DE2802761A1 - STORAGE UNIT - Google Patents
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Description
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WESTERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATEDWESTERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATED
NEW YORK, N.Y. 1oo38 /USA Lynes 14NEW YORK, N.Y. 1oo38 / USA Lynes 14
Speichereinheit.Storage unit.
Die Erfindung betrifft eine Speichereinheit mit einer Vielzahl von Wortleitungen, einer Vielzahl von Ziffernleitungen, die die Wortleitungen nichtleitend kreuzen und eine Vielzahl von Speicherstellen an den Jeweiligen Kreuzpunkten definieren und mit einer Speicherzelle, die an jeder Speicherstelle mit der zugeordneten, einen Kreuzpunkt definierenden Wort- und Ziffernleitung verbunden ist, wobei jede Speicherzelle einen Transistor mit drei Zonen umfasst und ein Kondensator mit dem Transistor verbunden ist.The invention relates to a memory unit with a multiplicity of word lines, a multiplicity of digit lines, which cross the word lines in a non-conductive manner and a multitude of storage locations at the respective Define crosspoints and with a memory cell that is associated with the associated one at each memory location Crosspoint defining word and digit line is connected, each memory cell having a transistor comprises three zones and a capacitor is connected to the transistor.
In den letzten Jahren sind beträchtliche Anstrengungen bei der Entwicklung von Speieheranordnungen unternommen worden, die als hochintegrierte (LSI) Halbleiterplättchen bei möglichst einfacher Verarbeitung hergestellt werden können. Daraus hat sich eine Vielzahl von Vorschlägen für verhältnimässig einfache Speicherzellenkonstruktionen ergeben. Eine besonders einfache Speicherzelle ist in derConsiderable effort has been made in the development of storage arrangements in recent years which are manufactured as highly integrated (LSI) semiconductor wafers with the simplest possible processing can. This has resulted in a large number of proposals for relatively simple memory cell constructions result. A particularly simple memory cell is in the
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München: R. Kramer Dipl.-ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rar. nat. ■ P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. Dr.jur. · 6. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.Munich: R. Kramer Dipl.-ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rar. nat. ■ P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. Doctor of Law · 6. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
US-PS 3,876,992 beschrieben. Jede einzelne Speicherzelle nach der vorgenannten Patentschrift weist einen einzigen Transistor und einen zugeordneten Kondensator auf.U.S. Patent 3,876,992. Every single memory cell according to the aforementioned patent has a single transistor and an associated capacitor.
Trotz der Einfachheit der in der genannten US-PS 3,876,992 gezeigten Zellen führt die Herstellung solcher Zellen in hochintegerierter Form bei einer Speicheranordnung nicht zu einer so kleinen Fläche, wie es bei bestimmten wichtigen Anwendungen in der Praxis wünschenswert ist. Ausserdem ist die zur Herstellung einer solchen hochintegrierten Anordnung erforderliche Verarbeitung verhältnismässig kompliziert. Ausserdem erschwert die komplizierte Kurvenform der Spannung, die bei Schreib- und Leseoperationen an die Wortleitungen der Anordnung angelegt werden muss, die Konstruktion, der Gesamtanordnung.Despite the simplicity of the cells shown in said US Pat. No. 3,876,992, the production of such cells leads to FIG highly integrated form in a memory array does not have as small an area as it does in certain important ones Applications in practice is desirable. In addition, the production of such a highly integrated Arrangement required processing relatively complicated. In addition, the complicated curve shape makes it difficult the voltage that must be applied to the word lines of the arrangement during write and read operations, the construction, the overall arrangement.
Die Anwendung der Technik gemäss der vorgenannten US-PS 3,876,992 scheint insbesondere nicht zu Anordnungen mit gemeinsamem Kollektor zu passen, die bei bestimmten bipolaren integrierten Schaltungen benutzt werden. Es wären beispielsweise komplizierte Isolationsstrukturen erforderlich, die die verschiedenen Kollektoren der Transistoren trennen. Ein wünschenswertes Herstellungsverfahren, das als Verfahren GIMIC-O bekannt ist, macht eine Anordnung mit gemeinsamem Kollektor erforderlich . und passt daher nicht zu der Technik nach der vorgenannten US-PS 3,876,992.The application of the technique according to the aforementioned US-PS In particular, 3,876,992 does not appear to fit with common collector arrangements found in certain bipolar integrated circuits are used. For example, it would be complicated insulation structures required that separate the different collectors of the transistors. A desirable manufacturing process known as the GIMIC-O process, requires a common collector arrangement. and therefore does not fit the technique of the aforesaid US Pat. No. 3,876,992.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einer einfachen, kleinflächigen Speicherzelle, die sich leichter in hochintegrierter Form herstellen lässt und durch Anlegen von Spannungen mit verhältnismässig einfachen Kurvenformen betriebenwerden kann. Eine solche Zelle würde, wenn sie zur Verfügung stünde, die Herstellung verbesserter hochintegrierter Speicheranordnungen ermöglichen.There is therefore a need for a simple, small-area memory cell that can be more easily integrated into a large scale Can produce shape and by applying voltages with relatively simple curve shapes can be operated. Such a cell, if available, would improve manufacturing enable highly integrated memory arrangements.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Speicher mit den vorgenannten Eigenschaften zu schaffen» Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Speichereinheit der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zone des Transistors mit der Wortleitung verbunden ist, die den Kreuzpunkt definiert, an dem die Speicherzelle angekoppelt ist, dass eine zweite Zone direkt mit einem Bezugspetentialpunkt verbunden ist und dass die dritte Zone über den Kondensator mit der Ziffernleitung verbunden ist, die den Kreuzpunkt definiert, an dem die Speicherzelle angekoppelt ist.The invention has set itself the task of creating a memory with the aforementioned properties » In order to achieve this object, the invention is based on a memory unit of the type mentioned at the outset and is characterized in that a first region of the transistor is connected to the word line, which is the Crosspoint defined at which the memory cell is coupled, that a second zone directly with a reference potential point and that the third zone is connected to the digit line via the capacitor, the defines the cross point at which the memory cell is coupled.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine vereinfachte Speicheranordnung mit speziellen Ausführungsbeispielen für bipolare Zellen,1 shows a simplified memory arrangement with special exemplary embodiments for bipolar cells,
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die entsprechend den Prinzipien der Erfindung hergestellt sind;made in accordance with the principles of the invention;
Fig. 2 Schreib- und Lesesignale, die an die Anordnung gemäss Fig. 1 angelegt werden;FIG. 2 write and read signals which are applied to the arrangement according to FIG. 1; FIG.
