DE3150164C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine programmierbare Halbleiter­ speicherzelle entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Halbleiterspeicherzelle dieser Art ist z. B. bekannt aus der GB-PS 20 05 078. Diese bekannte Speicherzelle enthält eine Schicht aus Polysilicium, die auf einer Oberfläche eines Halb­ leitersubstrats angebracht ist, wobei die Schicht aus Polysili­ cium drei lateral voneinander getrennte Halbleitergebiete ent­ hält, die zwei in entgegengesetzter Richtung in Reihe geschal­ tete Dioden ("back-to-back diodes") mit zwei getrennten PN-Über­ gängen bilden. Eine der Dioden dient als programmierbare Diode mit einem zerstörbaren Übergang, während die andere Diode derart ausgebildet ist, daß ihr Übergang intakt bleibt und sie als eine isolierende Diode dient.

Zur Programmierung der Zelle wird eine Spannung einer derartigen Polarität über den zwei in Reihe geschalteten Dioden angelegt, daß der Strom in der Sperrichtung durch die programmierbare Diode und in der Durchlaßrichtung durch die isolierende Diode fließt. Die Spannung muß eine genügende Größe aufweisen, um durch Kurzschluß den Übergang der programmierbaren Diode zu zerstören. Um die Programmierspannung und den -strom auf Pegel herabzu­ setzen, die sicher zu anderen Stellen in der Speichermatrix ge­ bracht werden können, ist der zerstörbare Übergang mit einer Einschnürung versehen, um seine Oberfläche zu verkleinern.

Trotzdem sind die Strompegel, die für den Kurzschluß des Über­ gangs der programmierbaren Diode benötigt werden, beträchtlich und es ist wünschenswert, die Programmierspannung und den -strom noch weiter herabzusetzen. Außerdem ist es wünschenswert, die Streuströme durch bereits programmierte Zellen in der Matrix herabzusetzen, die in die noch zu programmierenden Zellen über­ brückenden Wegen liegen. Die parasitären Leckströme machen eine Programmierspannung notwendig, die höher als gebräuchlich ist und die den Übergang einer isolierenden Diode in einer bereits programmierten Zelle zerstören könnte.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter­ speicherzelle der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Programmierspannung und/oder der Programmierstrom erheblich herabgesetzt werden und bei Verwendung in einer Matrix nur ein niedriger Leckstrom auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Haupt­ anspruchs genannten Merkmale gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Der Vollständigkeit halber sei noch bemerkt, daß aus der DE-AS 20 41 343 ein Halbleiterspeicher bekannt ist, bei dem die Zellen aus je zwei, in einander entgegengesetzter Richtung in Reihe ge­ schalteten Dioden mit unterschiedlichen Durchschlagspannungen aufgebaut sind. Bei diesem bekannten Halbleiterspeicher ist die Matrix jedoch völlig in einem einkristallinen Halbleiterkörper angebracht.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf einen Teil einer PROM-Anordnung mit mehreren Speicherzellen nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 bis 8 Querschnitte durch verschiedene Stufen des Verfahrens zur Herstellung einer Speicherzelle, die nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung auf­ gebaut ist,

Fig. 9 bis 14 Querschnitte durch verschiedene Stufen des Verfahrens zur Herstellung einer Speicherzelle, die nach noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, und

Fig. 15 bis 20 Querschnitte durch verschiedene Stufen des Verfahrens zur Herstellung einer Speicherzelle, die nach wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist.

Fig. 1 zeigt in stark vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf einen Teil einer Matrix von Speicherzellen nach der Erfindung und Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch diese Matrix. Ein Substrat 10 aus einkristallinem Halb­ leitermaterial, wie Silicium, ist zum Tragen der Matrix von Speicherzellen angebracht. Das Siliciumsubstrat 10 selbst kann andere, nicht dargestellte, Schaltungselemente ent­ halten, die in Verbindung mit der Matrix von Speicherzellen verwendet werden können. Eine thermisch und elektrisch isolierende Schicht 12 ist auf einer Oberfläche des Sub­ strats 10 angebracht. Die Isolierschicht 12 kann eine thermisch gewachsene Siliciumdioxidschicht sein.

Eine dünne Schicht 14 aus polykristallinem Silicium wird auf der Isolierschicht 12 erzeugt. Die Polysilicium­ schicht 14 ist im Vergleich zu sowohl der Isolierschicht 12 als auch dem Substrat 10 verhältnismäßig dünn. In einem besonderen Fall ist die Polysiliciumschicht 14 etwa 400 nm dick und die Isolierschicht ist dreimal oder mindestens dreimal dicker. In Fig. 2 sind zwei Speicherzellen darge­ stellt und diese Zellen können gegen andere Gruppen von Zellen durch aus Oxid bestehende Isoliergebiete 15 isoliert sein, die in der Polysiliciumschicht 14 durch örtliche Oxidation erzeugt werden.

