DE3231195A1 - Datenspeichervorrichtung - Google Patents
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Description
-4-THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.I.e., London, England
Datenspeichervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Datenspeichervorrichtung, die einen ersten Teil für die Speicherung von Daten
enthält und die mit einem zweiten Teil zum Zugriff zu den gespeicherten Daten versehen ist und befaßt sich
insbesondere mit solchen Vorrichtungen, bei denen integrierte Halbleiterschaltungstechnologie angewandt
wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung enthält eine Datenspeichervorrichtung eine planar integrierte Schaltung, die auf einer
Seite eines Körpers eines elektronischen Speichermaterials ausgebildet wird, wobei das Speichermaterial mehrere mit
Zwischenräumen versehene einzelne Säulen aus voneinander beabstandeten einzelnen elektrischen Ladungsspeicherplätzen
aufweist und die Säulen senkrecht zu der Fläche der integrierten Schaltung verlaufen.
Vorzugsweise wird der integrierten Schaltungsanordnung eine Steuervorrichtung auf der Seite des Körpers,
die von der integrierten Schaltung entfernt ist, zugeordnet, so daß, gesteuert durch die integrierte Schaltung,
elektrische Ladungen in einen Speicherplatz, der an diese Steuervorrichtung angrenzt, in einer ausgewählten
Säule injiziert werden können, so daß die Ladungen in einer ausgewählten Säule zu einem nächsten angrenzenden
Speicherplatz in dieser Säule, in. Richtung auf die integrierte Schaltung, übertragen werden können.
In solch einer Anordnung wird jeder Speicherplatzsäule in dem Speichermaterial normalerweise je ein Element
der integrierten Schaltung zugeordnet, in welches eine Ladung in den angrenzenden Platz der zugehörigen
Säule aus Plätzen, durch Betätigung der Steuervorrichtung übertragen werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der Körper des Speichermaterials aus
Halbleitermaterial, und jeder Speicherplatz besteht aus einem Material mit einer verhältnismäßig niedrigen Dielektrizitätskonstante
gegenüber dem Material, das die Plätze abtrennt.
Bei einem Ausführungsbeispiel bestehen die Speicherplätze vorzugsweise aus Silicon, und das Material, das
die Plätze abtrennt, besteht aus Siliconoxid, welches mit geeigneten Unreinheiten dotiert werden kann, um die
Ladungsbeweglichkeit zu steigern.
In solch einer Anordnung wird das Ladungsinjizieren durch einen Lawinendurchbruchsvorgang bewirkt, und
der Ladungstransport von Speicherplatz zu Speicherplatz wird durch einen Tunnel- und Transportvorgang ausgeführt.
Der Transportvorgang kann, falls erforderlich, durch Photonen unterstützt werden.
In solch einer Anordnung enthält die Steuervorrichtung einen PN-Übergang, der an das geeignete Ende jeder
Säule von Speicherplätzen anstößt. Ladungsinjektionen können dann durch Zuführen einer geeignet hohen Gegenvorspannung
über die ausgewählten PN-Übergänge und der Ladungstransport durch Zuführen eines geeigneten Potentials
zwischen einer Elektrode dem ausgewählten PN-Übergang und dem integrierten Schaltungssubstrat bewirkt
werden.
tjbergang bilden und die an die benachbarten Endinseln
einer jeden Säule aus Inseln 5 anstoßen, wobei die P+- Zone 9 eines jeden Überganges an die Schicht 3 angrenzt.
Auf der Oberseite der Schicht 3 und entfernt von
dem Substrat ist eine Schicht 13 aus monokristallinem Silicon vorgesehen, in welcher sich eine integrierte
Schaltung befindet. Wie nachfolgend im Detail beschrieben wird, arbeitet die integrierte Schaltung in Verbindung
mit den Zonen 9 und 11 so, daß elektrische Ladungen in die an das Substrat 1 angrenzende Insel 5 einer
jeden ausgewählten Inselsäule injiziert werden. Dies bewirkt den Transport jeder Ladung in der ausgewählten
Inselsäule zu der nächsten angrenzenden Insel in Richtung der integrierten Schaltung. So dient jede Inselsäule
als einzelnes η-Bit Speicherelement vom Schieberegistertyp, v/obei die Inselsäulen durch die integrierte Schaltung
angewählt werden und "n" die Anzahl der Inseln 5 in der Säule sei.
