NL8000435A - Niet-vluchtige, statische geheugeninrichting met vrije toegankelijkheid, alsook een werkwijze voor het niet-vluchtig opslaan van informatie in een geheugen inrichting. - Google Patents

Description

t VO 8923

Titel: Ifa et-vluchtige, statische geheugeninrienting set vrije toegankelijkheid, alsook- een werkwijze voer het niet-vinehtig opslaan van'Informatie in een gêhsugenirrichting._

De uitvinding heeft in het sign een betrekking op netaal-oxyde, •halfgeleidergeheugenstelsels net vrije toegankelijkheid (MCS;RAM),en meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op niet-vluch-tige, statische RAM-systernen, waarin gebruik is gemaakt van een in 5 geïntegreerde vorm uitgevoerd ketenelement met zwevende poort.

Talrijke statische geheugeninrxchtingen met vrije toegankelijkheid zijn voorzien van bistabiele halfgeleiderketens, zoals flipflop ketens die dienen als geheugenceilen voor het opslaan van tweewaardige data (enen of nullen). Vanneer in dergelijke statische 10 geheugenceilen informatie meet worden ongeslagen, dient een elektrische stroom, zoals afkomstig van een elektrische energiebron, voortdurend deer een van de twee kruiselings gekoppelde ketentakken te vloeien, terwijl zulk een stroom in de desbetreffende andere tak niet of nauwelijks aanwezig is. Daardoor zijn twee verschillende 15 geheugentoestanden voor informatie-opslag beschikbaar, waarbij deze toestanden zijn gegeven deer de tak die geleidend is en door de tak die niet-geleidend is. Dergelijke halfgeleidergeheugenceilen worden als '’vluchtig1' beschouwd, aangezisn, indien de toevoer van elektrische energie wordt afgebroken, de stroom die kenmerkend is 20 voor de geheugentoestand niet langer door ie stroomvoerende tak zal vloeien, hetgeen betekent, dat de zich in ie cel bevindende informatie verloren is gegaan. Een dergelijke vluchtigheid wordt als een zwaar wegend bezwaar ondervonden van conventionele naifgelenergeheugensystemen, waarbij talrijks pogingen zijn ondernomen om keten-25 elementen en structuren te ontwikkelen, die wanneer ie energietoevoer wordt afgebroken, bij toepassing van na-iCgsleidemet ens niet-vluchtig zijn. In dit verband wordt verwezen naar de volgende literatuur: E. Har ar i, e.a., '*A 25o—Bit Hcnvclati—e Static RAM , Ij^S ZEES International Solid State Circuits Conference Digest, biz.

30 10δ - 1C9; F. Bersnga, e. a. ”E2-??.CM T7 Synthesizer”, 19?S IEEE

2

International Solid States Circuit Conference Digest, blz. 196 -197; 'M. Horne, e.a., "A Military Grade 1024-bit Nonvolatile Semiconductor RAM", IEEE Trans- Electron Devices, Vol. 2D-25, No. 3, (1978), blz. 1061 2 1065; Y. Uchida, e.a., "IK. Nonvolatile Semi-5 conductor Read/T«ïrite RAM", IEEE Trans. Electron Devices, Vol ΞΒ-25, No. 9 (1973), blz. 1065 - 1070; D. Fronmann, A Fully-Decoded 2048-Bit Electrically Programmable M0S-R0M", 1971 IEEE International Solid State Circuits Conference Digest, blz. 80 - 81; U.S. Patent No. 3.660.819'; U.S. Patent No. U-099-196; U.S. Patent No. 3-500.142; 10 Dimaria, e.a., "Interface Effects and High. Conductivity in Oxides Grown from. Polycrystalline Silicon", Applied Pbys. Letters (1975), blz. 505 - 507; Anderson, e.a., "Evidence for Surface Asperity Mechanism of Conductivity in Oxide C-rovn on Polycrystalline Silicon", J. of Appl. Pbys., Vol. 48, No. 11 (1977), blz. 4834 - 4336.

15 Als regel wcrdt in systemen met een verlenging van de data- vasthcudtijd gebruik gemaakt van inrichtingen, die zijn gebaseerd op een MOS-struktuur net zwevends poort. Een dergelijke zwevende poort is als het ware een eilandje van geleidend materiaal, dat elektrisch is geïsoleerd ten opzichte van het subs vraat, waarbij 20 dit geleidend materiaal echter capacitief is gekoppeld met het substraat en de poert vormt van een MCS-transistcr. In afhankelijkheid daarvan of op deze zwevende poort al dan niet lading aanwezig is, zal de MOS-transistor geleidend (aan) of niet-geleidend (uit) zijn, waarmede een basis is gelegd voer het in een geheugeninrichting cp-25 slaan van een binaire 1 of een binaire 0, en wel in afhankelijkheid van het aanwezig zijn of afwezig zijn van lading op de zwevende poort. Verschillende technieken zijn bekend om signaallading in de zwevende poort te introduceren, danwel daaruit weg te nemen. Wanneer zulk een poort eenmaal van lading is voorzien, blijft deze peraa-30 nent gevangen, aangezien de zwevende poert volledig is emgeven door isolerend materiaal, dat werkzaam is als een barrière, waardoor het afvloeien van lading van de zwevende poert wordt verhinderd. In de zwevende poort kan lading werden geïntroduceerd door gebruik te maken van hete elektroneninjectie en/of tunnelmechanisaen. De lading 35 kan vanaf de zwevende poert werden afgevoerd door deze bloot te 80 0 0 4 35 3 .................

stellen aan straling (ultravioletstraling, :c-straling), avalanche injectie, of door toepassing van z.g. tunnelverking. De uitdrukking tunnelverking heeft in dit verhand een ruime betekenis, waaronder valt een mechanisme, waarbij vanaf het oppervlak van den ge-5 leider een elektron wordt geëmitteerd, dat via de energiebarrière in de naburige isolator terecht komt.

Yerder zijn niet-vluchtige statische geheugeninrichtingen met vrije toegankelijkheid bekend, waarbij gebruik is gemaakt van een niet-vluchtig, een zeer dunne poertoxydelaag bevattend element, 10 dat als zwevende poort fungeert; dergelijke inrichtingen hebben echter een aantal bezwaren. Hierbij wordt n.l. lading in twee richtingen naar en vanaf een ais zwevende poort fungerend element getunneld., via een betrekkeiijk dunne (50 - 200 .%) oxydelaag, die in verband met een betrouwbars fabricage en toereikende integriteit, 15 moeilijkheden kan opleveren. Wegens het twee—richtingkarakter van de zeer dunne tunnelcxydelaag, bestaat een gerede kans, dat de niet-vluchtige RAM-cel een storing ondervindt, als gevolg waarvan de in-houd van het geheugen verloren kan gaan. Dergelijke storingen kunnen in het; bijzonder betekenen, dat het aantal leescycii wordt be— 20 perkt of dat de inkoud van een geheugencel wordt gestoord door beïnvloeding van een naburige cel. Bij andere niet-vluchtige RAM— inrichtingen wordt geen gebruik gemaakt van zwevende poorten; veeleer wordt daarbij gebruik gemaakt van een metaal nitride-oxyde halfgeleiderstruktuur, waarbij lading kan worden vastgehouden bij 25 de grenslaag tussen het silicium nitride en het silicium dioxyde.

Cok bij dergelijke MHGS-inrichtingen bestaat een gerede kans op storingen, waarbij niet alleen beperking wordt gelegd aan de schri.jf-cycli, maar tevens aan de leescycii, geen grootschalige toepassing van MÖS-inri cht ingen belemmert.

30 Het is gewenst cm een niet-vluchtig element te kunnen koppelen met een RAM-keten teneinde te kunnen bereiken, dat een halfgeleider-geheugenconfiguratie niet-vluchtig is. Bekende met elkaar gekoppelde inrichtingen hebben echter zwaar wegende bezwaren. Ren ierge-iijke koppeling kan bijvoorbeeld worden gevormd doordat een door 35 Het niet-vluchtige element rechtstreeks geïntroduceerde gsleidings- a η η η ί s ü k onbalans wordt veroorzaakt tussen de twee takken van een statische RAM-cel met kruiskoppeling. Als gevolg van een dergelijke gelei-dingsonbalans zal de statische ?AM-cel een onbalans-gelijkstroom voeren, die moet worden opgeheven wanneer de cel in de normale 5 RAM-modus werkzaam is, terwijl dergelijke onevenwichtigheden voor . de geheugenketen in. zijn totaliteit genomen, moeilijkheden kunnen geven ten aanzien van storingstoleranties, die bij de inschrijf- en afleesoperaties moeten worden aangehouden. Dergelijke tolerantie-kvesties betekenen problemen op het gebied van nuttige fabricage-10 opbrengst en fabricagecontrole.

Sen andere factor die met betrekking tot het vormen van een koppeling tussen niet-vluchtige elementen en statische RAM-cellen van belang is, houdt verband met het feit, dat het van belang is een inrichting te kunnen ontwerpen, die compact en eenvoudig van 15 uitvoering is, aangezien dergelijke factoren van invloed zijn op de cmvang en kosten van de uiteindelijke keteninrichting. Ongelukkigerwijze vereisen bekende koppelsystenen als regel gecompliceerde koppelingen, waarbij stuursignalen en extra transistors nodig zijn, hetgeen heeft geresulteerd in omvangrijke uitvoeringen 20 van niet-vluchtige, statische RAM-ketaninrichtingen met daarmede gepaard gaande hoge kosten.