Die Polysiliciumschicht 14, wie sie ursprünglich erzeugt ist, kann schwach dotiert sein und den ersten (z. B. den p-)Leitungstyp aufweisen. Ein mittlerer Teil der Schicht 14 enthält ein mäßig dotiertes Gebiet 16 vom zweiten -(hier vom n-)Leitungstyp. Drei stark dotierte Gebiete 20, 18, 20 vom ersten (p⁺-)Leitungstyp vervoll­ ständigen die zweifach ausgeführte Zellenstruktur. Eines dieser stark dotierten Gebiete, und zwar das Gebiet 18, vom ersten Leitungstyp ist innerhalb des mässig dotierten Gebietes 16 vom zweiten (n-)Leitungstyp erzeugt, während die anderen zwei starkdotierten Gebiete 20 vom p⁺-Leitungs­ typ lateral auf Abstand von dem mittleren Gebiet 16 vom zweiten (n-)Leitungstyp zu beiden Seiten dieses Gebietes liegen und von diesem Gebiet durch niedrig dotierte p-lei­ tende Teile 22 der Polysiliciumschicht 14 getrennt sind.

Metalleiter 24 eines ersten Pegels kontaktieren die p⁺-Gebiete 20 über Öffnungen 25 in der ersten Isolier­ schicht 26, die auf der Oberfläche der Polysiliciumschicht 14 erzeugt ist. Auf ähnliche Weise kontaktiert ein Metall­ leiter 28 desselben Pegels das p⁺-Gebiet 18 über eine Öffnung 29. Ein Metalleiter 30 des zweiten Pegels kontaktiert den Metalleiter 28, der mit dem p⁺-Gebiet 18 in Kontakt steht. Der Kontakt zwischen den Leitern 30 und 28 wird über eine Öffnung 31 in einer zweiten Isolierschicht 32 herge­ stellt, die zugleich zur Isolierung der Leiter 24 gegen den Leiter 30 dient. Mehrere Leiter 30 sind in Fig. 1 als Spaltenleiter dargestellt; die Metalleiter 24 sind als Zeilenleiter dargestellt.

Nach einer besonderen Ausführungsform können die stark dotierten p⁺-Gebiete 18 und 20 eine Dotierungskonzen­ tration von 1.10²⁰ Boratomen/cm³ aufweisen. Das mäßig dotierte n-leitende Gebiet 16 kann eine Dotierungskonzentra­ tion von 1.10¹⁹ Phosphoratomen/cm³ aufweisen. Das schwach dotierte p-leitende Gebiet 22 kann eine Dotierungskonzentration von 1.10¹⁸ Boratomen/cm³ aufweisen.

Die benachbarten Gebiete 16 und 18 bilden einen halbleitenden pn-Übergang 34, während die benachbarten Gebiete 16 und 22 einen halbleitenden pn-Übergang 36 bilden. Die p⁺-Gebiete 20 bilden niederohmige elektrische Kontakte mit den Metalleitern 24, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen. Das p⁺-Gebiet 18 bildet einen niederohmigen elek­ trischen Kontakt mit dem Metalleiter 28, der ebenfalls aus Aluminium besteht. Im Gegensatz zu den p ⁺-Gebieten 20 dient das p⁺-Gebiet 18 aber zugleich als positive Seite oder Anode einer Halbleiterdiode, deren negative Seite oder Kathode durch das n⁺-Gebiet 16 gebildet wird, das mit dem p⁺-Gebiet 18 den Halbleiterübergang 34 bildet.

Von links nach rechts in Fig. 2 enthält eine Hälfte der zweifach ausgeführten Zellenstruktur einen Zeilenleiter mit Metallkontakt 24, der einen niederohmigen Kontakt mit dem p⁺-Kontaktgebiet 20 bildet; ein p-leitendes Gebiet 22, das mit dem p⁺-Kontaktgebiet 20 in Kontakt steht und als die eine Seite einer isolierenden Diode dient; ein n-leiten­ des Gebiet 16, das einen ersten Halbleiterübergang 36 mit dem p-leitenden Gebiet 22 bildet und als die andere Seite der isolierenden Diode und zugleich als die eine Seite einer programmierbaren oder zerstörbaren Diode dient; ein p⁺-Gebiet 18, das einen zweiten Halbleiterübergang 34 mit dem n-leitenden Gebiet 16 bildet und als die andere Seite der zerstörbaren Diode dient; einen Metallkontakt 28, der einen niederohmigen Kontakt mit dem p⁺-Gebiet 18 bildet, und einen Spaltenleiter 30, der einen Kontakt mit dem Metallkontakt 28 bildet. Die durch die Gebiete 22, 16, 18 gebildete pnp-Struktur enthält zwei in entgegengesetzter Richtung in Reihe geschaltete Dioden.

