NL7812463A - Geheugencel voor een statisch geheugen en statisch geheugen bevattende een dergelijke cel. - Google Patents

Description

·«* PEN 93ih

N.V. PHILIPS’ GLOEILAMPENFABRIEKEN te EINDHOVEN

"Geheugencel voor een statisch geheugen en statisch geheugen bevattende een dergelijke cel”.

De uitvinding heeft betrekking op een statische geheugencel, in het bijzonder bestemd om met een groot aantal in een statisch geheugen geïntegreerd te worden, bevattende een halfgeleiderlichaam met twee transistoren met 5 kruisgekoppelde basis- en collectorgebieden waarbij de col- ^ • lectorgebieden zijn verbonden met een een diode bevattend belastingselement. De uitvinding heeft verder betrekking op een statisch geheugen met een dergelijke geheugencel.

De geheugencellen kunnen bijvoorbeeld gevormd 10 worden door algemeen bekende flip-flop schakelingen waarbij de collectoren via de belastingselementen met een gemeenschappelijke lijn (b.v. voeding) kunnen worden verbonden en waarin eerste emittergebieden gemeenschappelijk met b.v. een stroombron en tweede emittergebieden met lees/ 15 schrijflijnen zijn verbonden.

Voor een stabiele flip-flop is het nodig dat in het met a - stabiele punt de rondgaande versterking groter is dan 1. Uitgaande van een stroom-spanningskarakteris-tiek van de emitter-basisovergang iQ = Io exp (qV·^ ) kan

20 worden nagegaan dat uit deze voorwaarde volgt kT

/ dat de impedantie R van de belastingselementen groter moet zijn dan kT waarbij k de constante van Boltzmann, T de absolute temperatuur, q de elementaire hoeveelheid van lading en i de stroom voorstellen.

25 Tijdens bedrijf wordt voor het uitlezen van de cel in verband met de toegangstijd een relatief grote lees-stroom gebruikt, bijvoorbeeld 1 m A. Bij deze grote lees- 78 1 24 6 3 2 4» PHN 9314 stromen zou een belastingselement met een relatief kleine weerstand, kunnen worden toegepast. In de onthoud- (of stand-by) toestand, waarbij de cel niet wordt uitgelezen, maar waarbij wel de informatie bewaard dient te blijven, 5 wordt uit dissipatie overwegingen een zo klein mogelijke stroom door de cel gestuurd. Aan het belastingselement worden hiermee twee aan elkaar tegenstrijdige eisen gesteld; n.l. een lage impedantie i.v.m. de relatief grote leesstromen en een hoge impedantie i.v.m. de relatief 10 kleine onthoudstromen. In de praktijk kan de impedantie van het belastingselement zodanig gekozen worden dat een verhouding leesstroom/onthoudstroom van ongeveer 5 kan worden verkregen bij toepassing, van lineaire weerstanden.

Grotere waarden voor deze verhouding zijn 15 om duidelijke redenen wel gewenst, maar gewoonlijk niet realiseerbaar bij toepassing van een lineaire weerstand als belastingselement i.h.b. omdat zeer grote weerstanden technologisch moeilijk nauwkeurig te maken zijn en o.a. omdat bij grote weerstanden de leesstromen beperkt worden 20 door de beschikbare gebruikelijke voedingsspanningen.

In het artikel "A 1024 - Bit ECL RAM with 15-ns Access Time” van Ronald Rathbone et.al., gepubliceerd in IEEE International Solid-State Circuits Conference 1976, pg. 188/189 is een geheugencel aangegeven met 25 een niet-lineair belastingselement n.l. een weerstand met een parallel geschakelde diode. De onthoudstroom kan een relatief lage waarde (15 ^u a) hebben (stand-by current). Bij het uitlezen van de cel kan n.l. het grootste deel van de stroom door de diode worden gevoerd waardoor voor 30 de weerstand een hogere waarde kan worden gekozen en daarmee voor de onthoudstroom een lagere·waarde dan bij af-, wezigheid van de diode. In het artikel van A.Hotter et.al. "A high-speed low-power 4096 x 1-Bit bipolar RAM gepubliceerd op de IEEE International Solid-State Circuits Con-35 ' ference 1978, Dige'et of Technical Papers pg. 98/99 is 78 1 24 6 3 ΡΗΝ 9314 3 aangegeven dat door toepassing van dergelijk belastings-element een verhouding leesstroom/onthoudstroom van ongeveer 10 kan worden verkregen. In dit artikel is bovendien aangegeven dat door over bet belastingselement een pnp-5 transistor te schakelen met behoud van de korte toegangs-tijd een verdere verlaging van de onthoudstroom (4 yu A) en daarmee van de dissipatie kan worden verkregen waardoor het o.a. mogelijk wordt het aantal geheugencellen in een halfgeleiderlichaam aanzienlijk te verhogen zonder 10 nadelige gevolgen van een overeenkomstige verhoging van de dissipatie.

Vanwege de hiervoor genoemde stabiliteitsvoor-waarde kan ook in deze bekende cellen de verhouding leesstroom/ onthoudstroom niet willekeurig groot gekozen wor-15 den.

Weerstandselementen hebben verder het bezwaar dat ze in het halfgeleiderlichaam relatief veel ruimte innemen, en dat des te meer naarmate de weerstandswaarde hoger is. Verkleining van de weerstandselementen is vaak 20 moeilijk in verband met de elektrische eigenschappen van andere schakelingselementen of maakt het proces ter vervaardiging van de geheugeninrichting extra gecompliceerd. In het Amerikaanse Octrooi 3«585·412 is een flip-flop schakeling beschreven met in de sperrichting geschakelde 25 Schottky-dioden als belastingselementen, die zich als weerstanden gedragen maar ten opzichte van gebruikelijke weerstandselementen weinig ruimte innemen. Deze dioden vertonen echter de hiervoor geschetste, bezwaren van lineaire weerstandselementen. Bovendien wordt door het aan-30 brengen van een Schottky-diode met de gewenste sperspan-ningskarakteristiek het vervaardigingsproces van de inrichting in het algemeen aanzienlijk gecompliceerder.

Een doel van de uitvinding is een geheugencel van de in de aanhef beschreven soort aan te geven waarin 35 de verhouding leesstroom/onthoudstroom groter kan zijn dan in bekende cellen van dit type.

78 1 24 6 3 ΡΗΝ 9314 h

De uitvinding heeft verder ten doel een geheu-gencel te verschaffen die een compacte opbouw heeft, en tegelijk met behulp van gebruikelijke processtappen kan worden vervaardigd.

3 De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat een grote verhouding leesstroom/onthoudstroom verkregen kan worden wanneer per tak van de geheugencel de span-ningsversterking dV althans binnen het stroom-spannings- C Θ gebied waarin de dv^ inrichting bedreven dient te kun-10 hen worden, geheel, of althans praktisch geheel onafhankelijk is van de grootte van de elektrische stroom. De uitvinding berust verder onder meer op het inzicht dat epn dergelijke, stroom-onafhankelijke spanningsversterking verkregen kan worden door toepassing van een gelijkrichten-15. de overgang als belastingselement waarvan de stroom-span-ningskarakteristiek in de voorwaartsrichting een faktor exp« (qV/mkr) bevat waarbij m > 1 is.