Die integrierte Schaltung wird durch bekannte integrierte Schaltungsherstellungsverfahren erstellt, und
Details werden deshalb hierzu nicht näher beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt. Jedoch muß bemerkt
werden, daß die integrierte Schaltung notwendigerweise je ein Element, z.B. einen Transistor, einen für jede
Inselsäule, enthält, mittels dem Ladungen von dem Inselende der zugehörigen Säule transportiert werden können.
Die Injektion von elektrischen Ladungen wird durch einen Vorgang, den Lawinendurchbruch des PN-Überganges
der zugehörigen Inselsäule, in welcher Daten gespeichert werden sollen, herbeigeführt. Die Daten sind normalerweise
binäre Daten, und eine "1" und eine "0" sind jeweils durch das Vorhandensein und Nichtvorhandensein von gespeicherten
Ladungsträgern in einer Insel gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen genauer "beschrieben.
Es zeigen:
F I G . 1 eine schematische Teilansicht eines Teiles der Vorrichtung,
F I G . 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in
dem Teil nach Fig. 1,
10
10
F I G . 3 einen Spannungskurvenzug, der während des Betriebs der Vorrichtung zugeführt wird,
FIG . 4, 5 und 6 verschiedene Fertigungsgrade
der Vorrichtung.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 wird auf einem Siliconsubstrat 1 ausgebildet. Auf einer der Hauptseiten des
Trägersubstrats wird ein Körper eines elektronischen Speichermaterials in Form einer Schicht 3 aus Siliconoxid,
in welcher Siliconinseln 5 eingelagert sind, aufgebracht. Die Inseln 5 werden in einer rechtwinkligen
Matrix aus Säulen angeordnet, die sich senkrecht zu dem der Speichermaterialsubstratzwischenschicht 7 ausdehnen.
Jede der in der Zeichnung gezeigten Säulen enthält vier Inseln 5, charakteristisch sind jedoch mehr Inseln, z.B.
entsprechend der Anzahl der Bits in einem Byte, die in der Vorrichtung gespeichert werden sollen. Wie nachfolgend
weiter ausgeführt wird, entspricht jede Insel 5 einem elektrischen Ladungsspeicherplatz in der Schicht
Gemäß Fig. 2 befindet sich im Substrat 1 neben der Trennfläche 7 eine Anzahl von mit Zwischenraum angeordneten,
streifenförmigen P+-Zonen 9, zu denen im rechten
Winkel eine Anzahl mit Zwischenraum angeordnete, streifenförmige N+-Zonen 11 verläuft, die so je einen PN-
Normalerweise befindet sich das Substrat der integrierten Schaltung auf Massepotential, in welchem
der Lawinendurchbruch an dem geforderten PN-Übergang durch Anlegen eines geeigneten positiven Potentials
hervorgerufen wird, wenn z.B. 5 V an den entsprechenden N+-Streifen 11 und ein relativ hohes negatives Potential,
z.B. -15 V, an den entsprechenden P+-Zonenstreifen
9 gelegt werden.
Der Ladungstransport von einer Insel 5 innerhalb der Säule zu der nächsten Insel, in Richtung auf die
integrierte Schaltung, wird durch Anlegen eines negativen Potentials an die entsprechende P+-Zone 9, ohne eine
begleitende positive Spannung auf der zugehörigen N+- Zone 11, bewirkt.
Der Ladungstransport von der Endinsel in einer Säule zu dem zugehörigen integrierten Schaltungselement
wird in ähnlicher Art und Weise bewirkt.
Der Ladungsübertragungsvorgang von einer Insel zu der anderen oder zu der integrierten Schaltung, wird zuerst
durch Fowl er-Nor dhe im Tunnelung der Elektronen von der Insel in das Leitungsband der Oxide und dann durch Transport
durch das Oxid bis zur nächsten Insel oder dem integrierten Schaltkreis bewirkt.