Bij verschillende bekende, niet-vluchtige statische ?AM-in-richtingen bestaat tevens als regel het bezwaar, dat voer de werking daarvan hoge stroernsterkten en hoge spanningswaarden zijn vereist.

25 Dergelijke vereisten leggen praktische grenzen aan het vermogen en de werksnelheid van de inrichting, waarbij het ketenontwerp wordt gecompliceerd. Bij verschillende bekende niet-vluchtige, statische KAM-inriehtingen is het veelal tevens de gewoonte om het halfgeleider sub straat te gebruiken als het hoofdelement bij het program-30 meren van de niet-vluchtige geheugenccmponenten, hetgeen meebreng”, dat hoge spanningen moeten worden aangelegd aan de voedingsleiding van de RAM-inrichting, ter verkrijging van niet-vluchtige informa-tie-opslag, zodat het moeilijk is cm onafhankelijk van elkaar het ontwerp van de RAM-cel en het fabricageproces te optimaliseren en 35 te scheiden met betrekking tot het ontwerp en fabricageproces voor 80 0 0 4 35 5 ï < hst niet-vluehtigs element. Wanneer bovendien data» die zijn ingevoerd in het niet-vluchtige opslagelement worden teruggehaald naar de RAM-cel, is het negelijk, dat de data aan deze RAM-cel worden toegevoerd met een complementaire toestand ofwel een toestand, die 5 tegengesteld aan die, welke oorspronkelijk in het niet-vluchtige element werd ingeschreven. Indien derhalve een binaire 0, zoals voorgesteld door een geleidende eerste tak en een niet-geleidende tweede tak van een dergelijke conventionele flip-flop RAM-cel wordt ingeschreven in het niet-vluchtige element, en vervolgens 10 wordt teruggeschreven in de RAM-cel, zal de eerste tak van deze RAM-eel niet-geleidend zijn en de tweede tak zal geleidend zijn, waardoor een binaire 1 wordt voorgesteld. Ren dergelijke complementaire toestandsverandering bij het hernieuwd inschrijven, betekent een ernstig beswaar, dat ofwel kan worden opgeheven door toepassing 15 van extra keterrvcorsieningen ofwel door de gebruiker van het geheugensysteem op de koop toe moet worden genomen.

Met de'uitvinding is nu beoogd niet-vluchtige, statische ge-heugenceiien en daarmede uitgevoerde geheugeninriehtingen met vrije toegankelijkheid te verbeteren. Verder is met de uitvinding beoogd 20 om niet-vluehtige, statische RAM-inrichtingen en uit dergelijke inrichtingen samengestelde geheugenconfiguraties beschikbaar te stellen, die geleidings-gebalanceerd ofwel in gelijkstroom opzicht gebalanceerd zijn en die kunnen worden geadapteerd cm een capacitieve of dynamische onbalans te introduceren in statische RAM-cellen in 2§ verband met de koppeling tussen statische EAM-cellen en niet- cluchtige componenten van de cellen. Verder is met de uitvinding beoogd om niet-vluchtige, statische geheugencellen en geheugen-inrichtingen met vrije toegankelijkheid beschikbaar te stellen, waarbij een statisch RAM-gedeelte en een niet-vluchtig gedeelte van 30 de geheugencei afzonderlijk kunnen worden geoptimaliseerd. Tevens is met de uitvinding beoogd een niet-vluchtige, statische RAM-eel beschikbaar te stellen, die in een compacte uitvoering met hoge onderdelendichtheid op betrekkelijk eenvoudige en goedkope wijze kan werden gefabriceerd. Tevens is met de uitvinding beoogd een 35 niet-vluchtige, statische RAM-inrichting beschikbaar te stellen, die 80 0 0 4 35 6 gedurende de programmeerfaze '/rijwel geen gelijkstroom afneemt van de hoogspamingsvoeding.

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen. In de tekeningen is : 5 fig. 1 een bovenaanzicht van een uitvoeringsvorm van een niet- vluchtige, statische, vrij toegankelijke geheugencel volgens de uitvinding en in een toestand, zoals aanwezig voordat de metalen contacten en doorverbindingen zijn aangebracht; fig·. 2 een semi-schematisch bovenaanzicht van het niet-vluch-10 tige celelement van de geheugencel volgens fig. 1; fig. 3 een dwarsdoorsnede volgens de lijn IIÏ-III in fig. 2, wanneer het aldaar weergegeven niet-vluchtige celelement in een tussenfabricagefaze verkeert; fig. ^ een dwarsdoorsnede van het niet-vluchtige celelement 13 volgens fig. 2 en genomen volgens de lijn Γ7-Γ7 wanneer dit element zich in een ‘tussenfabricagefaze bevindt; en fig. 5 een ketenschema van de niet-vluchtige, statische, ’/rij . toegankelijke geheugencel volgens fig. 1.

In het algemeen heeft de onderhavige uitvinding betrekking op 20 niet-vluchtige halfgeleidergeheugeninrichtingen, waar”/an deel uitmaken een vluchtige, bistabiele geheugencel in halfgeleideruit-voering en dienende om tweewaardige data de vorm van één twee negelijke ketentoestanden op te slaan, adresseemiddelen met behulp waarvan tweewaardige data kannen worden ingeschreven in respectie-25 velijk worden uitgelezen van de vluchtige, bistabiele geheugencel in halfgeleideruitvoering, en een niet-vluchtig geheugenelement voor het opslaan van tweewaardige data als één van twee mogelijke elektrische ladingsniveaus van een zwevende poort en in onafhankelijkheid van de geheugentoestand van de vluchtige geheugencel.

30 De inrichtingen omvatten verder middelen waardoor de vluchtige geheugencel capacitief is gekoppeld met het de zwevende poort omvattende geheugenelement, alsook voer hen overdragen van ie geheugentoestand van de bistabiele geheugencel naar het de zwevende poert omvatzends element en wel in de vorm van een voorafbepaalde zee-35 stand van deze zwevende peerz, alsook middelen, waardeer het ie 80 0 0 4 35 ï ? 7 zwevende poert omvattende element capacitief is gekoppeld met de vluchtige ahlfgeleidergeheugencel teneinde de geheugentoestand van de zwevende poort op het niet—vluchtige element ever te dragen naar de vluchtige cel, wanneer elektrische energie aan de vluchtige ge-5 heugencel wordt toegevoerd. De middelen voor het overdragen, van de geheugentoestand van de histahiele geheugencel naar het zwevende poortelement en de middelen voor het overdragen van de geheugen-toestand van het zwevende poortelament naar de histahiele geheugencel kunnen zodanig werkzaam zijn, dat hij de overdracht van een 10 oorspronkelijke geheugentoestand van de histahiele cel naar het zwevende po om element met de daaropvolgende overdracht van de gs-heugentoestand van het zwevende poort element naar de vluchtige cel, de histahiele cel in zijn oorspronkelijke geheugentoestand zal worden teruggehracht. Het kan gewenst zijn cm de histahiele, vluchtige 15 geheugencel!en uit te voeren als statische, vier of zes transistors bevattende van een kruislingsgewijze koppeling voorziene fiip-flopketenelsmenten in MOS-uitvoering, waarbij inrichtingen volgens de uitvinding naar wens kunnen werden toegepast in een geheugen-eonfiguratie, zoals een geheugenconfiguratie met vrije toegankelijk-20 heid, en zoals in de conventionele praktijk gebruikelijk is.

Ha de in het voorafgaande gegeven algemene beschrijving van de uitvinding zal deze in het onderstaande nader gedetailleerd worden behandeld met verwijzing naar de specifieke uitvoeringsvorm, zoals weergegeven in fig. 1 - 5· In deze fig. 1 - 5 is weergegeven een 25 uitvoeringsvorm 10 van een niet-vluchtige, statische, vrij toegankelijke geheugencel volgens de uitvinding. De weergegeven cel 10 omvat een vluchtige, statische, histahiele flip-flop geheugencel 12 en een niet-vluchtig, elektrisch veranderbaar, een zwevende poort omvattend element lU, De weergegeven cel 10 maakt deel uit van een 30 naar de x- en y-eoerdinaat adresseerbaar geheugen met vrije toegankelijkheid en in het onderstaande zal derhalve de vluchtige geheugencel 12 werden aangeduid als een statische RAM-cel, alnce-wel dergelijke cellen ook kunnen worden tcegepast m anders ontworpen geheugenorganisaties.