Een geheugencel volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat het belastingselement een pn-diode 20 bevat waarvan althans een van de anode-en kathodegebieden van polykristallijn silicium is en waarbij de collector-gebieden van de transistoren geleidend zijn verbonden met die gebieden van de dioden die van hetzelfde geleidings-type zijn als de collectorgebieden.

25 Uit experimenten is gebleken dat pn-dioden die geheel of ten dele uit polykristallijn materiaal bestaan in hun voorwaartskarakteristiek een exponentiële faktor qV/mkT bevatten waarbij m groter is dan 1.

Deze grootheid m is een niet-idealiteits fak-30 tor die de afwijking van dit type dioden ten opzichte van gebruikelijke monokristallijne dioden voorstel.t. Ten gevolge van waarschijnlijk oia. de kleine levensduur van minderheidsladingsdragers is m (die in monokristallijne dioden vrijwel gelijkgesteld kan worden aan 1) groter dan 35 1, en kan door de wijze van fabricage binnen een bepaald gebied rondom m =2 gevarieerd worden. Op eenvoudige wijze 78 1 24 6 3 .*· 5 PHN 9314

kan nagegaan worden dat bij toepassing van een -dergelijke diode als belastingselement de spanningsversterking dY

_C Θ praktisch gelijk is aan m en derhalve praktisch dVbe stroomonafhankelijk is. Doordat het gebied waarbinnen 5 dit geldt zich over een groot aantal decaden uitstrekt, kan voor de onthoudstroom een zeer lage waarde gekozen worden, terwijl toch aan de stabiliteitsvoorwaarde voldaan wordt. De dissipatie in de cel kan hierdoor zeer klein gehouden worden.

10 Doordat weerstanden niet nodig zijn, kunnen de afmetingen van elke cel zeer klein gemaakt worden, waardoor de cel in het bijzonder geschikt is om met een groot aantal in een geheugen geïntegreerd te worden. Bovendien kunnen de dioden, zoals uit de bijgaande figuurbeschrij-15 ving nog zal blijken met behulp van in de halfgeleider-techniek gebruikelijke processtappen worden vervaardigd.

Voor het spanningsverschilΔν tussen de collectoren van de transistoren geldt in stabiele toestand bij benadering dat-4 V=^^ In β, (althans in het gebruike-20 lijke geval dat β^Ο en m^1.5)> waarbij β de stroomver-sterking van de transistoren voorstelt. De faktor m van de dioden dient zo groot te zijn dat Δ V voldoende groot is om, bij een gegeven grootte van mogelijke storingen de stabiliteit van de cel te handhaven. In een gunstige uit-25 voeringsvorm worden daarom dioden als belastingselementen toegepast waarbij tussen de collectoren van de transistoren een spanningsverschil van tenminste 150 mV en bij voorkeur tussen 200 mV en 400 mV bedraagt. Grote spanningsverschillen van bijvoorbeeld 500 a 600 mV worden bij voorkeur ver-30 meden omdat in dit geval de geleidende transistor (zeer diep) in verzadiging wordt gebracht, waardoor, tengevolge van ladingsopslag, de schrijfsnelheid van de cel wordt gereduceerd. Zeer gunstige resultaten zijn verkregen in een uitvoering met dioden waarbij^ V ongeveer 250 mV bedroeg.

35 Bij gebruikelijke transistoren waarbij de stroomverster-kingsfactor ƒ3 tussen ongeveer 10 en 100 is gelegen, worden 78 1 24 6 3 Λ* ΡΗΝ 9314 6 dioden toegepast met een m-faktor die ongeveer gelijk is aan 2. Dioden waarbij m kleiner is dan 1.5 worden bij voorkeur vermeden omdat dan het spanningsverschil tussen de collectoren en daarmee de logische slag tussen de twee 5 stabiele toestanden in veel gevallen te klein wordt.

In een belangrijke uitvoeringsvorm bestaan de dioden aan weerszijden van de pn-overgang uit polykris-tallijn silicium materiaal. Zoals uit de figuurbeschrij-ving nog zal blijken kunnen de dioden hierbij worden ver-10 vaardigd tegelijk met het aanbrengen van actieve zones in het monokristallijne halfgeleiderlichaam via een vooraf aangegroeide polykristallijn siliciumlaag van een gelei-dingstype dat tegengesteld is aan dat van de genoemde actieve zones. In een andere uitvoeringsvorm die praktisch 15 geheel met behulp van standaardtechnieken kan worden vervaardigd wordt slechts een van de anode- en kathodegebie-den van de dioden door polykristallijn silicium materiaal gevormd, terwijl het andere gebied althans in hoofdzaak gevormd wordt door een monokristallijn deel van het half-20 geleiderlichaam dat een hogere doteringsconcentratie heeft b.v. 10 maal hoger dan het polykristallijne deel van de diode. De eigenschappen van deze dioden wijken niet veel af van die van polykristallijne dioden, aangezien het grootste deel van de geïnjecteerde ladingsdragers tenge-25 volge van het concentratieverschil in dotering door het monokristallijne deel· van de diode in het polykristallijne deel wordt geïnjecteerd waar de recombinatiesnelheid relatief hoog is. Met voordeel kan de recombinatiesnelheid nog verhoogd worden door boven de pn-overgang een metaallaag 30 aan te brengen.

Een eerste belangrijke uitvoering van een geheugencel volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat de transistoren twee emittergebieden bevatten die met een voedingslijn zijn verbonden en twee emittergebieden 35 die met lees/schrijflijnen zijn verbonden, en waarbij de collectorgebieden via de genoemde pn-overgangen met elkaar 78 1 24 6 3 * 7 PHN 9314 zijn verbonden. Deze cel, die onder meer bet voordeel heeft dat de wijze van bedrijven zeer eenvoudig is, heeft in principe k lijnen nodig, n.l. twee voedingslijnen of woordlijnen en twee lees/schrijflijnen.

5 Een tweede belangrijke uitvoering van een ge- heugencel volgens de uitvinding, die ten opzichte van de hiervoor genoemde uitvoering op iets ingewikkelder wijze bedreven wordt, maar het voordeel heeft dat in principe slechts drie lijnen per cel vereist zijn, is daardoor ge-10 kenmerkt dat de transistoren elk slechts een emittergebied bevatten dat met het emittergebied van de andere transistor is verbonden en de collectorgebieden via de genoemde, als belastingselementen fungerende pn-dioden met afzonderlijke lees/schrijflijnen zijn verbonden. Een 13 halfgeleidergeheugen bevattende een halfgeleiderlichaam met aan een oppervlak gelegen, in rijen en kolommen gerangschikte matrix van dergelijke geheugencellen is daardoor gekenmerkt dat het oppervlak is voorzien van een stelsel van elkaar kruisende geleidersporen die de genoemde 20 lees/schrijflijnen vormen die verbonden zijn met pn-over-gangen in de rijen resp. kolommen van geheugencellen.