Die Transportzeit durch das Oxid wird größer gehalten als die Zeit, die die Hauptladung in einer Insel zum
Austunneln von der Insel in das Oxid benötigt. Damit wird ein Ladungsstau in einer Säule verhindert und um diesen
Transport durchzuführen, wird ein Spannungsimpuls der Form nach wie in Fig. 3 dargestellt, zu der entsprechenden
P+-Zone geführt. Die relativ hohe Amplitude des relativ
kurzen Anstiegsflankenanteils 15 des Impulses treibt die Ladung in das Oxid, und der kleinere längere verblei-
bende Amplitudenanteil 17 des Impulses bewirkt den erforderlichen Ladungstransport zu der nächsten Insel,
ohne daß irgendeine Möglichkeit der Ladungsaustunnelung von der nächsten Insel bis zum weiteren zugeführten
Übertragungsimpuls besteht.
In vorteilhafter Weise wird an Hand von Fig. 1 und 2 die "oben beschriebene Vorrichtung erläutert. Obwohl
einzelne Säulen für die Ladungsinjektion herausgegriffen
Ί0 werden können, werden alle Säulen, die einen zugehörigen
einzelnen P+-Bereich besitzen, notwendigerweise
gleichzeitig für den Ladungstransport ausgewählt, und dies, obwohl einzelne Säulen für die Ladungsinjizierung
herausgegriffen werden können. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß in abgewandelten Vorrichtungen gemäß
der Erfindung die integrierte Schaltung und die zugehörigen Steuervorrichtungen so eingerichtet werden können,
daß die Säulen einzeln für beide Vorgänge, die Ladungsinjizierung und die Übertragung herausgegriffen
werden können.
In einer abgewandelten Ausführungsform der an Hand von Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung, werden die Inseln
durch die integrierte Schaltung angestrahlt, um eine photonenunterstützende Tunnelung zu bewirken. Das
benutzte Licht muß jedoch eine geringere Energie besitzen als der Siliconbandabstand, um ein Stören der integrierten
Schaltung zu verhindern. Um ungewollte Durchbrüche zu vermeiden, aus denen Ladungsinjektionen über
die PN-Übergänge zwischen den Zonen 9 und 11 infolge des Beleuchtens resultieren, muß das Licht durch ein
geeignetes Gitter projiziert werden, womit das Licht nur auf den Bereich der Säulen begrenzt wird, und die PN-Übergänge
müssen auf einer Seite der Säulen angeordnet werden.
Um die Ladungsbeweglichkeit in anderer Weise in dem Siliconoxid und damit die Ladungstransportrate zu steigern,
können eine hohe Konzentration von Silicon oder andere Unreinheiten in das Oxid eingefügt werden, so
z.B. durch Eisenimplantation, wodurch ein Störstellenband und damit ein kleinerer Bandabstand bewirkt wird.
Ein geeignetes Herstellungsverfahren nach Fig. 1 und 2 wird nachfolgend an Hand der Fig. 4 bis 6 beschrieben.
Als erstes werden die P+- und N+-Zonen 9 und 11
auf einer Seite des Siliconsubstrats 1 unter Anwendung eines geeigneten bekannten Störstellendiffusions- oder
-implantationsverfahrens aufgebracht.
Gemäß Fig. 4 werden dann wechselweise Schichten und 21 aus Silicon und Siliconoxid auf das Substrat 1 aufgeschichtet,
wobei die P - und N -Zonen 9 und 11 überdeckt werden. Dies kann durch abwechselndes Epitaxialwachstum von
Silicon oder Oxidschichten oder durch Epitaxialwachstum einer Siliconschicht, durch teilweise Oxydation der Siliconschicht,
anschließendes Wachsen einer weiteren Siliconschicht, gefolgt von einer teilweisen Oxydation usw. durchgeführt
werden.
Nach Fig. 5 und 6 (Fig. 6 sei ein Grundriß der Struktur von Fig. 5) wird dann Sauerstoff in die Si/SOp-Schichtstruktur
in einem rechtwinkligen Gittermuster 23, die in geeigneter Weise zu den untenliegenden PN-Ubergängen
zwischen den Zonen 9 und 11 angeordnet ist, implantiert, und die Anordnung wird erhitzt, um all das
Silicon, in welches Sauerstoff implantiert wurde, zu oxydieren. Die verbleibenden Teile 25 der Siliconschichten
19 bilden dann wie gefordert Säulen aus Siliconinseln, die durch Siliconoxid getrennt sind.
Eine monokristalline Schicht aus Silicon wird schließlich auf der belichteten Oberfläche der Schichtstruktur
ausgebildet, z.B. durch Umkristallisation einer abgelagerten Polysilxconschxcht, und die erforderliche
Schaltung wird in der monokristallinen Siliconschicht nach bekannten Verfahren gebildet.