Die rechte Hälfte der zweifach ausgeführten Zellen­ struktur ist ein Spiegelbild der linken Hälfte und enthält ein zweites Paar in entgegengesetzter Richtung in Reihe geschalteter Dioden.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist, daß die drei Gebiete 22, 16 und 18, die die Dioden bilden, vonein­ ander verschiedene Dotierungskonzentrationen aufweisen. Der Übergang 36 zwischen dem schwach dotierten Gebiet 22 und dem n-leitenden Gebiet 16 mit einer mäßigen Dotierungs­ konzentration weist eine höhere Durchschlagspannung in der Sperrichtung V _B als der Übergang 34 zwischen dem mäßig dotierten n-leitenden Gebiet 16 und dem stark dotierten p⁺-Gebiet 18 auf. Die Durchschlagspannung in der Sperr­ richtung V _B eines Halbleiterübergangs ist dem spezifischen Widerstand der Seite mit hohem spezifischem Widerstand des Übergangs proportional. Die Durchschlagspannung V _B des ersten Übergangs 36 ist dem spezifischen Widerstand des einen hohen spezifischen Widerstand aufweisenden schwach dotierten p-leitenden Gebietes 22 proportional, während die Durchschlagspannung V _B des zweiten Übergangs 34 dem spezifischen Widerstand des mäßig dotierten n-leitenden Gebietes 16 proportional ist, das weniger stark als das einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweisende p⁺- Gebiet 18 dotiert ist. Von den zwei Gebieten 16 und 22, die für ihre respektiven Durchschlagspannungen entscheidend sind, weist das mäßig dotierte n-leitende Gebiet 16 einen niedrigeren spezifischen Widerstand als das schwach dotierte p-leitende Gebiet 22 auf und daher weist der Übergang 34 eine niedrigere Durchschlagspannung in der Sperrichtung als der Übergang 36 auf. Der Übergang 34 mit der niedrigsten Durchschlagspannung in der Sperrichtung V _B dient als der zerstörbare Übergang, wenn eine Spannungsquelle über den Leitern 24 und 30 angeordnet ist, die eine negative Polari­ tät gegenüber dem Spaltenleiter 30 und eine positive Polari­ tät gegenüber dem Zeilenleiter 24 aufweist. Die niedrige Durchschlagspannung in der Sperrichtung des zweiten Über­ gangs 34 ermöglicht es, daß ein Durchschlag dieses Übergangs beim Anlegen einer verhältnismäßig niedrigen Programmier­ spannung über den zwei in Reihe geschalteten Dioden auftritt. Durch die verhältnismäßig hohe Durchschlagspannung in der Sperrichtung des ersten Übergangs 36 wird es aber möglich, daß dieser Übergang gegen dieselbe Spannung beständig ist, die daran in der Sperrichtung angelegt wird, wodurch der Strom in einem etwaigen parasitären Weg gesperrt wird. Demzufolge tritt eine Herabsetzung in den Streuströmen auf, wodurch es möglich ist, den Pegel des zuzuführenden Program­ mierstroms und der zuzuführenden -spannung herabzusetzen.

Obgleich der Mechanismus zur Zerstörung des zweiten Halbleiterübergangs 34 zwischen den zwei Gebieten 16 und 18 der Polysiliciumschicht 14 noch nicht völlig klar ist, wird angenommen, daß er mit einem Lawinendurchschlag des Über­ gangs durch einen großen Strom von Minoritätsladungs­ trägern über dem Übergang in der Sperrichtung mit einer damit einhergehenden Erhitzung des Übergangs anfängt. Wärme des Übergangs wird zu der Grenzfläche zwischen dem Metall­ leiter 28 und der Halbleiteroberfläche des p⁺-Gebietes 18 geführt, wodurch bewirkt wird, daß anschließend das Aluminiummetall in diesem Grenzflächengebiet erhitzt wird und die thermisch aktivierten Aluminiumatome zu dem Halb­ leiterübergang 34 wandern, wo sie einen dauernden Kurz­ schluß des Übergangs zur Folge haben.

Nach der obengenannten Theorie wird vorzugsweise für den Metalleiter 28 ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie Aluminium, verwendet, um eine große Zufuhr von Metallatomen bei einer angemessenen Temperatur sicherzustellen. Außerdem muß die Isolierschicht 12, auf der die Polysiliciumschicht 14 liegt, genügend dick sein und aus einem Material bestehen, das so gut thermisch iso­ lierend ist, daß diese Schicht die Polysiliciumschicht 14 thermisch gegen Wärmeableitung über das Halbleitersubstrat 10 isoliert. Sonst würde der an der Stelle des zerstörbaren Übergangs 34 erforderliche thermische Effekt beeinträchtigt werden. Außerdem trägt die polykristalline Art der Poly­ siliciumschicht 14 mit Leerstellen im Kristallgitter dazu bei, die Metallatome zu dem Übergang 34 zu führen. Durch die laterale Ausdehnung des Metalleiters 28 in Kontakt mit dem p⁺-Gebiet 18 wird eine Überlappung des zerstörbaren Übergangs 34 erhalten. Durch die Überlappung wird sicher­ gestellt, daß ein möglichst großer Teil der Oberfläche des Aluminiumleiters 28 der Wärme des Übergangs 34 für Wärmeübertragung über die Isolierschicht 26 ausgesetzt wird. Für eine optimale Übertragung von Wärme von dem Übergang 34 auf den überlappenden Metalleiter 28 muß die Isolier­ schicht 26 möglichst dünn sein. Andererseits soll die Schicht 26 günstige isolierende Eigenschaften aufweisen.

Es sei bemerkt, daß die Halbleiterübergänge 34 und 36 beide laterale Übergänge sind, die von planaren Übergängen zu unterscheiden sind. Ein lateraler Übergang ist ein Übergang, in dem Strom über den Übergang im wesent­ lichen in einer zu der Hauptfläche des Halbleiters parallelen Richtung statt im wesentlichen quer zu der Hauptfläche, wie bei einem planaren Übergang, fließt. Die Halbleiter­ gebiete 20, 22, 16 und 18 sind alle lateral voneinander getrennt, wobei kein einziges dieser Gebiete ein anderes Gebiet in der senkrechten oder der Querrichtung schneidet. Die Oberflächen der Übergänge werden dabei auf ein Mindest­ maß beschränkt, um die Zerstörung der programmierbaren Diode oder des programmierbaren Übergangs zu erleichtern. Es ist aber noch wichtiger, daß die Reproduzierbarkeit der Zellen mit derselben hohen Durchschlagspannung in der Sperrichtung für die isolierende Diode und derselben nied­ rigen Durchschlagspannung in der Sperrichtung für die programmierbare Diode in einer lateralen Struktur leichter als in einer planaren Struktur erreicht werden kann, bei der die Dotierungsgradienten in der Nähe des Übergangs infolge der größeren und unregelmäßigeren Oberfläche der Übergänge stärker sind und weniger gut geregelt werden können.