Fig. 3 bis 7 Querschnittsansichten eines Teils einer hochintegrierten Version der Speicheranordnung nach Fig.;Figures 3 to 7 are cross-sectional views of part of a highly integrated version of the memory arrangement according to Fig .;
Fig. 8 eine Aufsicht eines Teils der hochintegrierten Anordnung gemäss Fig. 3 bis 7J8 shows a top view of part of the highly integrated arrangement according to FIGS. 3 to 7J
Fig. 9 eine vereinfachte Speicheranordnung mit speziellen Ausführungsbeispielen von MOS-Zellen, die entsprechend den Prinzipien der Erfindung hergestellt sind.9 shows a simplified memory arrangement with special exemplary embodiments of MOS cells, made in accordance with the principles of the invention.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Schreib-Lese-Speichereinhelt 1o mit- wahlfreiem Zugriff, die als einen Bestandteil eine Matrixanordnung 11 als Ausführungsbeispiel entsprechend den Grundgedanken der Erfindung enthält. Die Matrix 11, die innerhalb der strichpunktierten Linie in Fig. 1 liegt, beinhaltet eine Koordinatenanordnung, welche eine Vielzahl von horizontalen und vertikalen Leitungen beinhaltet, deren Kreuzungspunkte eine Vielzahl von Speicherstellen definieren. Die horizon-Fig. 1 shows a simplified circuit diagram of a read-write memory unit 1o with random access, which is a component of a matrix arrangement 11 as an embodiment according to the basic idea of the invention contains. The matrix 11, which lies within the dash-dotted line in FIG. 1, contains an arrangement of coordinates, which includes a plurality of horizontal and vertical lines, their crossing points define a plurality of storage locations. The horizon-
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talen Leitungen 12, 13 ... η sollen als Wortleitungen und die vertikalen Leitungen 14, 15 ... m als Ziffernleitungen bezeichnet werden.Tal lines 12, 13 ... η should be used as word lines and the vertical lines 14, 15 ... m are referred to as digit lines.
Es ist eine Vielzahl von Standard-Speicherkonfigurationen bekannt, die je wenigstens eine Anordnung des in Fig. 1 gezeigten Typs enthalten. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel sind zwei miteinander verbundene Matrixanordnungen, die je 64 Wortleitungen und 128 Ziffernleitungen enthalten, mit herkömmlichen Decodern, Treibern und einer Zeitsteuerung sschaltung kombiniert, um ein Speiehersignal mit 16.384 individuellen Speicherstellen zu bilden. Ein solches System wird üblicherweise als i6K-bit-Speicher bezeichnet.A large number of standard memory configurations are known, each of which has at least one arrangement of the one shown in FIG shown type. In a special embodiment, two interconnected matrix arrangements, each containing 64 word lines and 128 digit lines, combined with conventional decoders, drivers and a timing control circuit to produce a memory signal 16,384 individual memory locations. Such a system is commonly referred to as i6K-bit memory.
Gemäss Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Speicherzelle, die entsprechend den Grundgedanken der Erfindung hergestellt ist, an jede Speicherstelle der Anordnung 11 angekoppelt. Um die Zeichnung nicht zu sehr zu überlasten, sind nur vier solcher Zellen 17f 18, 19 und 2o besonders dargestellt. Zweckmässig sind die Zellen alle identisch.According to FIG. 1, an exemplary embodiment for a memory cell which is produced in accordance with the basic concept of the invention is coupled to each memory location of the arrangement 11. In order not to overload the drawing too much, only four such cells 17 f 18, 19 and 2o are particularly shown. The cells are expediently all identical.
