DE2842545C2

DE2842545C2 - Halbleiterspeicher mit Depletion-Varaktoren als Speicherkondensatoren

Info

Publication number: DE2842545C2
Application number: DE19782842545
Authority: DE
Inventors: Paul-Werner Von Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen Basse; Ruediger Dr.Rer.Nat. 8000 Muenchen Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-07-31
Also published as: JPS5546597A; DE2842545B1; FR2437674A1; GB2030768A; GB2030768B

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterspeicher mit Speicherzellen aus einem van einer Ansteuerleitung angesteuerten MOS-Auswahltrai. iistor und einem an den Auswahltransistor angeschlossenen, als MOS-Varaktor ausgebildeten Speicherkondensator.

Ein-Transistorspeicherze!len in MOS-Technik sind bekannt (z. B. Electronics, 13. Sept., 1973, S. 116-121). Diese Ein-Transistorspeicherzellen bestehen aus einem Auswahltransistor und einem an den Auswahltransistor angeschlossenen Speicherkondensator. Der Auswahltransistor ist mit seiner Steuerelektrode an die Wortleitung des Halbleiterspeichers angeschlossen. Die gesteuerte Strecke des Auswahltransistors liegt zwischen der Bitleitung und dem .Speicherkondensator. Der andere Anschluß des Speicherkondensators liegt an einer festen Spannung, z. B. der Spannung VDD. Die in der Speicherzelle abzuspeichernde Information wird durch die Ladung des Speicherkondensators festgelegt. Das Ein- bzw. Auslesen einer Information in bzw. aus der Speicherzelle erfolgt über den Auswahltransistor, wenn dieser von der Wortleitung her angesteuert wird.

Die die Information speichernden Kondensatoren sind bei derartigen hochintegrierten, dynamischen MOS-Speicherbausteinen in n-Si-Gate- oder n-Si²-Gate-Technologien als MOS-Varaktoren ausgeführt. An der Gate-Elektrode dieser Varaktoren liegt üblicherweise die im Baustein vorhandene höchste Betriebsspannung yon VDD = 12 Volt an. Dies führt dazu, daß bei jeder Änderung der Betriebsspannung die gespeicherte Information direkt über die Gate-Kapazität und indirekt über unzulässigerweise angehobene Wortleitungen beeinflußt werden kann. Beide Effekte können zusammen oder einzeln die gespeicherte Information so weit abbauen, daß kein eindeutiger Lesevorgang mehr möglich ist.

Die Wobbeiempfindlichkeit verfügbarer MOS-Speichcrbaustcine kann wegen der Ausfuhrungsart des ipeteherkondensators als Enhancement-Varaktor und wegen der laut Spezifikation zulässigen Schwankungsbreite von VDD um ± 10% nicht vermieden werden, Sie läßt sich nur durch zusätzlichen Schaltungsaufwand mildern, wenn man z. B, während der Betriebsphase des Bausteins bei Lese- oder Schreiboperationen die Betriebsspannung im Zellenfeld von der Betriebsspannung der Peripherie abtrennt, d. h., alle Gate-E«ktroden der Zellvaraktoren kurzzeitig »schwimmen« läßt

Dieses Abtrennverfahren läßt sich jedoch nicht auf die Zykluspause ausdehnen, weil die wegen der unvermeidlichen Leckströme immer eintretenden Pegelabfälle der Zellenfeld-Gate-Elektroden kompensiert werden müssen. Betriebsspannungsänderungen in

is Pausen sind also auch bei dieser Betriebsart nach wie vor störend.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Halbleiterspeichers mit Speicherzellen mit MOS-Varaktoren, die derart aufgebaut sind, daß nur eine kleine schwankungsanne Betriebsspannung notwendig ist, deren Störung der gespeicherten Information wesentlich geringer ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als MOS-Varaktor ein Depletion-Varaktor angeordnet ist.

Ein derartiger Depletion-Varaktor kann in vorteilhafter Weise dadurch erzeugt werden, daß die Gate-Oxyddicken des Varaktorbereiches auf 500 bis 300 Ä abgesenkt werden, oder daß durch Implantation von

ίο Ionen im Varaktorbereich ein elektrisch leitender Kanal erzeugt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung einer Ein-Transistorspeicherzelle in MOS-Technik und

Fig.2 den Querschnitt durch eine Ein-Transistorspeicherzelle in n-Kanal-SilLzium-C'ate-Technik.

Die bekannte Ein-Transistorspeicherzellc in MOS-

Technik der F i g. 1 besteht aus einem Auswahltransistor ATund einem Speicherkondensator CS. Die Speicherzelle ist zwischen einer Wortleitung WL und einer Bitleilung BL angeordnet. Dabei ist die Steuerelektrode des Auswahltransistors AT mit der Wortleilung WL

Vi verbunden, während die gesteuerte Strecke des Auswahltransistors ATzwischen der Bitlcitung BL und dem Speicherkondensator CS liegt. Der andere Anschluß des Speicherkondcnsalors CSist an eine feste Spannung VDD angeschlossen. Im Speicherkondensa tor CS wird jeweils die eine Information kennzeichnen de Ladung gespeichert. Die Ladung kann über den Auswahltransitor AT auf die Bitleitung BL übertragen werden. Diese geschieht dann, wenn die Wortleitung WL entsprechend angesteuert wird.