Die Fig. 3 bis 8 veranschaulichen verschiedene Ver­ fahrensschritte für eine andere Ausführungsform der Er­ findung. Ein Siliciumsubstrat 10 ist mit einer Silicium­ dioxidschicht 12 versehen, die eine genügende Dicke auf­ weist, um günstige thermische sowie elektrische Eigen­ schaften zu erhalten. Die Siliciumdioxidschicht 12 kann nach bekannten Verfahren thermisch gewachsen werden.

Eine Schicht 38 aus eigenleitendem Polysilicium wird auf der Oxidschicht 12 niedergeschlagen und wird dann einem n-leitenden Dotierungsstoff, wie Phosphor, der­ art ausgesetzt, daß diese Schicht eine verhältnismäßig schwache Dotierungskonzentration erhält. Während der Eintriebsdiffusion ("drive-in diffusion") der Phosphor­ dotierungsatome wird eine dünne thermische Oxidschicht 40 auf der Oberfläche der Polysiliciumschicht 38 gewachsen.

Nachdem die dünne Oxidschicht 40 gewachsen ist, kann eine schwache p-Dotierung mit z. B. Bor mit Hilfe von Implantation durch die dünne Oxidschicht 40 in die Poly­ siliciumschicht 38 stattfinden. Die schwache p-Dotierungs­ schicht dient zur Stabilisierung der Polysiliciumschicht und setzt die vorhergehende Dotierungskonzentration nahezu nicht herab, die noch immer schwach und tief ist.

Eine Schicht 42 aus Siliciumnitrid wird auf der dünnen Oxidschicht 40 niedergeschlagen, wonach eine weitere dünnen Siliciumdioxidschicht 44 auf der Siliciumnitrid­ schicht 42 angebracht wird. Durch selektive Maskierungs- und Entfernungsschritte wird die Polysiliciumschicht 38 örtlich in selektierten Gebieten oxidiert, um die Grenzen der Speicherzelle zu definieren. Diese Gebiete sind in Fig. 3 als aus Oxid bestehende Isoliergebiete 46 dargestellt.

Fig. 4 zeigt die selektive Entfernung von Teilen der dünnen Oxidschicht 44 und der Siliciumnitridschicht 42, um eine große mittlere Öffnung 47 und zwei weitere auf Abstand liegende kleinere Öffnungen 48, die auf je einer Seite der mittleren Öffnung 47 liegen, zu definieren. Eine Photoresistmaske 50 , die durch gestrichelte Linien zum Angeben der nachfolgenden Entfernung angedeutet ist, wird über die zwei mit Abstand liegende kleine Öffnungen 48 angebracht, wobei die mittlere Öffnung 47 für die Entfer­ nung der Oxidschicht 40 unmaskiert bleibt. Eine starke Dotierung mit Bor oder einem anderen p-Dotierungsstoff wird über die mittlere Öffnung 47 z. B. durch Implantation oder Diffusion angebracht und die Dotierungsstoffe werden über die ganze Tiefe der Polysiliciumschicht 38 einge­ trieben, um ein p⁺-Gebiet 52 zu erzeugen. Während der Eintriebsdiffusion wird eine Oxidschicht 40 a aufs neue auf dem p⁺-Gebiet 52 gewachsen, um die thermische Oxid­ schicht 40 zu ersetzen, die vorher von diesem Gebiet ent­ fernt wird.

In Fig. 5 wird eine weitere Photoresistschicht 56 überall, ausgenommen auf den Öffnungen 48 und einer kleinen mittleren Öffnung 54 innerhalb der größeren mittleren Öffnung 46 angebracht. Die thermische Oxidschicht 40 a wird von einem kleinen mittleren Gebiet entfernt, während die ursprüngliche thermische Oxidschicht 40 auch von den auf Abstand liegenden Öffnungen 48 entfernt wird. Nachdem der Resist entfernt worden ist, wird eine starke Dotierung eines n-Dotierungsstoffes, wie Phosphor, über die Öffnungen 48 und 54 angebracht. Der n-Dotierungsstoff wird über die ganze Tiefe der Polysiliciumschicht 38 eingetrieben, um ein n⁺-Gebiet 58 innerhalb des p⁺-Gebietes 51 und zwei von dem p⁺-Gebiet 52 getrennte und zu beiden Seiten dieses Gebietes liegende n⁺-Gebiete 60 zu erhalten. Während der Eintriebsdiffusion wird eine frische dünne thermische Oxidschicht 62 auf den freigelegten n⁺-Gebieten 58 und 60 angewachsen.

In der Stufe nach Fig. 6 ist die Siliciumnitrid­ schicht 42 nach der Entfernung der dünnen Oxidschicht 44 entfernt.