Jede Zelle weist einen einzelnen pnp-Transistor sowie einen Kondensator auf, die auf die gezeigte Weise geschaltet sind. Beispielsweise enthält die Zelle 17 den Transistor 21, dessen Basis direkt mit der Wortleitung 12, dessen Emitter über den Kondensator 22 mit der Ziffernleitung 14 und dessen Kollektor direkt mit einem Bezugspotentialpunkt, beispielsweise Erde, verbunden sind.Each cell has a single pnp transistor as well a capacitor connected in the manner shown. For example, cell 17 contains the Transistor 21, whose base is connected directly to word line 12, and whose emitter is connected to the digit line via capacitor 22 14 and its collector are directly connected to a reference potential point, for example earth.
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Die Auswahl einer bestimmten Wortleitung in Fig. 11 wird auf übliche Weise durch Anlegen eines Datenwortes an Eingangsleitungen 24 ... f einer Einheit 26 erreicht, die Wortleitungsdecoder und Treiber enthält. Auf entsprechende Weise erfolgt die Auswahl einer bestimmten Ziffernleitung oder einer Gruppe von Ziffernleitungen durch Anlegen eines Datenwortes an Eingangsleitungen 28 ... ρ einer Einheit 3o, die Ziffernleitungsdecoder und Treiber enthält. Die Anordnung gemäss Fig. 1 weist ausserdem üblich Leseverstärker auf, die bei Leseoperationen feststellen, ob O- oder 1-Darstellungen in gewählten Zellen der Anordnung gespeichert sind.The selection of a particular word line in FIG. 11 is carried out in the usual way by applying a data word to Input lines 24 ... f of a unit 26 which contains word line decoders and drivers. On appropriate A specific digit line or a group of digit lines is selected by creating a Data word on input lines 28 ... ρ of a unit 3o containing the digit line decoder and driver. The order 1 also usually has read amplifiers that determine during read operations whether O or 1 representations are stored in selected cells of the arrangement.
Die Betriebsweise der Einheit 1o gemäss Fig. 1 soll mit Bezug auf die Spannungskurvenformen gemäss Fig. 2 beschrieben werden. Es sei angenommen, dass zu Anfang, d.h. vor dem mit t<j in Fig. 2 bezeichneten Zeitpunkt, ,jede der Wortleitungen 12, 13 ... η auf einem Ruhepotential von beispielsweise 5 Volt gehalten wird. Es sei weiter angenommen, dass eine O-Darstellung in eine der Zellen, beispielsweise in die Zelle 2o, eingeschrieben werden soll, die an den durch die Wortleitung 13 und die Ziffernleitung 15 definierten Kreuzpunkt angekoppelt ist. Zur Durchführung einer solchen O-Schreiboperation wird die an die Wortleitung 13 angelegte Spannung auf eine negative Spannung (beispielsweise -1 Volt) während der Intervalls zwischen t.. und t~ erniedrigt, während die Spannung der Ziffernleitung 15 aufThe mode of operation of the unit 1o according to FIG With reference to the voltage waveforms according to FIG. 2 are described. It is assumed that initially, i. before the point in time denoted by t <j in FIG. 2,, each of the Word lines 12, 13 ... η is held at a rest potential of, for example, 5 volts. It is further assumed that an O representation in one of the cells, for example to be written into the cell 2o, which is connected to the through the word line 13 and the digit line 15 defined intersection is coupled. To perform such an O write operation, the word line 13 applied voltage to a negative voltage (for example -1 volt) during the interval between t .. and t ~ decreased while the voltage of the digit line 15 on
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O Volt gehalten wird. Unter diesen Bedingungen fliesst kein Strom über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 34 in der Zelle 2o. Demgemäss bleibt der vorher ungeladene Kondensator 36 in der Zelle 2o ungeladen. Dieser ungeladene Zustand stellt beispielsweise die Angabe 0 dar.O volts is held. No flow under these conditions Current through the emitter-collector path of the transistor 34 in the cell 2o. Accordingly, the one previously uncharged remains Capacitor 36 in cell 2o uncharged. This uncharged state represents, for example, the specification 0.
Das Lesen einer Speicherzelle erfolgt dadurch, dass an die angegebenen Wort- und Ziffernleitungen diejenigen Spannungen angelegt werden, die in Fig. 2 im Intervall t, - t^ gezeigt sind. Dies Spannungen sind die gleichen wie die im Intervall t.j - tp dargestellten Spannungen. Wenn demgemäss der Kondensator in der abgefragten Zelle ungeladen ist (Darstellung eines O-Signals), so fliesst kein Strom auf der mit der gelesenen Zelle verbundenen Ziffernleitung. Dann deutet der dieser Ziffernleitung zugeordnete Leseverstärker das Fehlen eines Stromflusses dahingehend, dass eine 0 in der abgefragten Zelle gespeichert ist.A memory cell is read in that those voltages are applied to the specified word and digit lines which are shown in FIG. 2 in the interval t 1 - t ^. These voltages are the same as the voltages shown in the interval tj - tp. Accordingly, if the capacitor in the interrogated cell is uncharged (representation of a 0 signal), no current flows on the digit line connected to the read cell. Then, the digit line of the associated sense amplifier indicates the absence of a current flow to the extent that one is stored in the retrieved cell 0th
Die Art und Weise, auf die eine 1-Darstellung in einer gewählten Speicherzelle hergestellt wird, wird durch die Kurvenformen im Intervall t,- - tg in Fig. 2 angegeben. Um eine 1 in beispielsweise die Zelle 2o einzuschreiben, wird eine Spannung von beispielsweise -1 Volt an die Wortleitung 13 und eine Spannung von beispielsweise +5 Volt an die Ziffernleitung 15 angelegt. Dadurch wird der Transistor 34 leitend gehalten, und es fliesst ein Strom vom Emitter zum Kollektor. Als Ergebnis wird der KondensatorThe manner in which a 1 representation is produced in a selected memory cell is indicated by the curve shapes in the interval t, - - tg in FIG. Enroll a 1 in, for example, the cell 2o, a voltage is applied, for example, -1 volt to the word line 13 and a voltage of for example +5 volts to the digit line 15 °. This keeps the transistor 34 conductive and a current flows from the emitter to the collector. As a result, the capacitor
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36 auf eine Spannung von eta 5 Volt (rechte Seite positiv mit Bezug auf die linke Seite) aufgeladen.36 charged to a voltage of about 5 volts (right side positive with respect to the left side).