Een bijzonder compacte integratie vanwege het feit dat de emittergebieden per cel gemeenschappelijk zijn, kan verkregen worden in een voorkeursuitvoering die daar-25 door is gekenmerkt, dat de transistoren gevormd worden door geïnverteerde transistoren waarbij, op het oppervlak gezien, het basisgebied onder het collectorgebied en het emittergebied onder het basisgebied van elke transistor is gelegen en waarbij het halfgeleiderlichaam een aantal 30 naast elkaar gelegen, onderling gescheiden strookvormige gebieden van het eerste geleidingstype bevat die zich evenwijdig aan de rijen of kolommen in het halfgeleiderlichaam uitstrekken en gemeenschappelijke emittergebieden van de tot een zelfde rij of kolom behorende transistoren 35 vormen. Een verdere gunstige uitvoering die belangrijke voordelen biedt en omdat de transistoren zelf zeer klein 78 1 24 83 • tr» 8 £ PHN 9314 kunnen zijn en omdat de pn-overgangen geen extra processtappen vereisen is daardoor gekenmerkt dat het oppervlak: van het halfgeleiderlichaam is voorzien van een isolerende laag die ter plaatse van de transistoren vensters ver-5 toont die de basisgebieden van de transistoren definiëren en die gesloten zijn door een laag van polykristallijn silicium dat in de vensters en op de isolerende laag is neergeslagen en hetzelfde geleidingstype als de basisgebieden vertoont, waarbij de collectorgebieden gelegen 10 zijn onder omgedoteerde gedeelten van de polykristallijne siliciumlaag, welke gedeelten zich over de isolerende laag uitstrekken en daar met niet- omgedoteerde gedeelten de genoemde pn-overgangen vormen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht 15 aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de bijgaande schematische tekening waarin

Fig. 1 een schakelschema van een bekende flip-flop geheugencel vertoont;

Fig. 2 een schakelschema toont van een flip-20 flop geheugencel volgens de uitvinding;

Fig. 3 een bovenaanzicht toont van een deel van een geheugenmatrix volgens de uitvinding;

Fig. k dwarsdoorsnede laat zien van de inrichting volgens Fig. 3 langs de lijn IV-IV; 25 Fig. 5 een bovenaanzicht geeft van een deel van een andere uitvoeringsvorm van geheugenmatrix volgens de uitvinding;

Fig. 6 een doorsnede van deze inrichting langs de lijn VI-VI laat zien; 30 Fig. 7 een elektrisch schema laat zien van een deel van een geheugen volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 8 een bovenaanzicht laat zien van een deel van een geheugen volgens het schema van Fig. 7; 35 Fig. 9 een doorsnede toont langs de lijn IX-IX in Fig. 8; 78 1 24 6 3 PHN 9314 9 .

>

Fig* 10 een doorsnede toont langs de lijn X-X

in Fig. 8;

Fig. 11-13 een doorsnede toont van een transistor toegepast in het geheugen volgens Fig. 8 tijdens 5 enkele stadia van de vervaardiging ervan;

Fig. ~\k een hovenaanzicht geeft van een verdere uitvoeringsvorm van een geheugencel volgens de uitvinding ;

Opgemerkt wordt dat de figuren schematisch , 10 zijn en niet op schaal zijn getekend.

Fig. 1 toont het schakelschema van een statische geheugencel van een bekend type met twee transis-toren T1 en T2 waarvan de basis- en collectorgebieden 1 resp. 2 kruiselings met elkaar zijn verbonden. De collec-15 toren 2 zijn via belastingselementen 3 verbonden met een voedingslijn 4, die in het geval van een geheugen, als woordlijn wordt gebruikt. Dé transistoren bevatten elk twee emittergebieden 5 en 6, waarbij de emittergebieden 5 samen met de (woord) lijn 7 en de emittergebieden 6 20 met de schrijf/leeslijnen 8 en 9 zijn verbonden. De belastingselementen 3 bestaan in de meest gebruikelijke bekende uitvoeringen eenvoudig uit weerstanden·

Tijdens bedrijf wordt voor het uitlezen een re-latief grote stroom i door de cel gestuurd in verband 25 met een gewenste leessnelheid, en een kleinere stroom in de onthoudtoestand (stand-by) ter beperking van de dissi-patie. Deze verschillende stroomwaarden leiden tot verschillende gewenste waarden voor de impedanties 3> zoals hierna zal worden verduidelijkt.

30 Uitgegaan wordt van de eis dat, in het meta- stabiele punt per tak, voor een stabiele flip-flop scha-

dV

keling moet gelden voor de versterkingsfactor ce

Wce X 1 (!) dVbe dVb waarbij en Δνspanningsvariaties op de collector

C D

78 1 24 6 3 -r 10 PHN 931^ resp. de basisgebieden voorstellen. Voor de emitter-basis·-overgang van de transistoren T1,^T2 geldt bij benadering de diodevergelijking ic=Io exp^--^6.. J (2),waarinic de collectorstroom, q de elementaire hoeveelheid van lading, 5 V^ de voorwaartsspanning over de emitter-basisovergang, k de constante van Boltzmann en T de absolute temperatuur voorstellen. Uit vergelijking (2) kan worden afgeleid dat bij-een spanningsvariatie Λ V.^ voor de stroom-verandering i geldt: 10 Aic êr£vbe (3)

Voor het geval dat de elementen 3 eenvoudig uit weerstanden met weerstandswaarde R bestaan, volgt uit de vergelijking (1) en (3) dat: R> ~ ( k ) qi ' ' 15 De minimumwaarde van R is derhalve stroomafhankelijk en wel in die zin dat bij een grote stroom volstaan kan worden met een kleine weerstand, terwijl bij een kleine i de weerstand R groot dient te zijn.

Doordat verder in de praktijk het span-20 ningsverschil tussen de collectoren van de transistoren meestal bij voorkeur tenminste 100 a 150 mV bedraagt, zal de verhouding tussen de leesstroom en de onthoud-stroom gewoonlijk slechts laag (kleiner dan 10) zijn.

Het is bekend dat de dissipatie verlaagd 25 kan worden door zoals in de inleiding al is besproken een niet-lineair weerstandselement toe te passen, dat bijvoorbeeld verkregen kan worden door parallel over de weerstand een diode te schakelen zoals in Fig. 1 met onderbroken lijnen is aangegeven. Met een dergelijk niet-lineair 3D weerstandselement waarbij de differentiaal-weerstand af neemt bij toenemende grootte van de stroom kan een aanzienlijke verbetering in de verhouding leesstroom/ont-houdstroom worden bewerkstelligd. Vaak echter zou een verdere vergroting van de leesstroom/onthoudstroom ge-35 wenst zijn.

78 1 24 6 3 if 11 PHN 9314

Vanuit het oogpunt van pakkingsdichtheid zijn verder weerstandselementen met grote weerstandswaarden bezwaarlijk vanwege de relatief grote ruimte die ze in het halfgeleiderlichaam plegen in te nemen.

5 Fig. 2 toont een schakelschema van een flip flop cel volgens de uitvinding. In plaats van weerstanden 3 bevat de cel belastingselementen die hoofdzakelijk uit dioden 11 bestaan waarvan de kathoden zijn verbonden met de collectorgebieden 2 van de transistoren T1, en T2 en 10 de anoden met de woordlijn 4 zodat tijdens bedrijf de dioden in de voorwaartsrichting worden voorgespannen.