In der Stufe nach Fig. 7 ist eine Photoresist­ maske 64 angebracht, um das Oxid über dem mittleren n⁺-Ge­ biet 58 zu bedecken, wonach die Oxidschicht 62 auf den n⁺-Gebieten 60 weggewaschen wird. Nachdem die Photoresist­ maske 64 entfernt worden ist, kann eine Metallegierung aus Platin und Nickel auf den zwei getrennten n⁺-Gebieten 60 niedergeschlagen werden, um eine Legierungsschicht 66 nieder­ ohmiger Qualität zu erzeugen. Eine derartige Legierung kann aus 40% Nickel und 60% Platin bestehen. Die Metallegierung bildet eine Legierung von Platin, Nickel und Silicium, die in allgemeinerem Sinne als "Platinelsilicid" bezeichnet wird und in Fig. 7 durch den gestrichelten Linienteil dar­ gestellt ist, der sich bis in das n⁺-Gebiet 60 erstreckt. Es wird vermieden, daß die Metallegierung sich in einem anderen Gebiet niederschlägt, dadurch, daß die Oxid­ schichten 40 a und 62 diese Gebiete bedecken. Nachdem die Legierungsschicht 66 erzeugt worden ist, wird eine Silicium­ dioxidschicht 68 auf der Legierungsschicht 66 angewachsen.

In Fig. 8 ist eine Siliciumnitridschicht 70 auf der ganzen Struktur niedergeschlagen, wonach eine weitere Siliciumdioxidschicht 72 angebracht wird. Die untere Oxid­ schicht 68 ist erforderlich, um eine gute Haftung für die Siliciumnitridschicht 70 zu erhalten. Die Nitridschicht 70 und die obere Siliciumdioxidschicht 72 werden dann derart in Muster gebracht, daß sie eine ziemlich große Öffnung 74 über dem mittleren n⁺-Gebiet 58 bilden, wobei die Öffnung 74 etwa halbwegs zwischen den lateralen Enden des mittleren n⁺-Gebietes und des p⁺-Gebietes 52 endet.

Die dünne Oxidschicht 62, die in Fig. 7 darge­ stellt ist, wird von der Oberfläche des n⁺ -Gebietes 58 ent­ fernt, derart, daß die ursprüngliche Öffnung 54 in der dickeren Oxidschicht 40 a sich bis zu dem n⁺-Gebiet 58 er­ streckt. Eine erste Schicht 76 aus Aluminium wird auf der Struktur niedergeschlagen, um einen Kontakt mit dem mitt­ leren n⁺-Gebiet 58 über die Öffnung 54 in der Oxidschicht 40 a zu bilden. Die erste Aluminiumschicht 76 wird gegen die n⁺-Gebiete 60 durch die Oxidschichten 68, 72 und die Nitrid­ schicht 70 isoliert. Nachdem sie in Muster geätzt worden ist, kann die Aluminiumschicht 76 als einer der Leiter des Koordinatensystems dienen.

Die erste Aluminiumschicht 76 wird mit einer iso­ lierenden Glasschicht 78 überzogen. Es werden Öffnungen in der isolierenden Glasschicht 78 über den mit Silicid über­ zogenen n⁺-Gebieten 60 angebracht, wobei sich die Öffnungen auch durch die Oxidschichten 68, 72 und die Nitridschicht 70 erstrecken. Diese Öffnungen sind in Fig. 8 nicht darge­ stellt, können aber als außerhalb der Zeichnungsebene angebracht gedacht werden. Eine zweite Aluminiumschicht 80 wird auf der Isolierschicht 78 niedergeschlagen und erstreckt sich parallel zu den mit Silicid überzogenen n⁺-Gebieten 60 und durch die Öffnungen in der isolierenden Glasschicht 78, die Öffnungen in den Oxidschichten 68, 72 und die Öffnung in der Nitridschicht 70 und kontaktiert die Legierungs­ schicht 66. Die zweite Aluminiumschicht 80 wird mit einer auf der Oberseite liegenden isolierenden Glasschicht 82 überzogen.

In der fertigen Struktur nach Fig. 8 bildet das mittlere n⁺-Gebiet 58 einen Halbleiterübergang 84 mit dem p⁺-Gebiet 52 , während das n-leitende Gebiet 38 einen Halb­ leiterübergang 86 mit dem p⁺-Gebiet 52 bildet. Der Über­ gang 84 weist eine niedrigere Durchschlagspannung in der Sperrichtung V _B als der Übergang 86 auf. Auf diese Weise dient der Übergang 84 als der zerstörbare Übergang, während der Übergang 86 als der isolierende Übergang dient. Die n⁺ -Gebiete 60 dienen zur Bildung eines niederohmigen Kon­ takts zwischen dem n-leitenden Gebiet 38 und der Legierungs­ schicht 66. In einer besonderen Ausführungsform können das n⁺-Gebiet eine Dotierungskonzentration von 10 ²⁰ Atomen/cm³, das p⁺-Gebiet 52 eine Dotierungskonzentration von 10¹⁹ Ato­ men/cm³ und das n-leitende Gebiet eine Dotierungskonzentra­ tion von 10¹⁸ Atomen/cm³ aufweisen.