35 Dig, i geeft een on vergrote schaal een nauwkeurig aangegeven non o 4 35 8 ' bovenaanzicht van het voor chip-uitvoering geschikte ketencntwerp. Verschillende bekende niet-vluchtige, statische RAiM-inrichtingen zijn van een ontwerp, dat gelijkt op dat van de inrichting 10, welke illustratief is voor de polysilicium elektrodestruktuur van de ^ van de inrichting deel uitnakende cel. Het ketenschema van de inrichting 10 is· weergegeven in fig. 5S waarbij duidelijkheidshalve de ketenelementen van de in fig. 1 weergegeven inrichting 10, in de fig. 2 - 1 in een enigszins vereenvoudigde vorm zijn weergegeven. Zoals is weergegeven in fig. 1 is de voor de cel 10 ontworpen con-^ figuratie betrekkelijk compact en is aangepast om te worden uitgevoerd als een eenheid van een '/rij toegankelijke configuratie van. zich naast elkaar bevindende soortgelijke cellen, waarbij de relatieve eelafmetingen in het algemeen zijn zoals is weergegeven, waarbij gebruik is gemaakt van ontwerpregels, gebaseerd op standaard-^ afmeting van 5 micron en waarbij de afmetingen van de als eenheid beschouwde cel ongeveer 82,5 micron bij 79 micron zijn.

In fig. 2 zijn de gebieden van n-inplantatie van het silicium substraat 1Γ aangeduid door getrokken lijnen en een zich daartussen bevindend gearceerd gebied. Verder zijn ter illustratie van de ver-20 . ...

schillende polysiliciumlagen van de overlappende strukuuur van de inrichting 10, de achtereenvolgens neergeslagen nolysilicium lagen, aangeduid door verschillende lijnaanduidingen. Het door de eerst:e pelysiliciumlaag 50 gevormde patroon is aangeduid door getrokken lijnen, die zijn gemarkeerd met stippen, de tweede polysilicium laag 25 _ .

52 is aangeduid door getrokken lijnen met x-merkteksns en de derde polysilicium laag 5½ is aangeduid door onderbroken lijnen. Gebieden met "begraven contacten", zoals 61 en 62, waarbij een verbinding is gevormd tussen de polysilicium laag 5h en het n-kanaalge- bied, zijn aangeduid door sen dichte arcering. In de beide fig. 1 30 en 2 zijn de geDieden, bedoeld voor het vormen van sen verbinding met metalen organen, aangeduid deer van een kruis voorziene vierkantjes.

In verband met het in fig. 5 weergegeven schema wordt opgemerkt, dat de aldaar weergegeven statische RAM-cei 12 en de vrij toeganks-35 lijke configuratie, waarin zulk een cel meen werden geïncorporeerd, 80 0 0 4 35 * *

Q

✓ van een in het algemeen conventioneel ontwerp kunnen zijn. Zoals volgens conventionele technieken gebruikelijk is, kan de RAM— cel 12 worden afgelezen o? worden beschreven door deze cel op passende wijze voor afleesdoeleinden te adresseren of de strocmtcestand 5 daarvan te veranderen, daarbij tevens gebruik makend van geschikte RAM-configuratieverbindingen en chip-koppelingen, zoals een geheu-genleiding 100, een Vss-potentiaalleiding 102, een Vcc-potentiaal-leiding 104, een ï-dataleiding 106 en een complementaire X-data-leiding 108, die zijn uitgevoerd als metalen leidingen, via welke 10 energie en signalen over de configuratie (fig. 2) kunnen worden getransporteerd en die zijn verbonden met de afzonderlijke cellen, zoals is aangeduid door de desbetreffende X-markeringen in de door de leidingen gevormde baan. De Vss-potentiaal kan een waarde hebben van ca. 0 7, de 7cc-potentiaal kan een waarde hebben van ca. 5 15 7 en de substraatpetentiaal Tob kan een waarde hebben van ca -3 7, welke waarden gelden voor de uitvoeringsvorm zoals aangeduid door 10.

De statische EAM-celccnpcnent 12 is gekoppeld met het niet-vluchtige, een zwevende poort omvattende element 1h, door middel 20 van een dynamische of capacitieve onbalans, via welke koppeling de geldende geheugeninhoud van de vluchtige, statische RAM-cel 12 m responsie op een bediemngsccmmando kan worden ongeslagen in het niet—vluchtige element lk4 3en capacitieve konpeling is tevens aan— gebracht om, wanneer het gewenst is om door bediening van geëigende 25 ketenelementen, de inhcud van het niet-vluchtige, een zwevende poort omvattende element, m te voeren in het vluchtige statische RAM-celelement 12. De geheugeninhoud van de statische RAM-cel 12 en het niet-vluchtige element 1h kunnen normaliter onafhankelijk van elkaar zijn, met uitzondering van de situatie, waarbij een spe-30 enzisu overuraagccmmando is gegeven. De sceidende geheugeninhoud van de RAM-cel 10 wordt meer in het bijzonder niet opgeslagen in het niet-vluchtige geheugenelement 1l, telkens wanneer de RAM-cel 12 worut beschreven neer ue werknng van de voor het adresseren van de cel en inschrijven van informatie dienende middelen, maar veeleer 35 wordt ie geheugeninhoud van ie sttische RAM-cel uitsluitend cpge- 80 0 0 4 35 10 slagen in het niet-vluchtige element 1^ vanneer hij het afgeven van een specifiek commando 'Therg op" de capacitieve overdraagketen •werkzaam is, een en ander zoals in het onderstaande nader zal worden beschreven. In feite doet het niet-vluchtige geheugenelement 1k 5 zich aan het systeem voor als een programmeerbaar "schaduw HCM".

Zoals is weergegeven in fig. 5 kan de inrichting 10 omvatten een met zes transistors nitgevoerde statische RAM-cel 12 van conventioneel ontwerp, en een niet-vluehtig elektrisch veranderbaar, een zwevende poort omvattend geheugenelement 1H. Het een zwevende 10 poert omvattend geheugenelement iH is van een soort, zoals beschreven in oudere voorstellen.

Sen belangrijk onderdeel, van de niet-vluchtige geheugencelccmpo-nent van de onderwerpelijke inrichtingen, is een elektrisch isoleerbare hulpspanningseiaktrcde, die zich binnen het substraat en nabij 15’ het substraatoppervlak, grenzend aan een zwevende poort, en welke elektrode met betrekking tot het substraat van het tegengestelde geleidbaarheidstype is. De hulpspanningsslektrode kan zijn ondergebracht in het gebied, dat zich gedeeltelijk bevindt onder een wis/opslagelsktrode, waarbij van elk. gescheiden deer een oxyde, 20 een en ander zodanig, dan deze hulpspanningselektrode zich bevindt onder zowel de zwevende poort alswel de wis/opslagelektrode. Aangezien, de hulpspanningselektrode van een geleidbaarheidstype is, tegengesteld aan dat van het substraat, kan deze elektrode van het substraat elektrisch worden geïsoleerd door pn-overgangwerking als 25 gevolg van de invloed van een in de keerriehting werkzame hulp- spanning, waarbij middelen, waardoor de hulpspanningselektrode aldus wordt geïsoleerd, de inrichtingen kunnen worden geïncorporeerd. Het is een primaire functie van de hulpspanningselektrode cm gedurende de elektroneninjectie in (gedurende een schrijfcyclus) en 30 elektronenemissie vanaf (gedurende een wiscyclus) de zwevende poort, aan deze poort door capacitieve werking een geschikte hulpspanning te leveren.

De potentiaal van de hulpspanningselektrode kan worden bestuurd door middel van een schakeleiement cf inrichting, zoals een zich in 35 het substraat van ie inrichting bevindende transistor, die de hulp- 800 0 4 35 11 ..............

» 9 spanningselektrode kan verbinden net een bron voor 'net leveren van een voorafbepaalde referentiespanning, vanneer deze transistor geleidend wordt gemaakt. Wanneer net schaksleiement (zoals de schakel-transistor') niet niet-geleidend is, wordt de hulpsoanningselektrc-5 de dusdanig positief ten opzichte van de zich onder de zwevende poort bevindende programmeerelektrode, dat elektronen door tunnel— werking vanaf de programmeerelektrode naar de zwevende poort zullen bewegen, als gevolg waarvan de potentiaal van deze zwevende poort wordt veranderd in een meer negatieve potentiaal. Deze door toevoer 10 van elektronen teweeg gebrachte verandering van de potentiaal van de zwevende elektrode in negatieve zin, kan werden waargenomen door geschikte" sensermiddelen, zoals een MCS-transistor. Op soortgelijke wijze kan de wis/opslagslektrode, die de zwevende poort tenminste· gedeeltelijk overlapt, alsook ten opzichte daarvan is geïsoleerd, 15 op een voorafbepaalde positieve potentiaal worden gebracht, zodat elektronen door tunnelwerking vanaf de zwevende poort naar de wis/ opslagelektrcde zullen bewegen. Cp deze wijze is het negelijk de zwevende poort op een naar verhouding meer positieve spanning te brengen, die kan werden gedetecteerd door geschikte middelen, zoals 20 de als sensor werkzame transistor.