Es wird betont, daß in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Speichermaterialkörper
aus Silicon besteht, wobei dies notwendigerweise nicht immer der Fall sein muß. So kann der Körper des
Speichermaterials aus jedem Material bestehen, das im Stande ist, darin elektrische Ladungen an einzelnen
Stellen zu speichern und den Ladungstransport von einer
Stelle zur anderen zuläßt.
Zahlreiche organische Materialien besitzen Eigenschaften, die es zulassen, diese zu einer Mehrschichtstruktur
zu verarbeiten, beispielsweise durch das Langmuir-Blodgatt-Verfahren
und die das Speichern und die Übertragung von Ladungen von Schicht zu Schicht nach einem
ähnlichen Mechanismus, wie dies oben beschrieben wurde, zulassen und die auch für den Einsatz als Speichermaterial
in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
ReiTr/Gu
Claims (8)
- Reiche! u. Reichel .......Parksiraße 13 323119560C0 Frankiuri a M. 1THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c, London, EnglandPatentansprücheDatenspeichervorrichtung, die einen ersten Teil für die Speicherung von Daten enthält und die mit einem zweiten Teil zum Zugriff zu den gespeicherten Daten versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil einen Körper (3) aus einem elektronischen Speichermaterial enthält und das zweite Teil eine planar integrierte Schaltung (13) enthält, die auf einer Seite (7) des Körpers aus elektronischem Speichermaterial ausgebildet ist, wobei das Speichermaterial mehrere mit Zwischenräumen versehene einzelne Säulen aus voneinander beabstandeten einzelnen elektrischen Ladungsspeicherplätzen (5) aufweist und die Säulen senkrecht zu der Fläche der integrierten Schaltung verlaufen. - 2. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierten Schaltungsanordnung eine Steuervorrichtung (9, 11) auf der Seite des Körpers (3) entfernt von der integrierten Schaltung (13) zugeordnet ist, wobei unter Wirkung der integrierten Schaltung (13) in einem Speicherplatz, der an die Steuervorrichtung in einer ausgewählten Säule angrenzt, elektrische Ladungen injiziert werden können und wodurch die Ladungen in der ausgewählten Säule zu jedem nächsten angrenzenden Platz in dieser Säule in einer Richtung zu der integrierten Schaltung hin übertragen werden können.
- 3. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Säule aus Speicherplätzen (5) in dem Speichermaterial je ein Element der integrierten Schaltung gehört, in welches eine Ladung in dem angrenzenden Platz der zugehörigen Plätze aufweisenden Säule durch Wirkung der Steuervorrichtung übertragen werden kann.
- 4. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) aus Speichermaterial aus Halbleitermaterial besteht und jeder Speicherplatz (5), verglichen mit dem Material, das die Plätze abgrenzt, aus einem Material mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante besteht.
- 5. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplätze aus Silicon bestehen und daß das Material, das die Speicherplätze voneinander abgrenzt, aus Siliconoxid oder aus Siliconoxid, das mit Unreinheiten zum Steigern der Ladungsbeweglichkeit dotiert ist, besteht.
- 6. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektion von Ladungen durch einen LawinendurchbruchsVorgang bewirkt wird und die Übertragung von Ladungen von Speicherplatz zu Speicherplatz durch einen Tunnel- und Transportvorgang bewirkt wird.
- 7. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen PN-Übergang, der an ein geeignetes Ende von jeder Säule aus Speicherplätzen anstößt, enthält.
- 8. Verfahren zum Herstellen einer Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Körper des Speichermaterials durch die Ausbildung von sich abwechselnden Schichten (19, 21) aus Sili con und Siliconoxid auf dem Substrat (1) hergestellt wird, wobei Sauerstoff in Abschnitten (23) der Schichtstruktur eingeführt wird, die zwischen den Bereichen ge bildet sind, wo die Säulen aus Speicherplätzen vorgesehen werden sollen und daß die Schichtstruktur erhitzt wird, um die Siliconabschnitte auf der Schichtstruktur, in welche Sauerstoff eingeführt worden war, zu oxydieren.
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| GB2104287A (en) | 1983-03-02 |
| FR2511801B1 (fr) | 1988-09-09 |
| GB2104287B (en) | 1985-02-20 |
| US4559549A (en) | 1985-12-17 |
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