Es sei bemerkt, daß eine überbemessene Öffnung 74 in der Siliciumnitridschicht 70 und in der Oxidschicht 72 angebracht ist, wobei die Öffnung 74 etwa halbwegs zwischen den lateralen Enden der zwei Übergänge 84 und 86 liegt. Dies hat zum Zweck, eine möglichst große Oberfläche der Aluminiumschicht 76 dem zerstörbaren Übergang 84 auszu­ setzen, der von dieser Schicht nur durch die Oxidschicht 40 a getrennt ist. Auf diese Weise kann, wenn ein Durchschlag des Übergangs 84 auftritt, die an der Stelle dieses Übergangs erzeugte Wärme leichter über die Oxidschicht 40 a nach oben und auf eine größere Oberfläche der Aluminiumschicht 76 übertragen werden. Die Wärme in der Aluminiumschicht 76 kann ihrerseits leicht auf die Eckgebiete 87 der Aluminium­ schicht 76 übertragen werden, in denen diese Schicht sowohl die Oxidschicht 40 a als auch das n⁺-Gebiet 58 kontaktiert. Die Eckgebiete 87 der Aluminiumschicht 76 liegen dem Übergang 84 am nächsten und bilden die Quelle für die Wanderung von Aluminium zu dem Übergang 84.

Dieselbe Öffnung 54 in der Oxidschicht 40 a wird für die Erzeugung des n⁺-Gebietes 58 und für die Herstellung des Aluminiumkontakts mit dem n⁺-Gebiet 58 verwendet. Diese Technik ist der des ausgewaschenen Emitters in der Bipolartransistortechnologie analog. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Abstand zwischen dem Aluminium­ kontaktgebiet 87 und dem zerstörbaren Übergang 84 nur durch die laterale Diffusion der Phosphoratome in dem Gebiet 58 bestimmt wird und dadurch innerhalb engerer Toleranzen eingestellt werden kann.

Von links nach rechts in Fig. 8 wird so ein erstes Paar von Dioden zwischen einem n⁺-Gebiet 60 und dem mittle­ ren n⁺-Gebiet 58 erzeugt, während ein zweites Diodenpaar zwischen dem mittleren n⁺ -Gebiet 58 und dem anderen n⁺-Ge­ biet 58 und dem anderen n⁺-Gebiet 60 erzeugt wird. Das n⁺-Gebiet 58 ist den beiden Zellen zu beiden Seiten des­ selben gemeinsam, wobei jede Zelle zwei Dioden mit ver­ schiedenen Durchschlagspannungen in der Sperrichtung ent­ hält.

Fig. 9 bis 14 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung. Der Einfachheit halber werden dieselben Bezugszeichen für die Be­ zeichnung von Elementen, die denen der bereits in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Ausführungsformen entsprechen, ver­ wendet. Außerdem sind die verschiedenen Photoresistmasken nur angedeutet, ohne daß Bezugsziffern angewandt werden. Es wird eine weniger detaillierte Beschreibung gegeben, weil aus den dargestellten Figuren und der vorhergehenden Be­ schreibung deutlich hervorgeht, wie die verschiedenen Ver­ fahrensschritte durchgeführt werden.

In Fig. 9 wird eine Schicht 90 aus ursprünglich eigenleitendem Polysilicium mit einem in der Mitte liegen­ den schwach dotierten n-leitenden Gebiet 92 versehen. Die ganze Schicht 90 wird dann mit einer sehr schwachen p-Dotie­ rung versehen, derart, daß die Masse der Schicht 90 schwä­ cher p-dotiert ist als das mittlere Gebiet n-dotiert ist.

In Fig. 10 werden zwei voneinander getrennte hoch dotierte p-leitende Gebiete 94 erzeugt, die teilweise das p-leitende Gebiet 90 und teilweise das n-leitende Gebiet 92 überlappen.

In Fig. 11 werden zwei hoch dotierte n⁺-Gebiete 96 in dem p-leitenden Gebiet 90 erzeugt, die je von den p⁺-Gebieten 94 getrennt sind.

In Fig. 12 wird eine Kontaktöffnung in der Isolier­ schicht 40 über dem mittleren n-leitenden Gebiet 92 ange­ bracht.

In Fig. 13 werden die Legierungskontaktgebiete 66 auf der Oberfläche der n⁺-Gebiete 96 angebracht.

Fig. 14 zeigt die fertige Struktur. Jedes n⁺-Gebiet 96 bildet einen Übergang 98 mit dem benachbarten p-leitenden Gebiet 90, der eine hohe Durchschlagspannung in der Sperr­ richtung aufweist und daher als der isolierende Übergang dient. Jedes p⁺-Gebiet 94 bildet einen Übergang 100 mit seinem benachbarten n-leitenden Gebiet 92, der eine niedrige Durchschlagspannung in der Sperrichtung aufweist und daher als der zerstörbare Übergang dient. In einer besonderen Aus­ führungsform weist das n-leitende Gebiet 92 eine Dotierungs­ konzentration von 1.10¹⁸ Atomen/cm³, das p-leitende Gebiet 90 eine Dotierungskonzentration von 1.10¹⁷ Atomen/cm³ und das p⁺-Gebiet 94 eine Dotierungskonzentration von 1.10¹⁹ Atomen/cm³ auf, während das n⁺-Gebiet 96 eine Dotierungskonzentration von 1.10²⁰ Atomen/cm³ aufweist. Das n-leitende Gebiet 92 ist den beiden Zellen zu beiden Seiten dieses Gebietes ge­ meinsam, wobei jede Zelle die zwei Dioden mit verschiedenen Durchschlagspannungen in der Sperrichtung enthält.