Ter verkrijging van een voldoende grote impedantie- die op grond van de in vergelijking (l) gestelde stabiliteits-voorwaarde - groter dient te zijn dan die van de emitter-15 basisovergang - is althans een van de anode en kathodege-bieden van de dioden 11 uitgevoerd in polykristallijn silicium. Dit type dioden vertoont een stroom-spannings-karakteristiek die beschreven kan worden (binnen een zeker gebied) door 20 id = Io exp (5), waarbij m^ 1 . Op eenvoudige wijze kan worden nagegaan dat in dit geval voor de versterking uit vergelijking (l) geldt tlir e· = m (6). Binnen het stroom— AVbe spanningsgebied waarin de diodevergelijking (5) geldt is 25 de spanningsversterking ^ce praktisch stroomonafhanke-lijk en groter dan 1, be zodat aan de stabiliteits- voorwaarde dat in het metastabiele punt, de rondgaande versterking groter moet zijn dan 1, is voldaan. Omdat het gebied waarbinnen dit geldt in het algemeen zeer groot is 30 (5 a 6 dekaden) kan de stroom over een groot gebied ge varieerd worden, hetgeen betekent dat de uitleesstroom zeer groot kan zijn(1 mA) en de onthoudstroom zeer klein en zelfs tot in de grootte orde van 1 nA kan worden gekozen terwijl de cel toch stabiel blijft.

78 1 24 6 3 PHN 9314 12

Wanneer door de geleidende transistor een stroom i wordt gevoerd en de stroomversterking/^ van de transistoren een gebruikelijke waarde (b.v. tenminste 20) vertoont, vloeit door de diode 11 die met de niet-geleiden-5 de transistor is verbonden een stroom van nagenoeg l//% die de basisstroora voor de geleidende transistor vormt. Uit vergelijking (5) kan worden afgeleid dat het spanningsverschil ΔΥ tussen de collectorgebieden 2 van de transistoren gelijk is aan ln/?, en derhalve (althans in 1° niet 9.

10 orde) praktisch/stroomafhankelijk is. Het spanningsverschil Δν dient zo groot te zijn dat bij een bepaalde grootte van ruis, de cel toch stabiel blijft. Bij een gegeven grootte van de stroomversterkingsfactor^' worden derhalve dioden 11 toegepast met een zodanige factor m dat A V ten-15 minste ongeveer 150 mV en bij voorkeur tenminste ongeveer 200 mV bedraagt. Een bovengrens van voorkeurswaarden van de grootheid m wordt onder meer bepaald door de snelheid van de geheugencel. De geleidende transistor die in verzadiging is kan bij een groot spanningsverschil, bijv.

20 bij een spanningsverschil van 500 a 600 mV in diepe verzadiging (of bottoming) komen, waardoor de schrijfsnelheid verlaagd wordt. Daarom heeft bij voorkeur de m factor van de dioden 11 ten hoogste een zodanige waarde dat - bij een gegeven waarde vany^ -, het spanningsverschil 25 Av tussen de collectorgebieden 2 ten hoogste 500 mV bedraagt. Gunstige resultaten zijn in praktische uitvoeringen verkregen met dioden met m-factor van tenminste 1.3 en ongeveer gelijk aan 2 bij transistoren met een/3 in de grootte orde tussen 30 en 100, waardoor een spanningsver-30 schil Δ V werd opgebouwd van ongeveer 150 a 250 mV.

In de figuren 3 en k is in bovenaanzicht resp. in doorsnede een deel van praktische uitvoeringsvorm van een geheugen volgens de uitvinding weergegeven.

De inrichting bevat een halfgeleiderlichaam- 12 van een 35 conventionele opbouw, bestaande uit een p-type substraat I.3 en een n-type epitaxiale laag 14 die aan het boven- 78 1 24 6 3 PHN 9314 13 oppervlak 15 grenst. In de epitaxiale laag zijn een aantal eilanden 16 gevormd gegroepeerd in groepen van twee die de transistoren van een geheugencel bevatten. De eilanden 16 worden binnen de epitaxiale laag begrensd door 5 isolatiegebieden 17 die hier gevormd worden door in de laag 14 aangebrachte p-type zones maar uiteraard ook uit isolerend materiaal, bijvoorbeeld door plaatselijke oxy-datie. van de epitaxiale laag 14 verkregen in het halfge-leiderlichaam verzonken siliciumoxyde kunnen bestaan. De 10 eilanden 16 zelf vormen met de hooggedoteerde begraven ή-type lagen 18 aan het grensvlak tussen de epitaxiale laag en het substraat en met de hooggedoteerde n-type col-lectorcontactzone 19 de collectorgebieden van de transistoren. Op de gebruikelijke wijze zijn in de eilanden 16 15 door middel van diffusie of ionenimplantatie de basisgebieden in de vorm van de p-type oppervlaktezones 20 en de emittergebièden in de vorm van de n-type oppervlaktezones 21 en 22 aangebracht. Het oppervlak 15 is bedekt met een isolerende laag 23 voorzien van vensters voor het aanbreng-20 en van contacten met de emitter-basis- en collectorgebieden van transistoren.

Opgemerkt wordt dat in Fig. 3 de transistoren slechts zeer schematisch zijn weergegeven. Zo zijn b.v. de begraven lagen 18 niet getekend, evenmin als de omtrek-25 ken van de emittergebieden 21 en 22 en de collector con-tactzones 20 die praktisch samenvallen met de omtrekken van de contacten tussen deze gebieden en de woordlijnen en de lees/schrijflijnen.

Op de oxydelaag 23 is een patroon gevormd van 30 geleidersporen 24 van p-type polykristallijn silicium die in collectorverbindingen 26 van n-type polykristallijn silicium overgaan via de pn-overgangen 25 die de belas- " tingselementen van de flip-flop cellen vormen, zoals aan de hand van figuur 2 is beschreven. De sporen 24 vormen 35 een van de woordlijnen van het geheugen corresponderend 78 1 24 6 3 PHN 9314 14 met de lijnen 4 in Fig. 2. De woordlijnen corresponderend met de lijnen 7 in Fig. 2 worden gevormd door de geleider-sporen 27, die met de emittergebieden 22 zijn verbonden en evenals de collectorverbindingen 26 in n-type polykris-5 tallijn silicium kunnen zijn uitgevoerd. De emittergebieden 21 zijn verbonden met lees/schrijflijnen 28, 29 die zich in de kolomrichting uitstrekken. Deze lijnen kunnen in een tweede bedradingslaag, bijvoorbeeld van Al, die van de lijnen 24, 27 elektrisch is geïsoleerd door een 10 tussenliggende oxydelaag, uitgevoerd zijn. In deze bedradingslaag kunnen ook de kruisverbindingen 30 tussen de basisgebieden 20 en de collectorgebieden 16 van de tran-sistoren worden vervaardigd.

Het polykristallijne siliciummateriaal van de 15 woordlijnen 24 en 27 is op op zichzelf bekende wijze gevormd door ontleding SiH4 bij lage druk (ongeveer 0.5 mm Hg) bij een temperatuur van ongeveer 640° C. De aangroei-snelheid bedroeg ongeveer 100 2. /min.. Onder deze omstandigheden werd polykristallijn siliciummateriaal verkregen 20 waarvan de factor m ongeveer gelijk was aan 2. De procescondities kunnen echter zodanig veranderd worden dat het polykristallijne materiaal meer of minder afwijkt van monokristallijn silicium door b.v. de aangroeisnelheid te veranderen waardoor de korrelgrootte en de concentratie 25 van invangcentra en daarmee ook de m-factor verandert. In het algemeen kan gesteld worden dat de verschillende procesparameters door de vakman op eenvoudige wijze zodanig gekozen kunnen worden dat dioden met de voor een bepaalde toepassing meest gunstige eigenschappen worden verkregen.