Door een fysische vormgeving in het gebied, dat zich bevindt onder ie samenvallende, zwevende poert, hulpspanningseiektrode en substraat, kan ervoor werden gezorgd, dat de geheugeninrichtinger. zich kunnen gedragen als een automatische cel-regulerende eompensa-25 tieketen., teneinde gedurende een schrijf operatie, waarbij elektronen vanaf de programmeerpccrt vloeien naar de zwevende poort, de stroompuls in de gewenste vorm te brengen, wanneer deze naar de zwevende poort wordt overgedragen. Door deze eigenschap is het mogelijk. om de spanning over het tunnelexyde tussen de cnregelmatig-30 heden van de programmeerpoert en de zwevende poert; tot een minimum terug te brengen. Vegers de in hst; oxyde opgesloten ladingen zijn na een relatief groot aantal verkcycli scheer hogere spanningen vereist om ie zwevende poort te beschrijven. De keten geeft voor deze voorwaarde automatisch een compensatie doordat, wanneer zulks 35 vereist is, extra spanning beschikbaar te stellen. Den van de veer- 80 0 0 4 35 12 naamste oorzaken als gevolg waarvan het aantal nuttige cycli hij inrichtingen volgens de onderhavige -uitvinding wordt vergroot, is gegeven door de combinatie van eigenschappen, waarbij tijdens stroon-pulsverming hij overdracht naar de zwevende poort de spanning mini-5 maal is, terwijl estra spanning wordt geïntroduceerd als compensatie voor opgesloten ladingen. Deze eigenschappen zijn verder met een bijzonder compacte struktuur te realiseren, waarbij gebruik wordt gemaakt van de halfgeleidende eigenschappen van de. hulpspannings-elektrcde en de plaatsing daarvan in het oppervlak van de als sub-10 straat fungerende halfgeleider. Wanneer een en ander in een elektrisch .isolerende toestand verkeert, is de hulospanningselektrode werkzaam als een variabele capacitieve koppeling, waardoor het grootste gedeelte van de potentiaal van de wis/opslagelektrode als functie van de potentiaal van de zwevende poort, capacitief wordt 15 gekoppeld met deze zwevende poort. In dit verband wordt de caoaci-tieve koppeling tussen de potentiaal van de wis/opslagelektrode en de zwevende poort gebruikt om tussen de zwevende poert en de pregram-meerelektrode een potentiaal te ontwikkelen, die groet genoeg is om elektronen vanaf de programmeerelektrode ever te dragen naar ie 20 zwevende poort. De capaciteitswaarde van de capacitieve koppeling is echter variabel met dien verstande, dat het gedeelte van de potentiaal van de wis/opslagelektrode, dat is gekoppeld mep de zwevende poort afneemt, naarmate de potentiaal van de zwevende poort afneemt, waarbij deze capaciteit meer in het bijzonder afneemt nasr-25 mate beo verschal tussen de potentiaal van de hulpspanningselektrode en die van de zwevende poort toeneemt . De overdracht van vanaf de programmeerelektrode naar de zwevende poort bewerkstelligo derhalve, dat de capacitieve koppeling afneemt en daarmede de overdracht van lading naar de zwevende poort.

30 Zoals is aangegeven in de figuren is de cslsoruktuur van de in richting 10 gevormd cp een mcnckrisoallijn, p-type silicium vafel subsoraat 11, dat bij de illustratieve uitvoeringsvorm 10 een acceptordeteerniveau kan hebben met een grootte in het gebied van ongeveer 1 x 10 tot ongeveer 1 x 101° atomen/cm"3. Grenzend aan 35 het substraat is een elektrisch geïsoleerde polysiliciumzwev^d® 30 0 0 435 13 poort 2 aangebracht, die capacitief is gekoppeld met een zich m het substraat 11 bevindende hulpelsktrcde 7· De m hen suostraat 11 gevormds hulpspanningselektrcde 7 heeft een geleideaarheidstype , dat men betrekking tot dat van het substraat 11 tegengesteld is en 5 bij de uitvoeringsvorm 10 kan deze elektrode een dcnorveroncreinc.-gingsniveau hebben in het gebied van ongeveer 1x10 atomen/om"'. De hulpspanningselektrode 7 kan onder toepassing van conventionele fabricagetechnieken, zoals diffusie of ionenimplantatie vorden vervaardigd en kan bij de geïllustreerde uitvoeringsvormen zijn uit-10 gevoerd met een dikte van ca. 1 micron door toepassing van ionen-implantatia bij een donorverontreiniging met een implantatiedicht-heid van 1 x 10^ tot 1 x 10^ atomen/cm2.

De variabele capacitantie van een elektrode ten opzichte van een depletiegabied kan worden voorgesteld als een functie van de 15' potentiaal tussen de elektrode en het substraat (Boyle h Smith (1970)., ''Charge Coupled Semiconductor Devices", Bell System Technical Journal} ^0, blz. 537 - 593), waarbij in de weergegeven uitvoeringsvorm de variabele capacitantie CC2 van de zwevende poort 2 ten. opzichte van de hulpspanningselektrcde 7 met een goeds 20 benadering kan worden geschreven als : « CC2= ƒ.........~2C' ' -

Vl + °Q

3 2 waarin C de maximumcagaciteitswaarde ^per cm )van de condensator

O

gevormd door ie naburige oppervlakken van de zwevende teert 2 ,

welke capaciteitswaarde is te definiëren als c KN

oc c = — en 3 = o-2-5· 25 0 m

v_C

waarin £ de diëlektrische constante van het silicium dioxydegebied 5 tussen de zwevende poort 2 en de hulpspanningselektrcde ", χ de dikte van het diëlektrische gebied 5 tussen de zwevende poort 2 en de hulpspanning3elektrode 7, c ie lading van het elektron, K

3 de relatieve diëlektrische constante van silicium en de relatieve diëlektrische constante van het gebied 21, dat eer. scheiding vormt S ö ö 0 4 35 tussen de hulpspanningselektrode T en de zvevende poort 2, N de doteerdichtheid van de hulpspanningselektrode Τ,Δ V de potentiaal Y„, van de hulpsnanringselektrcde 7, verminderd met de peten- ίΐτ tiaal V _ van de zvevende ncort 2, met Δ V oij benadering groter 5 dan nul, en V_ de vlakke bandsuanning voorstellen.

Γ\ΰ

De eapacitantie CC2. kan derhalve variëren vanaf een vaarde die vrijvel gelijk is aan 0^ (een constante) voor zeer hoge doteer-diehtheden (li) tot vrijvel nul voor zeer geringe doteerdichtheden ON·)» vaarbij de andere parameters constant zijn. De capaciteits-10 vaarde CC2 vordt derhalve kleiner vanneer de zvevende elektrode 2 elektronen begint te ontvangen en negatief vordt. Wanneer echter Δ 7 kleiner dan nul is, is de eapacitantie CC2 vrijwel op zijn Gebrekkelijk constante, maximale vaarde C .

o

De variabele eapacitantie CC2 is bepalend voor de besturing van 15 de spanningskoppeling tussen de zvevende poort 12 en het gebied van. de hulpspanningselektrode 7, en het potentiaalverschil tussen de programmeerelektrode en de zvevende poort, vaardccr de tunnel-stroem vordt aangedreven, kan derhalve met voordeel worden bestuurd door een regeling van de doteerdichtheid in de hulp spanning s ei ek-20 trode.

De "geillustreerdevrij toegankelijke geheugencei 12 is een conventionele-MOS HAM’uitvoering met tvee kruiselings gekoppelde statische inverteerketens, die zijn gecombineerd tot een statisch, zes- transistoren omvattend flip-flop geheugens!ament. In dit ver-25 band vordt opgemerkt, dat het RAM-element 12 de kruislings gekoppelde flip-flop transistoren 27 en 23 omvat, die respectievelijk via de desbetreffende dataknooppunten 29 en 30 zijn verbonden met de depletie-optrektransistoren 31 en 32. De flip-flop transistoren 27 en 28 zijn verbonden met de aardaansiuiting terwijl de depletes-30 optrektransistoren 31 en 32 zijn verbonden met de HAM-energievoe-dingsaansiuiting Vee. Teneinde in de in zijn totaliteit genomen geheugenconfiguratie, vaarvan de inrichting 10 deel uitmaakt, te beschikken over een keuzemogelijkheid, zijn ie "X"-keuzetransistcren 33 en 3^ (rij- of voordkeuze) eveneens verbonden met de datakneop-35 punten 29 en 30. De in een configuratie van cellen voorkomende cel 80 0 0 4 35 15 12 Va·» worden gekozen doer het aanleggen ran een potentiaal 7cc aan de poort van een van de X-adrestransistoren 33, 3¼ en een van de Y-adreslijnen {kolen], die zijn verbonden net de complementaire data-uitgangsknooppunten 35, 3ó, als gevolg vaarvan de X-adres-5 transistor geleidend wordt, waardoor, zoals bij de werking en constructie van een conventioneel RAM het geval is, de flip-flop knooppunten van de geadresseerde cel 12 worden verbonden met de "bit"-lijnen X en Y van de geheugenconfiguratie.

De geadresseerde cel 12 kan worden afgslezen door de beide 10 "bit"-lijnen via hoogvaardige weerstanden, op de potentiaal Vcc te houden. In afhankelijkheid van de toestand van de flip-flop (ofwel de transistor 27 ofwel de transistor 23 zal geleidend zijn en de andere transistor zal niet-geleidend zijn)zal in de ene of de andere van de "bit"-lijnen stroom vloeien en door het meten van de 15 verschilstroom kan worden afgelaten. De cel 12 kan op conventionele wijze worden beschreven door het adresseren van een cel 12, zoals bij leesoperatie het geval is, en de ene "bit"-lijn te houden op een potentiaal 7cc, terwijl de andere "bit"-lijn wordt gebracht op de potentiaal Yss van het substraat.

