gate G2 des Lese-FET Tl und seinem Substrat liegt der aus Teilen der ersten und der zweiten Isolierschicht aufgebaute Isolator, Zwischen dem Steuergate G2' und dem Substrat des Speicher-FET 71 liegt nacheinander ein restlicher Teil jeweils der zweiten Isolierschicht, der ersen Polisiliziumschicht Gl und der ersten Isolierschicht. Eine Vielzahl solcher n-Kanal-Speicher-FETs kann gleichzeitig auf dem Träger Saph angebracht sein und einen Speicher bilden.The figure shows the manufacturing state that has now been reached. The respective p-conducting substrate on the carrier Saph here is flanked by the n-doped regions 51, D1, 52, D2. Between the gate G2 of the read FET T1 and its substrate is the insulator made up of parts of the first and second insulating layers. Between the control gate G2 'and the substrate of the memory FET 71 there is a remaining part of the second insulating layer, the first one Polisilicon layer Gl and the first insulating layer. A plurality of such n-channel memory FETs can be mounted simultaneously on the carrier Saph and form a memory.
Auf der ganzen Fläche mit dem in den Figur gezeigten Zustand kann man noch eine erste Schutzoxidschicht aufwachsen lassen, in der man, soweit nötig, mittels Fenster Kontakte für die Bereiche 51, 52, Dl, D2 und für die steuerbaren Gates anbringt, - falls man nicht benachbarte, gleichdotierte und auf gleichem Potential liegende Bereiche, z. B. D2, 51 als einen einzigen zusammenhängenden gleichdotierten Bereich herstellte, was den Flächenbedarf und auch die Anforderungen an Masken vermindert. Anschließend kann man mittels Metallbedampfung die Verbindungsleitungen des Bausteines, sowie darüber noch eine zweite Schutzoxidschicht erzeugen.A first protective oxide layer can still be found on the entire surface in the state shown in the figure let grow up, in which, if necessary, contacts for the areas 51, 52, Dl, D2 and attaches for the controllable gates - if one does not have neighboring, equally doped and on the same Areas with potential, e.g. B. D2, 51 as a single contiguous doped equal Area produced, which reduces the space required and also the requirements for masks. Afterward you can use metal vapor deposition to connect the connecting lines of the module, as well as create a second protective oxide layer on top.
Um die Dicke" des Isolators zwischen dem Gate G2 und dem Substrat des Lese-FET Tl zu verringern, kann man das Herstellungsverfahren abändern, z. B. indem man nach der Formung des Speichergate Gl und der daran angrenzenden Randschichten aus der ersten Polisiliziumschicht und vor dem späteren Anbringen der zweiten Isolierschicht einen weiteren Verfahrensschritt einfügt, nämlich eine Wegätzung aller nun offenliegenden Teile der ersten Isolierschicht mittels der verbliebenen Teile der erste Polisiliziumschicht als Maske bzw. mittels der Maske, die zur Formung dieser verbliebenen Teile verwendet wurde. Dann besteht der Isolator zwischen dem Gate G2 und dem Substrat des Lese-FET Tl nur aus der zweiten Isolierschicht. Dadurch können die Steuerspannungen am Gate G2 in den Ausschuß vermindernder Weise intensiver den Kanal des Lese-FET Tl beeinflussen.In order to reduce the thickness of the insulator between the gate G2 and the substrate of the read FET Tl , the manufacturing process can be modified, e.g. the later application of the second insulating layer adds a further process step, namely an etching away of all now exposed parts of the first insulating layer by means of the remaining parts of the first polysilicon layer as a mask or by means of the mask that was used to shape these remaining parts the gate G2 and the substrate of the read FET Tl only consist of the second insulating layer. As a result, the control voltages at the gate G2 can influence the channel of the read FET Tl more intensely in a manner that reduces waste.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
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Applications Claiming Priority (1)
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Families Citing this family (1)
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Also Published As
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