30 Een variant van de hiervoor beschreven geheu- genmatrix is in bovenaanzicht resp. in doorsnede in Fig.5 en 6 getoond. In deze figuren wordt slechts een geheugen-cel van de matrix getoond, maar het zal duidelijk zijn dat op dezelfde wijze als in het voorgaande uitvoerings-35 voorbeeld een geheugenmatrix kan worden verkregen van ge- heugencellen volgens Fig. 5» Verder zijn voor overeenkomst- 78 1 24 6 3 PEN 9314 .

ί 15 ige onderdelen in deze figuren dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in het voorgaande uitvoeringsvoorbeeld.

In tegenstelling tot het voorgaande uitvoeringsvoorbeeld is nu slechts een van de anode en kathodegebie-5 den van polykristallijn silicium terwijl het andere gebied althans in hoofdzaak gevormd wordt door een monokristallijn deel van het halfgeleiderlichaam. Hiertoe zijn de poly-kristallijne woordlijnen 24 direct boven de collectorgebieden 16 gelegen en grenzen ter plaatse van vensters in 10 de oxydelaag 23 aan de collectorgebieden 16 van de tran-sistoren. De polykristallijne banen 24, die evenals in het voorgaande uitvoeringsvoorbeeld van het p-geleidings-type zijn, vormen praktisch ter plaatse van het grensvlak tussen het polykristallijne en het monokristallijne mate-15 riaal de pn-overgangen 31 met de collectorgebieden 16.

Deze pn-overgangen vormen, evenals de pn-dioden 11 in hét voorgaande uitvoeringsvoorbeeld, de belastingselementen van de geheugenelementen. Ter verkrijging van een geschikte versterking wordt daartoe de doteringsconcentratie aan 20 de monokristallijne kathode-kant van de diode hoger, bij voorkeur tenminste 10 x hoger gekozen dan aan de polykristalli jne anode-kant. De karakteristieken van dergelijke dioden blijken althans voor het doel waarvoor ze hier gebruikt worden - praktisch dezelfde eigenschappen te 23 hebben als dioden die zowel een anode als een kathode van polykristallijn silicium bevatten.· Een verklaring hiervoor is dat bij het gegeven concentratieverschil tussen de anode en de kathode het grootste deel (b.v. 90$) van de stroom over de diode gevormd wordt door ladingsdragers 30 (elektronen) die vanuit de collector 16 in de polykristalli jne banen 24 worden geïnjecteerd en daar in het bijzonder tengevolge van de in relatief grote mate aanwezige recombinatiecentra door recombinatie weer verdwijnen. Het gewenste concentratieverschil kan op zeer eenvoudige wij-35 ze worden verkregen door ter plaatse van de pn-dioden 31 een in conventionele schakelingen gebruikelijke hooggedo- 78 1 24 6 3 * 16 PHN 9314 •teerde laagohmige collectorcontactzone 19 aan te brengen 20 21 3 met een doteringsconcentratie van 10 - 10 at/cm , en de doteringsconcentratie van de polykristallijne banen 24 18 19 tussen ongeveer 10 en 10 te kiezen.

5 ' Doordat de woordlijnen 24 direct boven de col- lectorcontactvensters in de oxydelaag zijn aangebracht, kunnen de afmetingen van de cel bijzonder klein zijn.

In die gevallen waarin het belangrijk is dat de weerstand in de woordlijnen laag wordt gehouden kan 10 op de polykristallijne banen 24 een laag van een goed geleidend materiaal bijvoorbeeld aluminium worden aangebracht. De woordlijnen kunnen echter ook praktisch geheel van aluminium zijn, en slechts plaatselijk ook stroken polykris-tallijn silicium, waarin de pn-overgang is genoemd, bevat-15 ten. Fig. 14 toont een schematisch bovenaanzicht van een dergelijk variant. De woordlijnen zijn schematisch aangeduid door een lijn WL, en worden genoemd door sporen van Al, die zich van links naar rechts boven het halfgeleider-lichaam uitstrekken. De pn-dioden 25 zijn genoemd in stro-20 ken 24, 26 van polykristallijn silicium die zich slechts tussen de collectorcontacten 19 uitstrekken. Deze stroken bevatten een p-type gedeelte 24 dat met de Al-strook WL is gecontacteerd, en een n-type gedeelte 26 dat met de collectorcontactzone 19 is verbonden en door een isoleren-25 de laag van bijvoorbeeld siliciumoxyde van de woordlijn WL is geïsoleerd.

In de tot dusver beschreven geheugeninrichting bevat elke cel tenminste vier adreslijnen, n.l. twee bit/ leeslijnen en twee woordlijnen die tevens voor de voeding 30 van de cel zorgen. Het volgende uitvoeringsvoorbeeld betreft een geheugen waarin de voeding van de geheugencellen althans ten dele door een van de bitlijnen wordt geleverd waardoor, in plaats van vier, slechts met drie lijnen per cel kan worden volstaan en daarmee een verdere verklei-35 ning van de ruimte die het geheugen in het halfgeleider-lichaam in beslag neemt kan worden verkregen.

78 1 24 6 3 . ί PUN 9314 17

Bekende geheugencellen van dit type met slechts drie adreslijnen zijn onder meer beschreven in het artikel ”A four device bipolar memory cell” van Raymond A.Heald, gepubliceerd in IEEE International Solid-State Circuits 5 Conference, 1978 PS· 102/103· Deze bekende geheugencellen bevatten als belastingselementen in de collectortrajecten van de kruisgekoppelde invertertransistoren, die van het npn-type zijn, complementaire transistoren, dus transistoren van pnp-type.

10 Volgens de uitvinding worden als belastingsele menten poly-poly pn-dioden of poly-mono pn-dioden gebruikt _ TT* waarvan de voorwaarts karakteristiek een factor e.xp /mkl) bevat met m groter dan 1, waardoor weer een bijzonder eenvoudige en compacte configuratie kan worden verkregen.

15 Een schakelschema van een deel van een matrix- configuratie is in Fig. 7 getoond. De transistoren - Tg bevatten, aangezien de voedingslijnen althans gedeeltelijk ook de functie van bitlijnen vervullen, elk slechts een enkele emitter. De voedingslijn X^., XL2 enz. verbindt de 20 emitters van de cellen van een woord met een stroombron 40, 41. De woordlijnen X„ , X^. verbinden de anoden van de iiy tig

dioden D., D„, D_, D_ met spanningsbronnen V , V

1 3 5/ X1 x2 enz. De lijnen Y^ , Yg enz. verbinden op dezelfde wijze de cellen kolomsgewijs met de spanningsbronnen νγ , 11 25 Vy. enz. De Y-lijnen zijn bovendien verbonden met uit- ^ 2 leesmiddelen 42, 43 die eenvoudigheidshalve zijn voorgesteld door stroommeters.

De inrichting kan bijvoorbeeld op de volgende wijze worden bedreven: 30 Onthouden: In de rusttoestand worden de span ningen Vv en V gelijk verondersteld. De cellen staan in λ y een van de twee stabiele toestanden. Wanneer bijvoorbeeld de cel met de transistoren en T2 en de dioden D^ en als voorbeeld wordt gekozen, loopt door de diode D^ veel 35 of weinig stroom, afhankelijk van die stand, n.l. een basisstroom (naar T2) of een collectorstroom (naar ).