Über die überbemessene Öffnung 74 wird eine große Oberfläche der ersten Aluminiumschicht 76 dem zerstörbaren Übergang 100 ausgesetzt. Der laterale Abstand zwischen dem Rand der überbemessenen Öffnung 74 und dem Punkt, an dem der Übergang 100 die obere Fläche der Polysiliciumschicht 90 schneidet, ist gleich oder größer als der laterale Abstand zwischen dem Übergang 100 und dem Rand der Öffnung 54 in der Oxidschicht 40.

In Fig. 10 definiert ein einziger Schritt sowohl die Öffnungen für das p⁺-Gebiet 94 als auch die Öffnung für den Aluminiumkontakt mit dem n-leitenden Gebiet 92. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Aluminiumkontakt und dem Übergang 100 leicht eingestellt werden.

Fig. 15 bis 20 zeigen noch eine andere Ausführungs­ form der Erfindung. Wie in der vorhergehenden Ausführungs­ form nach den Fig. 9 bis 14, wird eine kurzgefaßte Beschrei­ bung gegeben.

In Fig. 15 wird eine Schicht 102 aus eigenleiten­ dem Polysilicium schwach mit einem n-Dotierungsstoff dotiert.

In Fig. 16 werden Öffnungen in der Siliciumnitrid­ schicht 42 und in der Siliciumdioxidschicht 44 zum Definie­ ren der Polysiliciumgebiete mit verschiedenen Dotierungs­ konzentrationen angebracht. Drei hoch dotierte p-leitende Gebiete werden in der n-leitenden Schicht 102 erzeugt, und zwar ein mittleres p⁺-Gebiet 104 und zwei äußere p⁺-Ge­ biete 106.

In Fig. 17 werden zwei hochdotierte Gebite 108 vom n-Leitungstyp in der n-leitenden Schicht 102 erzeugt. Jedes der n⁺-Gebiete 108 ist von seinem benachbarten p⁺- Gebiet 106 getrennt, aber überlappt teilweise das mittlere p⁺-Gebiet 104 zur Bildung von Übergängen 110 in der Nähe der Oberfläche der Polysiliciumschicht 102. Die Übergänge 110 weisen eine niedrige Durchschlagspannung in der Sper­ richtung auf. Jedes der p⁺-Gebiete 106 bildet einen Über­ gang 112 mit dem n-leitenden Gebiet 102, der eine hohe Durchschlagspannung in der Sperrichtung aufweist.

In Fig. 18 werden Öffnungen in der Oxidschicht 40 zum Definieren der Kontaktgebiete für die Gebiete 104, 106 gebildet.

In Fig. 19 werden die Legierungsgebiete 66 in der Oberfläche der äußeren p⁺-Gebiete 106 erzeugt.

Die fertige Struktur ist in Fig. 20 dargestellt. Darin ist wieder die Technik des angewachsenen Emitters zur Erzeugung des Kontakts der Aluminiumschicht 76 mit dem mittleren p⁺-Gebiet 104 verwendet. Auch werden durch einen einzigen Schritt, in Fig. 16 dargestellt, alle Gebiete mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen definiert. Das einzige p⁺-Gebiet 104 ist zwei programmierbaren Speicher­ zellen gemeinsam, wobei jede Zelle Dioden mit Übergängen 110 und 112 mit verschiedenen Durchschlagspannungen in der Sperrichtung enthält. Der Übergang 110 mit der niedrigsten Durchschlagspannung in der Sperrichtung ist der zerstörbare Übergang, während der Übergang 112 mit der höchsten Durch­ schlagspannung in der Sperrichtung der isolierende Über­ gang ist.

Die überbemessene Öffnung 74 befindet sich direkt über dem zerstörbaren Übergang 110, wobei der Übergang 110 nur in geringem Masse oder gar nicht von dem Teil der Aluminiumschicht 76, der auf der Oxidschicht 40 ruht, überlappt wird. In dieser Ausführungsform ist es notwendig, die Überlappung des Aluminiums auf ein Mindestmaß zu be­ schränken, um das Eindringen des Aluminiums in die n⁺ -Ge­ biete 108 zu verhindern.

In einer besonderen Ausführungsform weisen die n-leitende Schicht 102 eine Dotierungskonzentration von 10¹⁸ Atomen/cm³, das n⁺-Gebiet 108 eine Dotierungskonzen­ tration von 10²⁰ Atomen/cm³ und die p⁺-Gebiete 104, 106 eine Dotierungskonzentration von 10¹⁹ Atomen/cm³ auf.

Claims (11)

1. Halbleiterspeicherzelle mit einem Halbleitersubstrat, dessen eine Oberfläche mit einer Isolierschicht und einer darauf niedergeschlagenen Schicht aus polykristallinem Silicium versehen ist, in der die Speicherzelle gebildet ist, die drei lateral voneinander getrennte Gebiete, ein zentrales Gebiet und zwei äußere Gebiete, die durch das zentrale Gebiet voneinander getrennt sind, enthält, wobei benachbarte Gebiete vom entgegengesetzten Leitungstyp sind und zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Dioden bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden voneinander abweichende Durchschlagspannungen aufweisen und daß die Isolierschicht (12) eine größere Dicke aufweist, als die polykristalline Silicium-Schicht (14).

2. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Dioden durch zwei Gebiete entgegenge­ setzter Leitungstypen gebildet wird, wobei die Diode mit der höchsten Durchschlagspannung in der Sperrichtung ein Gebiet (22) besitzt, das mit einer Dotierungskonzentration versehen ist, die erheblich niedriger als die jedes der bei­ den die andere Diode bildenden Gebiete ist.

3. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gebiete der zuerst genannten Diode einen isolierenden Halbleiterübergang (112) bilden, während die beiden Gebiete (104, 108) der zuletzt genannten Diode (110) einen programmierbaren Halbleiterübergang bilden, wobei der isolierende Halbleiterübergang eine größere Oberfläche als der programmierbare Halbleiterübergang aufweist.

4. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Silicium-Schicht (14) einen ersten Schichtteil (38) vom ersten Leitungstyp, ein erstes Ge­ biet (52) vom zweiten Leitungstyp, das innerhalb des ersten Schichtteils liegt und mit diesem einen isolierenden Halbleiterübergang (86) bildet, ein zweites Gebiet (58) vom ersten Leitungstyp, das innerhalb des ersten Gebietes liegt und mit diesem einen programmierbaren Halbleiterüber­ gang (84) bildet, einen ersten Metalleiter (76), der das genannte zweite Gebiet an einem Punkt kontaktiert, der in einem kleineren Abstand von dem programmierbaren Halbleiter­ übergang als von dem isolierenden Halbleiterübergang (86) liegt, und einen zweiten Metalleiter (80) enthält, der leitend mit dem er­ sten Schichtteil verbunden und gegen den ersten Metallei­ ter isoliert ist.

5. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiter eine dünne elektrisch isolierende Schicht (40 a) auf der polykristallinen Silicium-Schicht (14) enthält, wobei diese Isolierschicht den programmierbaren Halbleiterübergang (84) von dem er­ sten Metalleiter (76) trennt und mit einer Öffnung (54) versehen ist, über die der erste Metalleiter das zweite Gebiet (58) kon­ taktiert, wobei der erste Metalleiter einen Teil enthält, der direkt mit der dünnen elektrisch isolierenden Schicht in Kontakt steht, die den programmierbaren Halbleiterübergang über­ lappt.

6. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gebiet (52) eine höhere Dotierungskonzentration als der erste Schichtteil (38) aufweist, während das zweite Gebiet eine höhere Dotierungskonzentration als das erste Gebiet (52) aufweist.

7. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Siliciumschicht (14) vier lateral von­ einander getrennte Gebiete enthält, die auf folgende Weise nebeneinander liegen: ein erstes Gebiet (92) vom ersten Lei­ tungstyp; ein zweites Gebiet (94) vom zweiten Leitungstyp, das einen programmierbaren Halbleiterübergang (100) mit dem ersten Gebiet bildet; ein drittes Gebiet (90) vom zweiten Leitungstyp, das eine niedrigere Dotierungskonzentration als das zweite Gebiet aufweist, und ein viertes Gebiet (96) vom ersten Leitungstyp, das einen isolierenden Halbleiter­ übergang (98) mit dem dritten Gebiet bildet, wobei das vier­ te, das zweite, das erste und das dritte Gebiet, in dieser Reihenfolge, abnehmende Dotierungskonzentrationen aufweisen.

8. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne elektrisch isolierende Schicht (40) auf der Polysiliciumschicht liegt und mit einer Öffnung (54) versehen ist, über die nur ein Teil des ersten Gebietes (92) freigelegt wird, der von dem programmierbaren Halbleiterübergang (100) getrennt ist und einen ersten Metalleiter (76) enthält, der das erste Gebiet über die Öffnung kontaktiert und einen Teil enthält, der sich unmittelbar über die dünne elektrisch isolierende Schicht erstreckt, und den programmierbaren Halb­ leiterübergang überlappt.

9. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Gebiet (90) einen ursprünglichen Teil der poly­ kristallinen Siliciumschicht (14) bildet, während das erste, das zweite und das vierte Gebiet dadurch erzeugt sind, daß Do­ tierungsstoffe in die polykristalline Siliciumschicht ein­ gebracht worden sind.

10. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Siliciumschicht (14) vom ersten Lei­ tungstyp ist und mit einem ersten Gebiet (104) vom zweiten Leitungstyp und mit einem zweiten Gebiet (108) vom ersten Leitungstyp versehen ist, das eine höhere Dotierungskon­ zentration als die polykristalline Siliciumschicht aufweist, wobei das erste und das zweite Gebiet einen programmier­ baren Halbleiterübergang (110) an einer Oberfläche der poly­ kristallinen Siliciumschicht bilden, während ein drittes Gebiet (106) vom zweiten Leitungstyp vorhanden ist, das von dem zweiten Gebiet getrennt ist und einen isolierenden Halbleiterübergang (112) mit der polykristallinen Silicium­ schicht bildet, wobei das dritte Gebiet eine höhere Do­ tierungskonzentration als die polykristalline Silicium­ schicht aufweist.

11. Halbleiterspeicherzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne elektrisch isolierende Schicht (40) auf der polykristallinen Siliciumschicht liegt und mit einer Öffnung versehen ist, über die nur ein Teil des ersten Ge­ bietes (104) freigelegt ist, der von dem programmierbaren Halb­ leiterübergang (110) getrennt ist und einen ersten Metalleiter (76) enthält, der das erste Gebiet über die Öffnung kontaktiert und einen Teil enthält, der sich unmittelbar über die dünne elektrisch isolierende Schicht erstreckt, die sich höchstens bis zu einem kleinen Abstand jenseits des pro­ grammierbaren Halbleiterübergangs erstreckt.