Das Lesen der Zelle 2o, die den geladenen Kondensator enthält, ist in Fig. 2 im Intervall t„ - tQ gezeigt. In diesem sogenannten 1-Leseintervall ist der Kollektor-Basisübergang des Transistors 34 in Durchlassrichtung vorgespannt. Demgemäss kann der Transistor 34 einen Strom in Rückwärtsrichtung, d.h. vom Kollektor zum Emitter leiten. Als Ergebnis fliesst die positive Ladung auf der rechten Seite des Kondensators 36 auf der Ziffernleitung zu den Leseverstärkern 32 und dann von Erde über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 34 zur linken Seite des Kondesators 36. Dieser nach unten gerichtete Stromfluss auf der Ziffernleitung 15 ist in Fig. 2 als Impuls 38 dargestellt. Die Leseverstärker deuten das Auftreten eines solchen Impulses dahingehend, dass ein Signal 1 in der Speicherzelle 2o gespeichert war.The reading of the cell 2o, which contains the charged capacitor, is shown in FIG. 2 in the interval t "- t Q. In this so-called 1-reading interval, the collector-base junction of transistor 34 is forward-biased. Accordingly, the transistor 34 can conduct a current in the reverse direction, ie from the collector to the emitter. As a result, the positive charge on the right side of capacitor 36 flows on the digit line to sense amplifiers 32 and then from ground across the collector-emitter path of transistor 34 to the left side of capacitor 36. This downward flow of current on digit line 15 is in 2 shown as pulse 38. The sense amplifiers interpret the occurrence of such a pulse to the effect that a signal 1 was stored in the memory cell 2o.
Die vorstehend beschriebene 1-Leseoperation entlädt den Kondensator in der abgefragten Zelle. Daher wird auf bekannte Weise die vorher in der Zelle gespeicherte 1 erneut während einer 1-Schreiboperation nach jeder solchen Abfrage wieder eingeschrieben. Ausserdem kann ein sogenanntes Auffrischen der gespeicherten Darstellungen periodisch auf übliche Weise durchgeführt werden, um Ladungsverluste in der gezeigten Anordnung zu kompensieren.The 1 read operation described above discharges the capacitor in the scanned cell. Therefore, in a known manner, the 1 previously stored in the cell is rewritten during a 1-write operation after each such interrogation. In addition, a so-called refreshing of the stored representations can be carried out periodically in the usual manner in order to compensate for charge losses in the arrangement shown.
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Zweckmässig werden sowohl die Matrixanordnung 11 als auch die konventionellen Einheiten 26, 3o und 32 in Fig. 1 und weitere zugeordnete Einheiten, die in Fig. 1 nicht gezeigt sind, in Form eines Mikrominiatur-Halbleiterplättchens hergestellt. Es stehen eine Anzahl von Technolo-Both the matrix arrangement 11 and the conventional units 26, 30 and 32 in FIG. 1 are expedient and other associated units, not shown in Fig. 1, in the form of a microminiature semiconductor die manufactured. A number of technolo-
gien, beispielsweise das I L-Verfahren oder das Standardverfahren mit vergrabenem Kollektor zur Verfugung, um ein solches hochintegriertes (LSI) Halbleiterplättchen herzustellen. Entsprechend einem speziellen Aspekt der erfindungsgemässen Grundgedanken wurde festgestellt, dass die bipolare integrierte Technologie, die als GIMIC-O bekannt ist, besonders vorteilhaft zur Herstellung der hier betrachteten Speichereinheit 1o ist. Zur Erläuterung des Verfahren GIMIC-O wird verwiesen auf einen Aufsatz von P.T. Panousis und R.L. Pritchett "GIMIC-O - A Low Cost Non-Epitaxial Bipolar LSI Technology Suitable for Application to TTL Circuits", IEDM Digest of Technical Papers, Dezember 1974, Seiten 515-518. Die Schaltungen für die obengenannten Einheiten 26, 3o und 32 sowie von weiteren zugeordneten Standardeinheiten werden zweckmässig unter Anwendung beispielsweise von Transistor-Transistor-Logikschaltungen (TTL) oder TTL-compatiblen Schaltungen hergestellt.gien, for example the IL method or the standard buried collector method, are available to manufacture such a large scale integrated (LSI) die. According to a special aspect of the invention The basic idea was found to be that the bipolar integrated technology known as GIMIC-O is known, is particularly advantageous for producing the memory unit 1o considered here. In order to explain of the GIMIC-O method, reference is made to an article by P.T. Panousis and R.L. Pritchett "GIMIC-O - A Low Cost Non-Epitaxial Bipolar LSI Technology Suitable for Application to TTL Circuits ", IEDM Digest of Technical Papers, December 1974, pp. 515-518. The circuits for the above-mentioned units 26, 3o and 32 and others associated standard units are expediently using, for example, transistor-transistor logic circuits (TTL) or TTL-compatible circuits.