20 Aldus kan de cel 12 via de "voord"-X-transistcren 33, 3½ toe gankelijk worden gemaakt voor data en complementaire data, zoals deze verschijnen in het Y-knooppunt 35 en het Y-knocppunt 36. Conventionele RAM-lees/schrijfoperaties worden derhalve uitgevoerd via de dataknooppunten 35 en 36. De kruislings gekoppelde, statische 25 flip-flop is gevormd door de transistoren Z7, 20, 31 en 32, waarbij complementaire toestanden verschijnen aan de knooppunten 29 en 30 zolang als energie (Vcc} voortdurend wordt toegevoerd aan de aansluiting 26 van de cel 12.

Onder toepassing van algemeen bekende cp halfgeleiders toege-30 paste processen en fotciithcgrafische technieken, kan de statische PAM-esl 12 worden vervaardigd. Alhoewel ie weergegeven uitvoeringsvorm 10 illustratief is voor een specifiek ontwerp van een statisch RAM, zal het duidelijk zijn, dat hiervoor andere geschikte ontwerpen kunnen worden gebruikt. Bij de uitvoeringsvorm 10 zijn de tran-35 sistoren 31 en 32 bijvoorbeeld opgenemen in de dstletie—inrichtingen; 80 0 0 4 35 16 bij andere uitvoeringsvormen kunnen deze transistoren echter worden vervangen door geschikt gekozen weerstanden.

Zoals is aangegeven is de RAM—cel gekoppeld met een niet-vluchtig geheugenelement ik. Eet weergegeven niet-vluchtige ceieiement 5 1U omvat een zwevende poort 2, middelen voor het overdragen van elektronen'naar de zwevende poort, en middelen voor het afnemen van elektronen van de zwevende poort. Verder is het celelemer.t 1k uitgevoerd als een automatische, zelf-regulerende keten, die de mogelijkheid heeft om het aantal bruikbare schrijfcycli in het 10 niet-vluchtige element ik te vergroten. De operaties, waarbij elektronen worden cvergedragen naar de zwevende poort teneinde een geheugen! oest and met relatief negatieve potentiaal te doen ontstaan op de zwevende poort, en waarbij elektronen van de zwevende poort worden afgenomen teneinde de geheugen!oestand met een relatief po-15 sitieve potentiaal te doen ontstaan, vormen de basiscperaties voor geheugenopslag in het niet-vluchtige element ik. Lading wordt getransporteerd naar en afgenomen van de zwevende poort door elek-tronentunnelwerking, hetgeen meebrengt, dat vrijwel geen gelijkstroom wordt afgencmen van de voer de trogrammering dienende hoog-20 spanningsvoeding. Het geringe stroomverbruik ten aanzien van de hoogspanningsveeding biedt de mogelijkheid deze spanning ”op-de-ehip" te genereren en betekent een belangrijke vooruitgang op dit gebied van de techniek. De tunneistroemwerking wordt ondersteund door scherpe eilandvormige onregelmatigheden die in het niet-vluch-25 tige element aanwezig zijn, zodat betrekkelijk dikke oxyden kunnen worden toegepast teneinde de tunnelorganen van de cel te scheiden, terwijl desondanks bij aanvaardbare spanningen tunnelstrcmen van betekenis naar en vanaf de zwevende poert kunnen vloeien. Volgens een andere eigenschap van de onregelmatigheden wordt de tunnel-30 stroom met' een zekere voorkeur in hoofdzaak in een enkele richting geleid, waarbij omkering van ie veldrichting geen symmetrisch tweerichting stroom vloeiïngspatroon tot gevolg heeft. Consequentie hiervan is, dat het niet-vluchtige element ik een daarin ingevoerde geheugentoestand vrijwel volledig zal behouden wanneer als ge-35 volg van een leesoperatie of werking van een naburige cel de elek- 80 0 0 4 35 17 tronische lading van bet element 1^ voortijdig en ongewenst wordt afgevoerd. Aangezier. de werking van het geïllustreerde, niet- g—wu.0-...·— ---------o-- -a sr. c.8 vunne—eigenschappen net betrekking tot polysilicium elenenten, die sier. in fvsisch ct-5 zicht bevinden boven het substraat (dat de statische RAM-cel bevat, die grotendeels afhankelijk is van eigenschappen van het substraat), kunnen de statische RAM-cel en het niet-vluchtige elenent onafhankelijk van elkaar worden geoptimaliseerd. Sen dergelijke combinatie van een statische RAM-cel en het niet-vluchtige elenent, kan der-10 halve door talrijke verschillende technologieën op eenvoudige wijse worden toegepast.

de capaci--eve koppeling oetreft is een van de knoonnunten 29 van de RAM-cel 12 via een capacities'1 ketenelenent 23 net een eapac ^ u e * - s vaar de Ά en een transistor 3, catacitief gekotoeld net 1p net n.u.et—/—uen^-ge geheugens—enent it. net comrlenentaire dataknoot-punt 30 is op soortgelijke wijze capacities'* gekoppeld net het niet-vluchtige element 1k door nidael van de transistor 20 en het cara—.· citieve ketenelenent 17 net een capaciteitswaarde 02. Se verschillende andere koppelelenenten van de keten sullen in het onder-20 staande nader gedetailleerd werden behandeld; het is echter van belang op te nerken, dat de statische RAM-cel 12 uitsluitend capa-citief is gekoppeld net hst niet-vluchtige element 11. Door de koppeling net het niet-vluchtige elenent 1ï worden de flin-flot dataknooppunten 29 of 30 niet belast door een onbalansgelijkstrcon, 25 zodat, de statische PAM—cel 12 in de rusttoestand in een balans-ooes-ann terkeert. zulks betekent een belangrijke verbetering ten opsic.iwe /an de bekende techniek, welke verbetering leidt tot een veroetermg ten aansien van ae bedrijfstoleranties. De in de inrichting 10 ooegepaste elektrodestruktuur en struktuur van de zwe-30 vende poort zijn weergegeven in fig. 1, terwijl fig. 2 illustratief is voor een vereenvoudigd topografisch overzicht van de RAM-cel 12 en net. meu-vluchtige elenent lii, waarbij de diverse componenten vaa de statischs HAM-cel 12 en de niet-vluchtige, elektrisch veranderbare component van de inrichting 10, ssnen net ae bijpassende 35 * · — v-JV- -fn^w-.igen van de diverse transistoren en canacitieve 80 0 0 435 18 elementen, zijn weergegeven. In de fig. 3 en 4 zijn dwarsdoorsneden weer5egeven van gekozen elementen van de in fig. 2 veergegeven corn— aGfw-6, en nada« een oroces*^,af7° "ο^^ de ^aor*1 cag* d° ΐ·»·'—*? v,mg, aie nona_iter wordt aangeduid als "source-drain doting" t heeft plaats gevonden, waardij additionele, dielektrische en metal-j-iene ragen worden toegepast om de inrichting onder toepassing van conventionele procestechnieken en ontwerp van configuratie, te voltooien. De struktuur en werking van het niet-vluchtige element 14 i-xjn m hun algemeenheid reeds in andere voorstellen "beschreven, 10 waarbij verschillende additionele elementen de kopteling vormen met de statische RAM-cel 12. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm 10 zijn bij de zabrieage van het niet-vluchtige element 1k drie lagen 50, o2 en 5¾ van polysilicium toegepast in combinatie met diverse suostraatelementen en als scheidingsmedium fungerende diëlektrika.

15 Alhoewer de geïllustreerde inrichting 10, waarvan de niet-vluchtige cel 14 deer uitmaakt, is gefabriceerd onder toenassing van n—kanaal MOS-technologie, kunnen andere fabricagetechnieken en ontwerpmethoden eveneens worden toegeuast.

Het geïllustreerde niet-vluchtige element (zoals weergegeven 20 in de «.ig· 2 — 4) is vervaardigd op een p—type silicium substraat 11, dat verder een hulpspanningselektrode 7, waarvan het geleid-baarhei&stype tegengesteld is aan dat van het substraat 11, omvat. De hulpspanningseleictrode kan onder toepassing van conventionele technieken, zoais diffusie of ionenimplantatie, worden gevormd.