78 1 24 6 3 'i .3* 18 PHN 931^

Schrijven: Vanneer verondersteld wordt dat de cel in die stand verkeert waarbij de transistor stroom-voerend is kan de cel in de andere toestand worden gezet door V„ te verhogen en gelijktijdig V„ te verlagen, Λ1 11 5 waardoor de collectorstroom door verhoogd resp. de ba- sisstroom naar verlaagd wordt. Bij een bepaalde spanningsverandering wordt de basisstroom naar zo klein dat de transistor dicht gaat bij gebrek aan voldoende versterking. De transistor zal dan gaan geleiden. Voor 10 de rechtse buurcel (T^, T^) is alleen V^ verhoogd, en voor de buurcel (t^, T^) alleen Vy . ^ Deze halfselec tie is bij een geschikte keuze van^de spanningsverandering onvoldoende om deze cellen om te schakelen. Het is niet nodig om tijdens het schrijven de stromen Iv , Iv enz.

.1 15 te verhogen, maar de snelheid van het schrijven kan wel hierdoor verhoogd worden.

Lezen: Omdat bij het lezen van een bepaalde cel de andere cellen in dezelfde kolom ook een bijdrage leveren aan de totale stroom door de Y-lijnen, is het voorde-20 lig om de geselecteerde rij door middel van de stroombronnen 4o,4l enz. veel meer stroom te geven dan de andere rijen. De informatie kan dan uitgelezen worden door m.b.v. de middelen k2 na te gaan of er een relatief lage basisstroom door de betreffende Y-lijn loopt of een hoge collector-25 stroom. Dit verschil kan nog extra benadrukt worden door V hoger dan V te maken, x y

In principe wordt een hele rij tegelijk uitgelezen, maar door middel van een naselectie kan ervoor gezorgd worden dat van slechts een cel de informatie naar 30 buiten komt.

Het spanningsverschil ΔΥ dat voor het schrijven van informatie in een bepaalde cel aangelegd moet worden tussen de bijbehorende Xj^ en y lijnen, zal zowel van de factor m als van/^ afhangen. In de onderstaande tabel zijn, 35 voor verschillende waarden vaneen m=2, de bijbehorende 78 1 24 6 3 ΡΗΝ 9314 19 ...» * * uit computersimulaties verkregen waarden vanV gegeven.

/3__Λν (mV) 1000 144 100 82 5 30 52 20 40 10 24

Deze waarden blijken praktisch te voldoen aan de analytisch te bepalen algemene vergelijking: 10 Δν= — ln /3 - 2~— ln 2.

Voor een specifieke waarde van & van ongeveer 30, bedraagt deze spanning ongeveer 52 mV. Voor het schrijven waarbij telkens de toestand van een enkele cel mag worden omgeklapt wordt een spanning + ^V op de 15 x en de y-lijn aangelegd. Voor deze ^\V kan bijvoorbeeld 40 mV worden gekozen. Het schrijvan kan derhalve op de volgende wijze plaatsvinden.

Schrijf n1” Vx1 = +40 mV, Vy1 = -40 mV->T2 geleidt.

Schrijf "0" Vx1 = -40 mV, Vy1 = +40 mV-^T., geleidt. 20 Fig. 8 en de Fig. 9 en 10 laten in boven aanzicht respektievelijk in doorsnede een deel zien van een halfgeleiderinrichting met een matrix van de hiervoor beschreven geheugencellen. De inrichting bevat een halfge-leiderlichaam 45 van de gebruikelijke samenstelling met 25 een substraat 46 van p-type silicium en een hierop neerge slagen laag 47 van n-type silicium. In deze epitaxiale laag zijn een aantal, door p-type zones 48 van elkaar gescheiden, eilanden 49 gevormd, die zich in het bovenaanzicht volgens Fig. 8 van links naar rechts uitstrekken.

30 Tussen de eilanden 49 en het substraat 46 zijn hooggedo- teerde begraven n-type zones 50 aangebracht die corresponderen met de adreslijnen X^, XL2 enz. van de - invers te bedrijven - transistoren van de geheugencellen. In de n-type eilanden zijn de p-type zones 51 aangebracht die de 78 1 24 6 3 20 PHN 9314 basiszones van de transistoren , T^, enz. vormen, en in de p-typezones 51 de n-type oppervlaktezones 52 die de collectoren van de transistoren vormen. Opgemerkt wordt dat de transistoren van de geheugencellen behorende 5 bij een gemeenschappelijke woordlijn in een gemeenschap pelijk eiland 2ijn aangebracht dankzij het feit dat de transistoren invers worden gebruikt waarbij het onderste n-type gebied 50 als emitter en het bovenste n-type gebied 52 als collectorgebied fungeren. Behalve belangrijke 10 andere voordelen maakt deze omkering een bijzonder compacte opbouw van de geheugenmatrix mogelijk aangezien nu niet, zoals in de voorgaande uitvoeringsvoorbeelden, alle transistoren in een afzonderlijk eiland worden aangebracht, In de eilanden 49 zijn verder zoals in de doorsneden· volgens 15 de figuren 9 en 10 is aangegeven hooggedoteerde n-typezones 70 aangebracht die de basiszones 51 omringen en bij wijze van voorbeeld zich vanaf het oppervlak tot aan de begraven zones 50 uitstrekken. Op zichzelf bekende wijze kan met behulp van deze zones de stroomversterking van de inverse 20 transistoren verbeterd worden terwijl bovendien parasitaire laterale pnp actie' tussen de basis-gebieden vermeden kan worden,

De begraven zones (50, X^) kunnen aan de rand van de eilanden 49 buiten het in de figuren getoonde 25 deel van de halfgeleiderinrichting op zichzelf bekende wijze -worden gecontacteerd hetgeen in Fig. 8 schematisch door de aansluitdraden 53 is aangeduid,

Afgèzien van de contacten 53 voor de emittergebieden 50, bevatten de transistoren , T2, 30 enz. slechts een venster in de oxydelaag 54 die de epi-taxiale laag 47 bedekt. Via deze opening, in Fig. 8 voorzien.van het verwijzingscijfer 55, zijn zowel de basiszones 51 als de collectorzones 52 van een elektrische aansluiting voorzien. Deze aansluitingen zijn aangeduid .

35 met de verwijzingscijfers 56 respektievelijk 57 en worden gevormd door in de vensters 55 en °P de oxidelaag 54 neerge- 78 1 24 6 3 ' 21 PHN 9314 slagen lagen van p-type respektievelijk n-type silicium.

De wijze waarop dit type transistoren kan worden vervaardigd zal hierna nog worden beschreven.

De collectoraansluitingen 57 gaan via de 5 pn-overgangen 58 over in p-type.siliciumbanen 59· De n-type siliciumaansluitingen 57 - althans voor zover niet in de vensters 55 in de oxydelaag 54 direkt boven de collectorgebieden 57 gelegen, en de p-type siliciumbanen 59 zijn weer van poly-kristallijne structuur waardoor de 10 pn-overgangen 58 die met de dioden D in het schakelschema volgens Fig. 7» corresponderen, een karakteristiek vertonen die hen geschikt maakt om zonder meer als collector-belastingselement te Fungeren.