Entsprechend den Merkmalen der Erfindung wird die Matrixanordnung 11 gemäss Fig. 1 in GIMIC-O-Form so hergestellt, dass sie nur einen einzelnen Transistor und einen zugeord-In accordance with the features of the invention, the matrix arrangement 11 according to FIG. 1 is produced in GIMIC-O form in such a way that that they only have a single transistor and an associated
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neten Kondensator an jedem der Vielzahl von Kreuzungspunkten aufweist, die durch die rechtwinklig zueinander angeordneten Wort- und Ziffernleitungen definiert werden. Es können dann eine Vielzahl von Halbleiterplättchen, die Jeweils eine solche Anordnung mit ihren zugeordneten Einheiten enthalten, auf einer Halbleiterscheibe in einem verhältnismässig einfachen Herstellungsverfahren erzeugt werden. Jedes auf diese Weise hergestellte Halbleiterplättchen ist durch einfache Herstellung, hohe Bit-Kapazität, hohe Geschwindigkeit'und niedrige Kosten gekennzeichnet. Dabei ist es von Bedeutung, dass jede Speicherzelle auf einem solchen Halbleiterplättchen eine Fläche von weniger als o,645 . 1o mm (1 square mil) belegt.Neten capacitor at each of the plurality of crossing points, which are arranged by the perpendicular to each other Word and digit lines are defined. A large number of semiconductor wafers can then each containing such an arrangement with their associated units, on a semiconductor wafer in one relatively simple manufacturing processes can be generated. Any semiconductor die produced in this way is characterized by ease of manufacture, high bit capacity, high speed, and low cost. It is important that each memory cell on such a semiconductor wafer has an area of less as o, 645. 10 mm (1 square mil) occupied.
Es soll jetzt anhand von Fig. 3 bis 8 eine Gruppe spezieller Schritte als Ausführungsbeispiel beschrieben werden, die zur Herstellung einer Matrixanordnung 11 des in Fig. 1 gezeigten Typs angewendet werden können. Diese Schritte, die ein Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen entsprechend der obengenannten bipolaren GIMIC-O-Technologie darstellen, lassen sich ausserdem bei der Herstellung eines einzelnen Halbleiterplättchens mit den zugeordneten Einheiten 26, 3o und 32 sowie weiteren Standardeinheiten (nicht gezeigt) benutzen, die der Matrixanordnung 11 zugeordnet sind. Zweckmässig werden diese Einheiten als TTL- oder TTL-compatible Schaltungen in einem Herstellungsverfahren gleichzeitig mit der Herstellung der Matrix-A group of specific steps will now be described as an exemplary embodiment with reference to FIGS can be used to produce a matrix arrangement 11 of the type shown in FIG. These steps which is a manufacturing process for integrated circuits according to the above-mentioned bipolar GIMIC-O technology can also be shown in the production of a single semiconductor wafer with the associated Use units 26, 30 and 32 as well as further standard units (not shown), those of the matrix arrangement 11 assigned. These units are expediently used as TTL or TTL-compatible circuits in a manufacturing process simultaneously with the production of the matrix
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anordnung 11 erzeugt. Nachfolgend soll jedoch nur die Herstellung der Anordnung 11 betont werden.arrangement 11 generated. In the following, however, only the production of the arrangement 11 will be emphasized.