25 Een thermiscn ozyde it, dat men door toepassing van conventionele technieken laat aangroeien tot een dikte van ongeveer 12C00 £, is voor celisolatiedoeleinden op het substraat 11 aangebracht. Dit osyde wordt vervolgens geëtst in de gebieden waar zich de zwevende poort en het niet-vluchtige element bevinden, en opnieuw geoxydeerd, 30 ter vorming van dunnere cxydelagen 5 en 6, die dienen om het substraat dielektrisch te isoleren ten opzichte van de drie achtereenvolgens neergeslagen, gecciiL igureerde (door toepassing van conventionele fotclithografische technieken), in geëtste en gecxydeerde polysilicium lagen, die de programmeerelektrode 1 , de zwevende 35 poort 2, de wis/cpslagelektrode 3 en andere ketenelementen en ver- 80 0 0 4 35 Λ3 bind i ng 31e idinger, vorder.. s thermische cor'd er p er. 6, die als scheiding fungeren tussen de ?~lysilicium lager, er het substraat, nan men doer toeoasg·'"·*'^ vat corvemorels technieken later aan— groeier, tot eer di:-;te var ongeveer 1000 X, roads bij de geillustreer-5 de uitvoeringsvorm bet geval is. De vaarden var de srbstraardatering en de emydedikte onder de stuurpoorten var de verschillende transistoren, coals korp-l~tarsister 3, kunnen vorden gekozen men het oog op het verkrijg011 vaJa 00u gevenste dreapelspanning , een en ander volgens conventionele ontwerptechnieken, waarbij de roert 10 van de transistorsn reals de transistor £ kan vorden gevormd uit elke polysilicium laag, die consistent is net het ontwerp van de cel.

Be eerste pelysilicium. laag verdt gecxydeerd bij ca. 1000°'C en op de tweede pclysilicius laag wordt een soortgelijke procedure 1 5 toegepast tenemae op de bovenoppervlskken van deze lagen oneffenheden po te vemen, zoals is aangegeven door de begrenzingen van bepaalde gedeelten in de fig. 3 en 1. De aldus gevormde oneffen- ^ cc ii0Q.su fciinneri ββπ gscis;i5ii.ch~hwi.c. iisclDeïi v3.11 es, y x * C Όβ^* ne^ een g0icz.dde-LG.£ casiscreedtss van '^yo λ en een gemiddelde hoog— 20 te van Jo2 ÜL Door deze oneffenheden ontstaan seer sterke velden wanneer relatief geringe spanningen worden aangelegd tussen de overlappende of aan elkaar grenzende pclysilicinm lagen. Wanneer de oneffenheden op een relatief negatieve voorspanning werden gebracht, zijn deze velden voldoende cm de elektronen te injecteren 25 in de relatieve dikke crydelager 12, I3 en bh 'met eer. dikte van 300 — j000 X), terwijl gemiddeld genomen een relatief geringe spanning (bijvoorbeeld 25 V of minder, over het oxyde wordt aangelegd. Wanneer slechts een naburig oppervlak van de pelysilicium lagen oneffenheden heeft, ontstaat een diode-achtig effect, aangezien 30 wanneer de oneffenheden op eer. relatieve positieve hulpspanning morden gebracht, de tunnelwerking van de elektronen vanaf het vlakke oppervlak rist wordt bevorderd. Ir bestaat een skala van mogelijkheden, waarbij nerge—ijme oneffenheden kunnen worden gevormd, zodat men ηιευ beperkt is -et het in, bet voorafgaande daaromtrent omschrs— 35 bi,jzonnare vooroeeln. Deals reeds werd opcemerkt, zijn de ver— 8 0 0 0 4 35 20 schillende polysilicium lagen 50, 52 en -is ie elektroden en de zwevende poort van de inrichting 10 vorsen, ten opzichte van elkaar geïsoleerd door silicium dionvde als diëiektrikum. Zoals is weergegeven in de fig. 2, 2 en l is het overlappende gebied 16, h3, dat zich bevindt tussen de zwevende roert 2 en de programmeer-elektrode 1, het gebied waarin de elektronen vanaf de programmeer-elektrode uitgaande door tunnelwerking via de scheidende oxyaelaag terechtkomen op de zwevende poort, wanneer deze zwevende poort zich op een voldoende hoge relatieve, positieve spanning bevindt.

Het overlappende gebied 25, dat zich bevindt tussen de wis/opslag-poort 3 en de zwevende poort 2 is het gebied, waarin de elektronen van de zwevende poort uitgaande een tunnelwerking via de scheidende ozydelaag i-2 bewegen wanneer op de poort 2 een relatief positieve spanning van voldoende grootte aanwezig is. De poort 3 overlapt het ^ gebied 7> zodat een koppelcondensator 21 is gevormd met een capaci-tantie CC3 die is bepaald door de grootte van het gebied waar overlapping bestaat en de dikte van de isolatie 6, alsook het spanningsverschil tussen de wis/opslagpoort 3 en de hulpspanningselektrode 7, en de doteerdichtheid IT van de hulpspanningselektrode. De zweven-2q de poort 2 overlapt tevens de hulrspannings elektrode 7, er. vormt een koppelcondensator 22 met een caracitantie CC2, die is betaald door de grootte van het overlappend gebied, de dikte van de isolatie 5> het spanningsverschil tussen de zwevende poort 2 en de huln-spanningselektrode 7 5 en de doteerdichtheid IT. Het gebied 9 is een zwaar gedoteerd standaardgebied, dat normaliter wordt gevormd gedurende de procesfaze, waarbij de bron en afvoergebieden van de verschillende transistoren worden gevormd. Het -capacitieve element 25 met een capacitantie CS, het capacitieve element 10 met een ca-pacitantie Csub, en het capacitieve element 18 met een capacitantie 2q Cp zijn in de figuren als zodanig aangegeven er. zijn uitgaande var. eigenschappen van de verschillende van de strukturele elementen van de inrichting 10 gerealiseerd. In dit verband zij opgemerkt, dat de scheiaingscondensator 23 met een totale capacitantie C1 is gevormd tussen de eerste polysiliciun laag en de derde poiysilicium 2^ laag. Deze condensator in combinatie met de capaciteit van de poort 80 0 0435 21 van de transistor 6 ,bewerkstelligt, dat de spanning van net knooppunt 29 langzamer stijgt dan die van hst knooppunt 3C van de 3AM-cel 12,. ged-urende de cpvarmcvclus,(vanneer tevens energie wordt toegevoerd met de not ent i aal /co,·, voortptestein, nat ae transistor 5 20 niet—geleidend is. 3e condensator 17 met een capacitantie C2 is gevormd tussen de eerste poiysilicium laag en 'net substraatge-bied. De totale capacitantie, zoals gevormd door de canimatie van de condensator C2 en de ooortcapaciteit Tan ae transistor 20, is aanzienlijk groter gedimensioneerd dan de totale capacitanties, 10 zoals gegeven door de condensator 01 en de poortcapaciteit van de transistor 3, teneinde te bereiken, dat gedurende ae op vamp er i od s de spanning in het knooppunt 30 langzamer stijgt dan die van het knooppunt 29. De condensator IS met een canacitantie Cp is gevorma tussen ae uit poiysilicium gevormde zwevende poort var. ae transis-15 tor 20 en de eerste poiysilicium laag 50. Deze condensator vormt een struktuur via velke elektronen vanaf de programmeerelektrode 1 van de eerste polysiiiciumiaag 50 deer tunnelverking -minnen beve-gen naar de zwevende poort 2. Een dergelijke tunnelverking vindt plaats vanneer gedurende de "progrsmneerfaze" êen elektrisch veld 20 met een voldoende hoge sterkte over de condensator 13 vordt ontwikkeld. De viscondensator 25 met een canacitantie CE is gevormd tussen de vis/opslagelektrode 3 van de derde poiysilicium laag 54 en de zvevende poort 2, Deze condensator 25 vormt een struktuur via velke eleutronen vanaf de zvevende uoort 2 door tunnelverking kun— 25 nen bewegen naar de vis/opsiageiektrode 3 (visverking). Een derge-lijke tunnelverking vindt plaats vanneer over de condensator 25 een elektrisch veld met een voldoende hoge sterkte vordt ontwikkeld. Condensator 25 koppelt tevens gedurende de urogranmeerfaze een fractie van de potentiaal met de zvevende poort. De condensator 21 30 me» een capacitance CC3 is gevormd tussen de vis/opslagelektnode 3 e.. de m n-1 cuostraat n-geimplanteerde huipspanningselektrcde 7. i^eze _ond=nsator /ormt via de condensator 22 een elektrische neter— tiaalkoppeimg met de zvevende poort 2, vanneer de transistor 3 niet-geieiaena is. De condensator 22 met een capacitantie CC2 35 is gevormd tussen de ziende poert 2 en het gebied van de in het 8 0 0 0 4 35 22 suosoraat n-geinpisnteerde hulpspannings e i ekt r o d e 7· Wanneer de oransisoor 8 zier in een niet—geleidende toestand bevindt, vordt eleuonscne potentiaal vanaf de vis/opslageiekorode 3 (via de condensator 21) gekoppeld set de hulpspanningselektrcde 7, en hier— 5 na vanaf aeze e_eictrods 7 met de zvevende poort 2 (via de caoaci— tantie 22). Indien aan de elektrode 3 spanning vordt aangelegd, vanneer de transistor 8 zich in een geleidende toestand bevindt, vordt de trolpspanningselektrode 7 op aardpotentiaal gehouden, vaar-tij de capacitaaaie 22 de potentiaal, van de zvevende poort dus-10 danig laag houdt, aat over ae condensator 25 een sterk veld kan ontstaan. De condensator 19 niet een capacitantie Csub is een onge-venste, parasitaire p—n—junctiecondensatcr, die gedurende de pro-granmeerfaze de condensator 22 en de condensator 21 van de vis/ opslagsiektrode 3 ontkoppelt. Deze parasitaire capaciteit dient tot 15 een minimum te vorden teruggebraeht. Zoals eerder verd ongemerkt, is de transistor 3 een transistor die de toestand van de RAM-eel 12 detecteert en die het niet-vluchtige element 1^ instrueert cm in afhankelijkheid van de geheugentoestand van de RAM-cei 12 te "programmeren" of te "vissen", teneinde de geheugentoestand van de 20 RAM-cel te kopiëren. De transistor 20 is een transistor die op zijn beurt de toestand van het niet-vluchtige element lh kan doorgeven naar de RAM-cel 12. De functies van deze capacitanties, de condensator 21, de condensator 22, de condensator 17 en de transistoren 8 en 20, vorden in het onderstaande nader behandeld bij de beschrij-25 ving van de verhing van de cel.