De polykristallijne banen 57» 59 zijn bedekt 15 met een isolerende laag 60 die door depositie uit de gasphase of door gedeeltelijke oxidatie van het polykristal-lijne siliciummateriaal. Op de oxidelaag 60 zijn geleider— sporen 61 aangebracht die zich in de kolomrichting van de matrix uitstrekken en via vensters 62 met de p-type 20 siliciumbanen 59 van een van de dioden in elke cel zijn verbonden. De banen 61 die met de Y-lijnen in het schakelschema volgens Fig. 7 corresponderen en in het bovenaanzicht slechts schematisch zijn aangegeven, kunnen bijvoorbeeld van Al zijn. Op dezelfde wijze zijn de p-type banen 25 59» die als anode bij de andere dioden in de cellen be horen verbonden door Al-banen 63 die zich in de rijrichting dwars op de kolomrichting, van de matrix uitstrekken. Deze banen, die met de X-lijnen in Fig. 7 corresponderen en in Fig. 8 ook slechts schematisch zijn 30 aangegeven, kruisen de Y-lijnen 61 en kunnen hiervan elec-trisch zijn geïsoleerd door een tussenliggende laag 64 van bijvoorbeeld siliciumoxide of aluminiumoxidé of een ander geschikt diëlectricum.

In fig. 8 zijn de contacten tussen de Xj-35 lijnen en het p-type polykristallijne siliciummateriaal 59 door middel van punten weergegeven.

78 1 24 6 3 ' 22 PHN 9314

Het polykristallijne silicium kan eveneens gebruikt worden voor het vormen van de kruisverbindingen tussen de collector- en basisgebieden van de twee transistoren in een cel. Omdat het polykristallijne 5 silicium 57 boven het collectorgebied van de ene transistor n-type is en het silicium 56 boven het basisgebied om de andere transistor p-type zodat - in het geval dat deze beide polykristallijne lagen 56, 57 aan elkaar grenzen een parasitaire pn-overgang 65 (zie fig.) vormen - is op 10 het polykristallijne silicium een metaalverbinding 66, bijvoorbeeld van Al, aangebracht die beide delen 56, 57 van verschillend geleidingstype met elkaar verbindt, en - in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld, - de parasitaire pn-overgangen 65 kortsluit.

15 Voor het vervaardigen van de halfgeleider- structuur kan praktisch geheel gebruik worden gemaakt van algemeen bekende technieken die hier niet verder behoeven te worden beschreven. Voor het vervaardigen van de transistoren zij in het bijzonder verwezen naar de 20 Nederlandse octrooiaanvrage 7612883 (PHN 8601) van Aanvraagster waarvan de inhoud bij referentie in deze aanvrage dient te worden opgenomen. De figuren 11-13 geven enkele stadia van de vervaardiging van een dergelijke transistor.

Fig. 11 toont in doorsnede een deel van het halfgeleider-25 lichaam waarin de transistor zal worden aangebracht nadat op het p-type substraat 46 de n-type epitaxiale laag 47 met tussen het substraat en de laag 47 de begraven n-type laag 50 en de in de tekening niet aangegeven eilandisolatie is aangebracht. In de oxidelaag 54 op het oppervlak van 30 het halfgeleiderlichaam wordt de opening 55 niet op zichzelf bekende photo-lithografische technieken gevormd. De opening 55 die de basiszone van de transistor definieert wordt vervolgens weer gesloten door middel van de laag 67 van silicium, - die op het oppervlak van de. epitaxiale 35 laag 47 een mono- of polykristallijne structuur, op de oxidelaag 54 een polykristallijne structuur vertoont. Uit 78 1 24 6 3 23 PHN 9314 de siliciumlaag 67 kunnen banen of sporen worden gevormd die overeenkomen met het polykristallijne geleiderpatroon 56, 57 aangegeven in het bovenaanzicht volgens Fig. 8.

De overige delen van de siliciumlaag kunnen door etsen 5 worden verwijderd of door oxideren in si].iciumoxide worden omgezet.

Vervolgens kan de overgebleven siliciumlaag 67 door middel van diffusie of door ionenimplantatie-technieken met een p-type verontreiniging, bijvoorbeeld 10 boor, worden gedoteerd. Ter plaatse van de openingen 55 in de oxidelaag 54 dringt het boor ook in de epitaxiale laag 47 en vormt daar de p-type basiszone (Fig, 12). De siliciumlaag 67 wordt dan gedeeltelijk bedekt met een maskeringslaag 68 die zich gedeeltelijk in de opening 55 15 uitstrekt en verder boven diè gedeelten van de laag 67 die de p-type polykristallijne banen 59 zullen vormen. Vervolgens wordt het vrijliggende deel van de polykristalli jne laag 67 door middel van implantatie met een n-type verontreiniging bijvoorbeeld phosphor, gedoteerd. Ter 20 plaatse van het venster 55 in de oxidelaag diffundeert de verontreiniging in het halfgeleiderlichaam en vormt door de n-type collectorzone 52, Fig. 13· De pn-overgang 69 tussen de basiszone 51 en de collector 52 strekt zich uit tot in de laag 67» en verdeelt deze laag in een 25 n-type deel 57 en een p-type deel 56 die een collector- aansluiting respektievelijk een basisaansluiting vormen. Tegelijk met de pn-overgang 69, worden de als belastings-elementen fungerende pn-overgangen 58 gevormd tussen de n-type collector-aansluitingen 57 en de p-type stroken 30 59-

Door depositie uit de gasphase of door oxidatie van de polykristallijne siliciumstroken kan vervolgens de oxidelaag 60 worden aangebracht, waarna op gebruikelijke wijze de Al-banen en. Y kunnen worden ge-35 vormd.

Het 2a1 duidelijk zijn dat de uitvinding 78 1 24 6 3

Claims (20)