Fig. 3 zeigt ein p-leitendes Halbleitersubstrat 5o mit einem spezifischen Widerstand zwischen etwa 8 und 2o Ohm . cm. Mit üblichen Lithografieverfahren wird eine Maskierschicht 52 aus Siliciumdioxid mit einer Dicke von o,8 Mikrometer auf der Oberfläche des Substrats 5o mit einem selektiven Muster hergestellt. Die Wortleitungsbereiche der Anordnung 11 werden in den unmaskierten Abschnitten des Substrats 5o durch Ionenimplantation einer oberflächlichen Phosphorschicht und Eindiffundieren der Schicht auf eine Tiefe d von etwa 8 Mikrometer erzeugt. Eine Vielzahl solcher n~-Bereiche (beispielsweise die Bereiche 54 und 56 in Fig. 3) werden in dem Substrat 5o erzeugt. Bei der speziellen, oben angenommenen Speicherkonfiguration werden demgemäss 64 solche voneinander entfernten Bereiche oder Wortleitungen gleichzeitig im Substrat 5o jeder der beiden Matrixanordnungen gebildet, die in jedem 16-K-Bit-Plättchenbereich enthalten sind.Fig. 3 shows a p-type semiconductor substrate 5o with a specific resistance between about 8 and 20 ohms. cm. A masking layer is created using conventional lithography processes 52 of silicon dioxide with a thickness of 0.8 micrometers on the surface of the substrate 5o with a selective pattern made. The word line areas of the arrangement 11 are in the unmasked sections of the substrate 5o by ion implantation of a superficial phosphor layer and diffusion of the layer generated to a depth d of about 8 microns. A large number of such n ~ -regions (for example the regions 54 and 56 in Fig. 3) are produced in the substrate 5o. With the special memory configuration assumed above Accordingly, 64 such regions or word lines that are at a distance from one another are simultaneously in the substrate 5o of each of the two arrays formed in each 16K-bit platelet area are included.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die Wortleitungsbereiche einen Abstand a (Fig. 3) von etwa 5 Mikrometer, und jeder Bereich erstreckt etwa 2 mm in der z-Richtung. Diese Bereiche entsprechen den horizontalen Wortleitungen 12, 13 ... η in Fig. 1.In a special embodiment of the invention, the word line regions have a spacing a (FIG. 3) of approximately 5 microns, and each area extends about 2 mm in the z-direction. These areas correspond to the horizontal ones Word lines 12, 13 ... η in FIG. 1.
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Der nächste Schritt in dem hier betrachteten Herstellungsverfahren ist in Fig. 4 gezeigt. Es wird eine weitere Siliciumdioxidschicht 58 mit einem selektiven Muster mit Hilfe herkömmlicher Verfahren auf der Oberfläche des Substrats 5o erzeugt, die als Maske für eine Ionenimplantation dient. Kanalbegrenzungen, die p+-Bereiche beinhalten, beispielsweise die Bereiche 6o und 62 in Fig. 4, werden dann auf dem Substrat 5o gebildet. Diese Begrenzungsbereiche, die sich in der gleichen Richtung wie die Wortleitungsbereiche 54 und 56 erstrecken, werden beispielsweise mittels eines üblichen zweistufigen Bor-Implantationsverfahrens hergestellt. Die sich ergebenden Begrenzungen 6o und 62 haben eine Tiefe b von etwa 1,2 Mikrometer, wobei ein Spitzenwert für die Dotierungskonzentration in einer Tiefe von etw o,7 Mikrometer auftritt.The next step in the manufacturing process considered here is shown in FIG. Another silicon dioxide layer 58 with a selective pattern is produced using conventional methods on the surface of the substrate 50 and serves as a mask for an ion implantation. Channel boundaries including p + regions, such as regions 6o and 62 in FIG. 4, are then formed on substrate 5o. These delimitation regions, which extend in the same direction as the word line regions 54 and 56, are produced, for example, by means of a conventional two-stage boron implantation process. The resulting boundaries 6o and 62 have a depth b of about 1.2 micrometers, with a peak value for the doping concentration occurring at a depth of about 0.7 micrometers.
Danach wird eine weitere Siliciumoxid-Maskierschicht 65 (Fig. 5) mit einem selektiven Muster auf der Oberfläche des Substrats 5o erzeugt. Es werden dann n+-Bereiche 66, und 7o durch Diffusion in unmaskierte Abschnitte der Wortleitungsbereiche 54 und 56 gebildet. Als Beispiel werden diese Bereiche 66 , 68 und 7o durch Diffusion von Phosphor in das Substrat erzeugt, wobei sich ein spezifischer Widerstand von weniger als etwa 3o Ohm ^e Quadrat ergibt. Die Bereiche 66, 68 und 7o, die die Leitfähigkeit der Wortleitungsbereiche erhöhen sollen, haben eine Tiefe von etwa o,6 Mikrometer und eine Breite e von etwa 5A further silicon oxide masking layer 65 (FIG. 5) with a selective pattern is then produced on the surface of the substrate 5o. Then n + regions 66, and 7o are formed by diffusion into unmasked sections of word line regions 54 and 56. As an example, these areas 66, 68 and 70 are produced by diffusion of phosphorus into the substrate, resulting in a resistivity of less than about 30 ohms square. The regions 66, 68 and 7o, which are intended to increase the conductivity of the word line regions, have a depth of approximately 0.6 micrometers and a width e of approximately 5
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Mikrometer.Micrometer.
Als nächstes wird entsprechend der Darstellung in Fig. 6 eine weitere Maskierschicht auf der Oberfläche des Substrats 5o gebildet. Diese Schicht besteht beispielsweise aus einem Siliciumdioxidfilm 72 mit einer Dicke von 5ooo Angströmeinheiten. Auf bekannte Weise werden Öffnungen in der Maskierschicht im Abstand voneinander entlang den Wortleitungsbereichen hergestellt. Beispielsweise ist in Fig. 6 eine Öffnung in der Maskierschicht 72 oberhalb des Wortleitungsbereiches 54 gezeigt. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel hat jede solche Öffnung eine quadratische Fläche von etwa 5 Mikrometer mal 5 Mikrometer.Next, as shown in FIG. 6, a further masking layer is applied to the surface of the Substrate 5o formed. This layer consists, for example, of a silicon dioxide film 72 with a thickness of 5,000 Angstrom units. In a known manner, openings in the masking layer are spaced from one another along the Word line areas produced. For example, in FIG. 6 there is an opening in the masking layer 72 above the Word line area 54 shown. In a particular embodiment, each such opening is square Area of about 5 microns by 5 microns.