Door toepassing van een n-kanaal, silicium poort, drie-pcly-silicium lagen bevattend fabricageproces, is het mogelijk om op economisch verantvoorde vijze een compacte, gemakkelijk te bedienen niet-vluchtige statische RAM-inrichting 10 te vervaardigen, die 30 bijvoorbeeld op microcomputergebied kan vorden gebruikt. Een configuratie van dergelijke geheugeninrichtingen kan vorden toegepast als een conventionele RAM, met een tegen uitvallen van de voeding gegarandeerde data-cpslagcapaciteit (storingsbeveiliging), of als een vluchtige RAM oe gebruiken in combinatie mep een niet-vluchtige 35 ROM. De cel kan ovee onafhankelijke databits opslaan en vel een in 80 0 0 4 35 0*3 de PAM-sectie 12 en een in de niet-vluchtige sectie 14 van elke cel.

Ί7ü-1- Vjc·-1 p ^ p* -a'y***'*?-! c. i ·“· 5.c*c> u.w RAM-c12 2iilc T3.n de HCM-cel 1^· iszi iTiic,cc£on.9C*eiis sn is/t een m-vluchti-ge opslag niet- noodoakeli.ïnervi^s plaat-s vindt cij elke convent 10-5 r.ele PAK—schrijfcyclus. Daarentegen vindt de nien —vluchtige opslag alleen dan plaats vanneer aan de geheugencor.figuratie een opslag-commando vordt gegeven. Bij PAX-eor.figurat i e s, die uit de inrichtingen, zoals 10 zijn samengesteld, kunnen de configuraties vorden gebruikt als een systeem, vaarmade een PAM-dazapatroon kan vorden 10 ingevoerd in de corresponderende niet-vluchtige, een zvevende poert omvattende elementen. In dit verband zij ongemerkt, dat het corresponderende, niet—vluchtige elementgedeelte van de configuratie kan fungeren ais een elektrisch te veranderen, uitsluitend afleesbaar geheugen fp.QM). Het niet—vluchtige element li zal eenvoudigheids— 15 halve in de volgende beschrijving vorden aangeduid als een PGM.

Aangezien data kunnen vorden ongeslagen in het niet—vluchtige P0M-element ll voor toekomstige terugroep naar de PAK—cel 12, kan een-dergeiijke data-cpslagfunetie gevenst zijn voor het geval, dat de energietoevoer in zijn geheel uitvalt of in andere omstandigheden, 20 vaartii bil gebruik van een conventionele PAM de daarin ongebergen data onvermijdelijk verloren zouden gaan.

6Π *hovendien keO Η,Αί—^edeedc^s *12 eiz ks“ P.CM—gec.esl.v6 *! — van de cel met betrekking tot elkaar "transparant" zijn, kan de PAM—sectie in hoofdzaak onafhankelijk van de datatcestand van de 25 ROM-sectie vorden bedreven. Wegens deze eigenschap en de omstandig heid, dat de PAM-sectie de verkelijke datatoestand van de POM-sectie bij herstel van de voedingsenergietoevoer overneemt, kan een arbitrair startprogramma, zoals dat normaliter is opgeslagen in mas-kerprcgrsmmeerbare ROM—inrichtingen, automatisch vorden ingevoerd 30 in de PAM-configuratiesectie van een geheugenconfiguratie, samengesteld uit inrichtingen 1C, vanneer de toevoer van energie voor het systeem vordt hervat. De ongeslagen data of het programma van de ROM kunnen vrij vel oneindig lang ten behoeve van terugroep naar de corresponderende PAM-celler. vorder, vastgehouden. Wanneer de in-35 richting 10 in varking is en energie met een potentiaal Tcc vordt 80 0 0 4 35 2h toegevoerd, aan de RAM-cel "2, kan de geheugentoestand van de statische RAM-sectie 12 vonden overgedragen naar de ROM-sactie Ik, door een enkele cpslagpuls van ca. 25 V aan de vis/cpslagelektrode 3 toe te voeren net gebruikmaking van geschikte stuurketenvocrzie-5 ninger. (niet veer gegeven, die al aan niet in de chin kannen zijn geïncorporeerd. Wanneer de energietoevoer voor de RAM—cel 12 vordt afgebroken, houdt de ROM ik de data vrijwel oneindig lang vast, of totdat de toestand daarvan vordt veranderd. Wanneer de voedings-energie (Vcc) opnieuw wordt toegevoerd aan de statische RAM 12, 10 neemt deze de data van het ROM-gedeeite 1k automatisch en niet-destruktief over. De RAM 12 onthoudt derhalve de toestand, zoals geldend was toen de voedingsenergie werd afgebroken, of meer in bet bijzonder onthoudt deze RAM de toestand, zoals aanwezig was, toen de 25 V opslagccmnandopuis voor het laatst plaat vond.

15 In de In de bedrijfstoestand zal. het knooppunt 29 van de bi- stabiele EAM-cel 12 ofwel een hoge ofwel een lage elektrische potent laait o est and hebben aangenomen, terwijl het knooppunt 30 de tegengestelde elektrische notentiaaltoestand heeft. De capacitieve koppeling tussen de RAM-cei 12 en het niet-vluchtige element Ik 20 is aangetast om de geheugentoestand van de cel 12 te kunnen detecteren, waarbij, uitgaande van een dergelijke detectie, wordt vastgesteld of elektronen moeten worden geïnjecteerd in de zwevende poort 2 of elektronen van de poort 2 moeten worden afgenomen teneinde de geheugentoestand van de RAM—cel 12 over te kunnen nemen. In dit 25 verband zij ongemerkt, dat wanneer bet knooppunt 29 zich cp een hoge potentiaal bevindt, de transistor IS geleidend is, waarbij via de afvoer van de transistor 5 de relatief grote plaat (n-type) van de condensatoren 21 en 22 met aarde wordt gekoppeld. Indien de op-slagpuls van'ca.25 V vordt aangelegd aan de wis/opslagelektrode 3, 30 zal over de condensator 25 een elektrisch veld ontstaan, dat voldoende sterk is em te beverkscèiligen, dat elektronen vanaf de zwevende poort 2 door tunnelverking naar de elektrode 3 bewegen. De zwevende poort 2 is opzijn beurt de poert van de transistor 20. Indien nu voor de gehele keten 10 de energietoevoer uitvalt {alle 35 voedingsspanningen verdwijnen) en vervolgens de RAM-voedingsspanning 80 0 0 4 35 25 7c c vordt hersteld tot ongeveer 5 7, zal de toestand var. het niet-vluchzige element 1^* vorder, overgedragen naar de EAM-cel 12. In dit verhand zij ongemerkt, dat de dspletiebelaszingtransiszcran 3 1 Q O ί T — vt/j λ V»“ ν'i- £,·*-. ~ C * r* cl'** — ** cc** T“ _ I j __w** —*+* »*· — SA1.W—* — ^ ---- —> ^ — *- -«»/—1-» Vw 5 verhogen. Aangezien de transistor 20 echter geleidend is Ode pcoro daarvan is positief opgelader.) en aangezien de capacizartie van het knooppunt 30 in combinatie mee de capacioartie C2 van ie condensator 17 vermeerderd met de pocrteapaciteit van de transisoor 20 groter is dan de eapacitantie van het knooppunt 2Q in ccnbina-10 tie met de capacioanoie CJ van de condensator 23» vermeerderd met de pocrteapaciteit van de transistor 3, zal bij de geïllustreerde uiovoeringsvcrm de potenoiaal van het knooppunt 30 langzamer aangroeien dan die van het knooppunt 29» vanneer het knooppunt 29 een potentiaaivaarde heeft bereikt van ongeveer 1 7, vaartij de krui- 15 selings gekoppelde versoerker in verking zal komen en de pooentiaal van het knooppunt 29 hoog en die van het knooppunt 30 laag doeo vorden. Wanneer daarentegen de octentiaal van heo knooppunt 29 in eerste aanleg laag is, is de transistor 8 uitgeschakeld 'niet-ge-leidend), en as relatief grote n—inversisolaat van de condensatoren 20 21, 22 van de hulpspanningselektrode 7, zal zvevend zijn. Indiër.

een opslagpuls van ongeveer 25 7 vordo aangelegd aar. de vis/’opslag-elekorode 3, zal de coneensaoor 2" via de oor.densaoor 22 potentiaal koppelen met de zvevende poert 2. Tevens zal een gedeelte var. de cpslagspanningspuls van 25 7 via de condensator 25 vorder, gekoppeld 25 met de zvevende pocro 2. Het netoo-effeco is, dat over de condensator 13 een veld oeveeg vordt gebracht, dao soerk genoeg is cm ze bewerkstelligen, dat vanaf de programmeerelekzrode 1 elektronen door tunr. elver king in de zvevende poort 2 te vegen, vaarbij deze zvevende poort negatief vordt geladen. Wanneer de zvevende poort 30 negatief is, zal de transistor 2C uitgeschakeld zijn (niet-geleidend ).