1. 2k PHN 931¾ niet is beperkt tot de gegeven uitvoeringsvoorbeelden maar dat binnen het kader van de uitvinding voor de vakman nog veel variaties mogelijk zijn. Zo kunnen de geleidingstypen van de verschil-5 lende zones en gebieden worden omgekeerd, waarbij in plaats van npn-transistoren, pnp-transistoren worden gebruikt . Om een hogere pakkingsdichtheid te krijgen zouden in het laatste voorbeeld alle emittergebieden 10 aan één gezamenlijke stroombron kunnen worden aangesloten. Voor het schrijven verandert er niet veel. Bij het lezen echter is de totale stoorbijdrage veel groter dan het signaal. Om toch te kunnen lezen kan een dynamische leesversterker worden toegepast. De werking wordt dan 15 als volgt: Indien alle X-lijnen constant gehouden worden, is de stoorbijdrage onbekend maar wel constant. Door het verhogen van met een zekere spanning - te klein om de toestand van de aangesloten cellen te veranderen -zal een stroom vergroting in Y, zichtbaar zijn als T^ 20 geleidt (" 1") en geen stroomverandering als.T^ geleidt ("O"). De leesversterker dient dus gevoelig te zijn voor kleine variaties gesuperponeerd op een - onbekende -grote gelijkstroom. Het uitlezen van de cellen in het eerste 25 uitvoeringsvoorbeeld kan op/^zichzelf bekende wijze ook via een met de collector van de transistoren verbonden diode plaatsvinden. CONCLÏÏSIBS:
2. 1. Geheugencel, in het bijzonder bestemd .om met 30 een groot aantal in een statisch geheugen geïntegreerd te worden, bevattende een halfgeleiderlichaam met twee transistoren met kruisgekoppelde basis- en collectorge-bieden waarbij de collectorgebieden zijn verbonden met een een diode bevattende belastingselement, met het ken-35 merk, dat het belastingselement een pn-diode bevat waar van althans een van de anode en kathode gebieden van polykristallijn silicium is en waarbij de collectorgebieden \ 78 1 24 6 3 ’ PHN 9314 * van de transistoren geleidend zijn verbonden met die gebieden van de dioden die van hetzelfde geleidingstype zijn als de collectorgebieden.
3. 2. Geheugencel volgens conclusie 1, met het 5 kenmerk, dat de stroom-spanningskarakteristiek van de dioden een exponentiële term exp bevatten waarbij q de elementaire hoeveelheid van lading, V de spanning, k de constante van Boltzmann en T de absolute temperatuur voorstellen en waarbij m zodanig is dat bij kamertempera-10 tuur tijdens bedrijf tussen de collectoren een spannings verschil van tenminste 150 mV aanwezig is.
4. 3. Geheugencel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat dioden worden toegepast waarbij het spanningsverschil tussen de collectoren tussen 150 en 500 mV is 15 gelegen.
5. 4. Geheugencel volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat m tenminste ongeveer 1.3 bedraagt.
6. 5. Geheugencel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de grootheid m tenminste ongeveer 1.5 en 20 bij voorkeur tenminste ongeveer 2 bedraagt.
7. 6. Geheugencel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dioden aan weerszijden van de pn-overgang uit polykristallijn silicium-materiaal bestaan. 25 7· Geheugencel volgens een of meer van de conclusies 1-3,met het kenmerk, dat slechts een van.de anode en kathode gebieden van polykristallijn silicium-materiaal is terwijl het andere gebied althans in hoofdzaak gevormd wordt door een monokristalli jn deel van 30 het halfgeleiderlichaam, waarbij de doteringsconcentratie in het genoemde andere, monokristallijne gebied van de diode hoger is dan doterings-concentratie in het polykristalli jne gebied van de diode.
8. 8. Geheugencel volgens conclusie 7» met 35 het kenmerk, dat de doteringsconcentratie in het mono- kristallijne gebied van de diode tenminste ongeveer 10x hoger is dan in het polykristallijne gebied. 78 1 24 6 3 ' PHN 93
9. 9. Geheugencel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de collectoren van de transistoren via de als belastingselementen fungerende dioden met een eerste voedingslijn en de 5 emittergebieden met een tweede voedingslijn zijn ver bonden.
10. 10. Geheugencel volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat de transistoren elk een tweede emitter-gebied bevatten dat met een lees/schrijflijn is verbonden.
11. 11. Halfgeleiderinrichting bevattende een matrixsysteem van geheugencellen volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat het halfgeleiderlichaam voor elke geheugencel twee naast elkaar gelegen onderling geïsoleerde aan een oppervlak grenzende eilandvormige gebieden van 15 het ene geleidingstype die aan hun onderzijde worden begrensd door een substraat van het tweede geleidingstype bevat, waarbij de eilandvormige gebieden die elk een collectorgebied van een transistor vormen zijn voorzien van een oppervlaktezone van het tweede geleidingstype 20 die het basisgebied van de bijbehorende transistor-vormt en die weer voorzien is van tenminste een oppervlaktezone van het ene geleidingstype die het genoemde emitter-gebied van de transistor vormt, en waarbij het oppervlak van het halfgeleiderlichaam is bedekt met een isolerende 25 laag die voorzien is van een spoor van polykristallijn silicium van het tweede geleidingstype dat, via de genoemde pn-overgangen en via vensters in de isolerende laag is verbonden met de collectorgebieden van de transistoren.
12. 12. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het spoor van polykristallijn silicium is gelegen boven de contactvensters van de collectorgebieden en met de collectorgebieden een overgang vormt tussen polykristallijn en monokristallijn silicium- 35 materiaal die praktisch samenvalt met de genoemde pn- overgangen. 78 1 24 5 3 PHN 9314 ' 27
13. 13· Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de collectorgebieden ter plaatse van de contactvensters zijn voorzien van een hooggedoteerde oppervlaktezone van het ene geleidingstype die een hogere 5 doteringsconcentratie heeft dan het deze zone omringende deel van de collectorgebieden.
14. 14. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 12 of 13» niet het kenmerk, dat op het polykristallijne silicium metaalsporen zijn aangebracht boven althans de 10 contactvensters van de collectorgebieden.
15. 13. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de collectorgebieden van de transistors ter plaatse van de contactvensters in de isolerende laag geleidend zijn verbonden met delen van het spoor van 15 polykristallijn silicium van het ene geleidingstype die via de genoemde pn-overgangen overgaan in naast de contactvensters gelegen delen van het tweede geleidingstype.
16. 16. Geheugencel volgens een of meer van de 20 conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de transistoren elk slechts een emittergebied bevatten dat met het emitter-gebied van de andere transistor* is verbonden en de collectorgebieden via de genoemde als belastingselement fungerende pn-dioden met afzonderlijke lees/schrijflijnen 25 zijn verbonden.
17. 17. Halfgeleidergeheugen bevattende een half-geleiderlichaam met aan een oppervlak gelegen matrix van in rijen het kolommen gerangschikte geheugencellen volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat het oppervlak is voor- 30 zien van een stelsel van elkaar kruisende geleidersporen die de genoemde lees/schrijflijnen vormen die verbonden zijn met pn-overgangen in de rijen respektievelijk kolommen van geheugencellen.
18. 18. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 35 17» niet het kenmerk, dat de transistoren gevormd worden door geïnverteerde transistoren waarbij, op het oppervlak gezien, het basisgebied onder het collectorgebied en het 781 24 6 3 PHN 9314 emittergebied onder het basisgebied van elke transistor is gelegen en waarbij het halfgeleiderlichaam een aantal naast elkaar gelegen, onderling gescheiden strookvormige gebieden van het eerste geleidingstype bevat die zich 5 evenwijdig aan de rijen of kolommen in het halfgeleider- lichaam uitstrekken en een gemeenschappelijke emitter-gebieden van de tot eenzelfde rij of kolom behorende transistoren vormen.
19. 19· Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 17 10 of 18, met het kenmerk, dat het oppervlak aan het halfge-leiderlichaam is voorzien van een isolerende laag die ter plaatse van de transistoren vensters vertoont die de basisgebieden van de transistoren definiëren en die gesloten zijn door een laag van polykristallijn silicium 15 dat in de· vensters en op de isolerende laag is neergeslagen en hetzelfde geleidingstype als de basisgebieden vertoont, waarbij de collector gebieden gelegen zijn onder omgedoteerd gedeelten zich over de isolerende laag uitstrekken en daar met een niet-omgedoteerd gedeelten de 20 genoemde pn-overgangen vormen.
20. 20. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 19» met het kenmerk, dat de kruisverbindingen tussen de collector- en de basisgebieden in elke geheugencel eveneens gevormd worden door gedeelten van de polykristallijne 25 siliciumlaag waarin pn-overgangen zijn gelegen die door een bovenliggende metaallaag zijn kortgesloten. 78 1 24 6 3