Danach werden p-Bereiche, beispielsweise der Bereich 74 in Fig. 6, durch Ionenimplantation in den im Abstand angeordneten Abschnitten der Wortleitungsbereiche erzeugt, die durch die obengenannten Öffnungen in der Maskierschicht 72 zugänglich sind. Diese p-Bereiche, die beispielsweise in einem herkömmlichen Bor-Implantationsverfahren gebildet werden, stellen je die Emitterzone eines der Transistoren in der Matrixanordnung 11 in Fig. 1 dar. Demgemäss bilden die Bereiche 5o, 54 und 74 in Fig. 6 die Kollektor-Basis- und Emitterzone eines solchen Transistors. Thereafter, p-regions, for example region 74 in FIG. 6, are produced by ion implantation in the spaced-apart sections of the word line regions which are accessible through the above-mentioned openings in masking layer 72. These p-regions, which are formed, for example, in a conventional boron implantation process, each represent the emitter zone of one of the transistors in the matrix arrangement 11 in FIG. 1. Accordingly, the regions 50, 54 and 74 in FIG. 6 form the collector base - and emitter zone of such a transistor.
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Eine Schicht aus dielektrischem Material wird auf der gesamten Oberfläche der Anordnung in Fig. 6 erzeugt. Diese Schicht, die beispielsweise aus einem SiIiciumdioxidfilm mit einer Dicke von 2oo bis 5oo Angströmeinheiten besteht, ist in Fig. 7 mit 76 bezeichnet. Als nächstes werden im Abstand voneinander angeordnete metallische Bänder, beispielsweise das Element 78 in Fig. 7» auf dem dielektrischen Film 76 erzeugt. Diese Bänder sind rechtwinklig mit Bezug auf die oben beschriebenen Wortleitungsbereiche angeordnet und bilden die Ziffernleitungen in der integrierten Schaltungsanordnung. Im Abstand voneinander angeordnete Speicherkondensatoren werden in der Anordnung zwischen den Ziffernleitungen und den darunterliegenden p-Zonen (Emitter) definiert, beispielsweise der Zone 74 in Fig. 7.A layer of dielectric material is created over the entire surface of the arrangement in FIG. This layer, for example made of a silicon dioxide film with a thickness of 2oo to 5oo Angstrom units is designated by 76 in FIG. 7. Next be spaced apart metallic strips, for example the element 78 in Fig. 7 »on the dielectric film 76 is generated. These bands are rectangular are arranged with reference to the word line areas described above and form the digit lines in FIG integrated circuit arrangement. Storage capacitors arranged at a distance from one another are used in the arrangement defined between the digit lines and the underlying p-zones (emitters), for example zone 74 in Fig. 7.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst jedes Ziffernleitungsband einen Alumiumstreifen, der sich etwa 5 Mikrometer in der z-Richtung (Fig. 7) und etwa 1 mm in der x-Richtung erstreckt. Alternativ können eine Anzahl von anderen einzelnen Metallen oder Kombinationen von Metallen (beispielsweise eine Dreifachschicht aus Titan, Platin und Gold) auf der Struktur abgeschieden werden, um die genannten Ziffernleitungen zu bilden.In a particular embodiment of the invention, each digit line tape comprises an aluminum strip, which extends about 5 micrometers in the z-direction (Fig. 7) and about 1 mm in the x-direction. Alternatively you can a number of other single metals or combinations of metals (for example, a triple layer of titanium, Platinum and gold) are deposited on the structure to form the aforementioned digit lines.
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Eine Aufsicht eines Teiles der Matrixanordnung 11, deren Herstellung oben beschrieben worden ist, zeigt Fig. 8. Die im Abstand voneinander angeordneten Metallfilme 78, die die Ziffernleitungsbänder bilden, sind in Fig. 8 gezeigt. Ausserdem sind dort gestrichelt die Öffnungen 8o in der Maskierschicht dargestellt, in denen Kondensatoren zwischen den Ziffernleitungen 78 und den darunterliegenden p-Emitterzonen im Substrat definiert sind. Gestrichelte Bänder 82 in Fig. 8 stellen n+-Bereiche dar, die den Bereichen 66, 68 und 7o zur Erhöhung der Leitfähigkeit entsprechen und in Fig. 7 gezeigt sind und beschrieben wurden.A plan view of part of the matrix arrangement 11, the manufacture of which has been described above, is shown in FIG. 8. The spaced apart metal films 78 which form the digit line bands are shown in FIG. In addition, the openings 8o in the masking layer, in which capacitors are defined between the digit lines 78 and the underlying p-emitter zones in the substrate, are shown there in dashed lines. Dashed bands 82 in FIG. 8 represent n + regions corresponding to regions 66, 68 and 7o for increasing conductivity and shown and described in FIG. 7.