Aus Fig.2 ergibt sich die Realisierung einer Ein-Transistorspeicherzelle nach der bekannten n-Kanal-Silizium-Gale-Technik. Dabei liegen der Speicherkondensator CS und der Auswahltransistor AT nebeneinander auf einem Siliziumhalbleitersubstrat SU.

In das Halbleitersubstrat SU sind dabei die zwei gesteuerten Elektroden 5El und SE2 hineindiffundiert. Zwischen den gesteuerten Elektroden SEi und SE2, diese teilweise überlappend, liegt isoliert zum Halbleitersubstrat SU die Steuerelektrode C. Die eine gesteuerte Elektrode SE I liegt in der Bitleitung BL Die andere gesteuerte Elektrode SEI ist mit dem Speicherkondensator CS verbunden. Dieser wird gebildet mit Hilfe einer Leiterbahn SK, die isoliert über

dem Halbleitersubstrat fliegt. Wird an die Leiterbahn SK eine entsprechende Spannung angelegt, dann bildet sich an der Oberfläche des Halbleitersubstrates SL/eine Inversionsschicht IV, die mit der gesteuerten Elektrode SE2 des Auswahltransistors ATverbunden ist. Die zur Realisierung des Speicherkondensators CS und des Auswahltransitors A T notwendigen Isolierschichten iS können aus Siliziumdioxyd bestehen. Die Steuerelektrode G des Auswahltransistors A T kann in Polysilizium ausgeführt sein. Bei dem dargestellten Speicherkonden- \o sator CS handelt es sich um einen sogenannten Enhancement-Varaktor, bei dem sich die Inversionsschicht IV erst beim Anlegen einer hohen Spannung (von z. B. 12 Volt) an die Leiterbahn SK bildet

Eine wesentlich verbesserte Ansteuermöglichkeit ergibt sich, wenn man anstelle dieses Enhancement-Varaktors einen Depletion-Varaktor verwendet. Dieser kann vorteilhaft durch Absenken der Gateoxydschicht GOS auf eine Dicke von 500 bis 300 Ä erreicht werden. Legt man in diesem Falle die Leiterbahn SK an das Basisspannungspotential 0 Volt, entsprechend dem Massepotential des Speicherbausteines, so bildet sich durch die immer vorhandenen Oberflächenladungen des Substrates SU eine dünne Inversionsschicht IV aus.

Durch die erreichte Dünne der Gateoxydschicht wird eine relativ hohe Kapazität des Speicherkondensators erreicht.

Derselbe Effekt läßt sich auch dadurch erzielen, daß man in das Halbleitersubstrat SU Ionen implantiert und damit eine stetige Inversionsschicht /Verzielt.

Durch die Einführung der Depletion-Varaktoren kann die im Baustein vorhandene Basisbetriebsspannung 0 Volt für die Gate-Elektroden der Varaktoren verwendet werden. Die Masseleitung unterliegt laut Spezifikation keinen Schwankungen, womit die Sicherheit der gespeicherten Information im Speicherkondensator CSwesentlich erhöht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann man die im Zellenfeld vorgeschlagene Oxyddickenreduktion bzw. Kanalimplantation auch in den Lasttransistoren (Widerständen) der Bausteinperipherie verwenden. So können diese Lasttransistoren ebenfalls in Depletion-Technik ausgelegt werden. Dadu^r~h erhöht sich die Arbeitsgeschwindigkeit des Bausteins und die Zahl der notwendigen Betriebsspannungen verringert sich. Insbesondere kann auf die Betriebsspannung von ca. 12 Volt verzichtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterspeicher mit Speicherzellen aus einem von einer Ansteuerleitung angesteuerten MOS-Auswahltransistor und einem an den Auswahltransistor angeschlossenen, als MOS-Varaktor ausgebildeten Speicherkondensator, dadurch gekennzeichnet, daß als MOS-Varaktor (CS) ein Depletion-Varaktor angeordnet ist,

2. Halbleiterspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Depletion-Varaktor aus einer auF einem mit Störstellen hochdotierten Halbleitersubstrat (SU) angeordneten dünnen Oxydschicht (COS) von ca. 500 bis 300 Ä mit darüber angeordneten, an der Basisbezugsspannung des Speicherbausteins anliegenden Polysilizium-Schicht (SK) besteht.

3. HalbJciterspeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dacfurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Varaktors (CS) durch Ionenimplantation in das Halbleitersubstrat (SU) ein elektrisch leitender Kanal erzeugt wird.

4. Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Lasttransistoren des Speicherbausteines als Depletion-Transistoren ausgebildet sind.