Als Beispiel haben die Ziffernleitungen 78 gemäss Fig. 8 einen Abstand j von etwa 1o Mikrometer. Weiterhin beträgt bei einem speziellen Ausftihrungsbeispiel der vertikale Mittenabstand k von 2 benachbarten Öffnungen 8o etwa 2o Mikrometer.As an example, the digit lines 78 according to FIG. 8 have a distance j of about 10 micrometers. Furthermore is In a special embodiment, the vertical center-to-center distance k between two adjacent openings 8o is approximately 2o Micrometer.
Während des obenbeschriebenen Herstellungsverfahrens wird eine Vielzahl von Matrixanordnungen 11 gleichzeitig auf einer einzelnen Halbleiterscheibe erzeugt. Zur gleichen Zeit werden die Enden der Ziffern- und Wortleitungen jeder solchen Anordnung mit den Einheiten 26, 3o und 32 gemäss Fig. 1 und weiteren zugeordneten Standardeinheiten verbunden, um eine Vielzahl von Schreib-Lesespeichern auf jeder Halbleiterscheibe zu erzeugen. Auf diese Weise wird eineDuring the above-described manufacturing method, a plurality of M a is trixanordnungen 11 simultaneously formed on a single semiconductor wafer. At the same time, the ends of the digit and word lines of each such arrangement are connected to the units 26, 30 and 32 of FIG. 1 and other associated standard units in order to create a plurality of read / write memories on each semiconductor wafer. That way becomes a
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Vielzahl von kleinflächigen, schnellen und billigen Speichern niedriger Leistung gleichzeitig hergestellt. Ein spezielles Ausführungsbeispiel eines solchen Speichers, der in LSI-GIMIC-O-Form entsprechend den Grundgedanken der Erfindung hergestellt worden ist, bildet ein HaIbleiterplättchen mit Abmessungen von etwa 4 mm mal 4 mm. Die Zugriff- und Zykluszeiten dieses Ausführungsbeispiels wurden zu weniger als 1oo bzw. 2oo ns bestimmt.A multitude of small-area, fast and cheap low-power storage systems produced simultaneously. A special embodiment of such a memory, which is in LSI-GIMIC-O-form according to the basic idea of the invention has been made forms a semiconductor chip with dimensions of about 4 mm by 4 mm. The access and cycle times of this embodiment were determined to be less than 1oo or 2oo ns.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel für eine MOS-Version einer Speichereinheit nach der Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jede Speicherzelle in der Speichermatrix einen einzigen MOS-Transistor und einen zugeordneten Kondensator in der dargestellten Schaltung auf. Beispielsweise enthält die Zelle 84 in Fig.9 den Feldeffekttransistor 86, dessen Gate direkt mit der Wortleitung 88 verbunden ist. Von seinen Source- und Drain-Elektroden liegt die eine über dem Kondensator 9o an der Ziffernleitung 92 und die andere direkt an einem Bezugspotentialpunkt, beispielsweise Erde.A special embodiment for a MOS version a memory unit according to the invention is shown in FIG. In this embodiment, each memory cell has in the memory matrix a single MOS transistor and an associated capacitor in the illustrated Circuit on. For example, the cell 84 in Figure 9 contains the field effect transistor 86, the gate of which is directly connected to the Word line 88 is connected. One of its source and drain electrodes is connected to the capacitor 9o Digit line 92 and the other directly to a reference potential point, for example earth.
Die Anordnung gemäss Fig. 9, die auf ähnliche Weise wie die oben in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebene Anordnung betrieben wird, lässt sich leicht in hochintegrierter Form entspechend üblichen Fabrikationsverfahren herstellen·The arrangement according to FIG. 9, which is similar to the arrangement described above in connection with FIGS. 1 and 2 is operated easily in a highly integrated manner Manufacture the mold according to the usual manufacturing processes
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Es sei darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Verfahren und Anordnungen lediglich Beispiele darstellen. Es können zahlreiche Abänderungen und Alternativen vom Fachmann getroffen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können auf einfache Weise npn-Transistoren für die in Fig. 1 dargestellten pnp-Transistoren eingesetzt werden, wenn die Polarität der in Fig. 2 gezeigten Signale entsprechend geändert wird. Ausserdem können bei den in Fig. 1 gezeigten Transistoren die Emitter statt der Kollektoren mit Erde verbunden sein. In diesem Fall liegt jeder Speicherkondensator direkt zwischen einer Ziffernleitung und dem Kollektor des zugeordneten Transistors.It should be noted that the methods and arrangements described above are only examples. Numerous modifications and alternatives can be made by those skilled in the art without departing from the invention. For example, npn transistors can be used for the pnp transistors shown in FIG. 1 in a simple manner can be used when the polarity of the signals shown in Fig. 2 is changed accordingly. In addition, in the case of the transistors shown in FIG. 1, the emitters can be connected to ground instead of the collectors. In this case, each storage capacitor lies directly between a digit line and the collector of the assigned one Transistor.
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Claims (7)
dass durch die Öffnungen in der Oberfläche des Substrats mittels Ionenimplantation Bereiche des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet sind, um die Emitterzonen (74) herzustellen,7) Memory unit according to claim 6, characterized in that an insulating layer (72) provided with openings is applied to the surface of the substrate, that the openings in the layer lie over spaced apart memory cell positions and are arranged along each of the word lines,
that through the openings in the surface of the substrate by means of ion implantation, regions of the opposite conductivity type are formed in order to produce the emitter zones (74),
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