Voor de gehele keten kar. vervolgens de energietoevoer vegvallen er. daarna kan de voedingsspanning 7cc vorder, hersteld. Evenals in net voorafgaande geval zullen de zransistoren 31 en 32 de neiging 35 hebben om de potentialen van de knooppunten 29 er. 30 omhoog te 80 0 0 4 35 2o brengen. In dit geval is echter de capaciteitie van het knooprunt -9 vermeerderd met de eapacitantie Cl van de condensator 23, vermeerderd met de poortcapaciteit van de transistor 5, groter dan de eapacitantie van het knooppunt 30 (transistor 2C is uitgescrake"'d'1.

5 Het knooppunt 3C tal derhalve een potentiaal hebben die enigszins hoger is dan die van het knooppunt 29, zodat de kruislings gehompelde versterker in verhing zal komen en de potentiaal van het knooppunt hoog en die van het knooppunt 29 laag zal doen verden, evenals het geval vas toen voordien een onslagpulsccmnando verd 10 gegeven teneinde de PJ-M-toestand ever te dragen naar het de zwevende poort bevattende element ik.

Hieruit blijkt, dat vanneer de inrichting 10 in werking is, en de RAM-cei 12 zich in een bepaalde geheugentcestand bevindt (potentiaal van het knooppunt 29 is hoog en de potentiaal van het j5 knooppunt 30 is laag, of omgekeerd), de ROM-sectie ik die toestand sal ©vernemen, zodanig dat hij herstel van de voedingsenergietoevoer de RAM-celsectie 12 deze zelfde toestand direkt vanaf de RCM-sectie 1- sal oerugkopiëren.

Voor het vanuit de niet-vluchtigs RCM-cel Ik terugroeren van 20 data met bestemming de RAM-eel 12, wanneer de sranningstoeveer Vcc wordt hersteld, dienen aan verschillende capaciteitsrelaties te zijn voldaan. Voor het vanuit de cel Ik terugroepen van dara voor He cel 12 onder circuittoestanden, waarbij de transistor 20 is uitgeschakeld, dient de eapacitantie Cl van de condensator 23, ver-25 meerderd met de poortcapaciteit van de transistor S groot genoeg te zijn om te verzekeren, dat de potentiaal van het knoorpunt 29 steeds langzamer zal optrekken dan die van het knoerrunt 30, als00^ om te bewerkstelligen, dat de kruislings gekoppelde versterker van de RAM-cel 12 de potentiaal van het knooppunt 29 laag (uit) en He 30 potentiaal.van het knooppunt 30 hoog (aan) doet zijn.

Voor het vanuit de RCM-cel ik terugroepen van data voor de RAkk" cel 12 en in een situatie, waarbij de transistor 20 is ingesehakeiH, ment de eapacitantie C2 var. de condensator 17, vermeerderd met aS poortcapaciteit var. de rransistor 20 dusdanig groter te zijn dan ae 35 eapacitantie C1 van de condensator 23, vermeerderd met de roem- 80 0 Ö 4 35 27 capaciteit Tar* de transistor 3, dat de kruislings gekoppelde versterker var* de HAM—cel. 12 verkram is on de porem raai var. het knocppung 30 laag er. de porer.riaal var. her knocppum 2? hoog te naken. Bruikbare capaoireitsvaarder voor deze eapacizeizen var de 5 geïllustreerde uirvoerirgsvom 10 zijn als volgt : knooppunt 29 ongeveer C,1C picofarad knooppunt 30 (net transistor 20 ingeschakeld) ongeveer 0,20 picofarad knooppunt 30 jner transistor 20 uirgeschakeld) ongeveer 10 0,05 picofarad

De beschreven riet-vluehtige, statische RAM-cel heeft revers verdere voordelen er vel als gevolg van de aanwezigheid var. een zelf—regulerende en conuenserer.de keren die aanwezig is in de niet-vluchtige inrichtina en die eren is gerichr on her aantal bruikbare 15 cycli in de niet—vluchtise inrichting, zoals beschreven in oudere voorstellen, te verhogen, zoals reeds engenerkt, kar. een configu- 273/t2.6 *yS,22 00Ü 3,322723.1. V327 0.62756.1.2.7^10 ^02101156222.21272.0077)2.-1^022. 022 60Ώ— voudige vijze werden gevomd ou eer. als substraar dienende chip TO2_0.Qö21G.Λ 2212270^16^0220^00^0Z.^ll*'^60 6^ iOO'vrV*6,*,Ï2 n 2202.22^02^ 020 6022.

20 niet-vluchtige, adresseerbare, statische RAM-inrienting te vemen. De data van de RAM-sectieocnfiguratie ir. zijn geheel genoner. kunnen on eenvoudige wijze worden overgedragen naar de corresoonderen-de ROM-sectiecor.figuratie en bij herstel van de voedingsenergie-toevoer voor de RAM—configuratie opnieuw worden gekopieerd voor 25 deze RAM—configuratie.

Alhoewel de onderhavige uitvinding in her bijzonder is beschreven met verwijzing naar de geïllustreerde uitvoeringsvorm, zal her duidelijk zijn, dat verschillende wijzigingen, andere uitvoeringsvormen en adapraties mogelijk zijn zonder het kader van de uit-30 vinding te verlazen.

80 0 0 4 35

Claims (9)

1. 2. Geheugencel, deel uitmakend van een geheugeninrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de vluchtige geheugencel is uitgevoerd als een histahiele, kruislings gekoppelde flip-flot-geheugen-cel.
2. 3. Geheugencel, deel uitmakend van een geheugeninrichting volgens g,- conclusie 1 met het kenmerk, dat de geheugencel is uitgevoerd als een zes-transistoren omvattende, n-kanaai statische geheugencel met vrije toegankelijkheid. ii. Geheugencel, deel uitmakend van eer* geheugeninrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de geheugencel is uitgeveerd als een vier-transistorer» omvattende, n-kanaal statische geheugencel met vrije toegankelijkheid.
3. 5. Geheugencel, deel uitmakend van een geheugeninrichting volgens conclusie 1 met hst kenmerk, dat genoemde geheugencel is uitgevoerd als een zes-transistoren omvattende CMCS/SC5 statische ge- 80 0 0 4 35 V a*i«> r-O·**» ^ Ο*’ ^ '’’-‘ν' ** t Α — /-iöirAV'V’A."!'-! V^ Α** ^ ^Cul^S—wS- * - -V w vjv5««*«^ u*«·— £^ Gsbexigence—3 ceel. xii.dis-k.enc. vsn een veneussmumcixting vc—gens /'orrt",,5'' a * '""A” kenn^’^k3 d.sx ^enoenc.e srerexiïcencel- is ntss·- voerd als een zes—transistoren omvattende massa CMOS statische ge— 5 heugencel net vrije toegankelijkheid.
4. 7. Geheugencel, deel uitmakend van een geheugeninrichting volgens conclusie 1 net het Ismerl:, dat genoemde geheugencel is uitge-voerd als een dynamische geheugensel,
5. 8. Geheugensel, deel uitnakend van een geheugeninrichting volgens 1C conclusie 1 -net het kenmerk, dat het genoemde niet-vluchtige geheu- gencrgaar. een aantal elektroden omvat, vaardig tenninste avee van G.SZ° 0l8^xrodar' Λη ^Snosuc-S %sno. s neem eijn xi^ngevoeirc. ns"t· iris lagen van tolysiliciun.
6. 9· Cel, deel uitnakend van een geheugeninrichting volgens conclu— 15 sie 1 net het kenmerk, dat oneffenheden zijn aangebraeht ter bevordering van een elektrcnenbeveging naar en vanaf genoemde, als z"W"svsxig.θ noem ^u.iisjs^'sriG.s ^sZ-si—sncdmcnonv xrsn beb sjsnosue.c mst/— vluchtige geheugenergaan,
7. 10. Cel, deel uitmakend van een geheugeninrichting volgens conclude sie 1 met het kenmerk, dat toevoer van een enkele, als "opslag"- spanning bedoeld stuursignaal aan de cel bewerkstelligt, dat de inhoud van genoemde vluchtige geheugencel wordt overgedragen naar het genoemde niet-vluchtige geheugenergaan.
8. 11. Cel, deel uitmakend van een geheuseninrichting volgens conclu— 2p sie 1, en opgenomen in een geïntegreerde ketenconfiguratie met een aantal soortgelijke cellen.
9. 12. Werkwijze voer het niet-vluchtig opslaan van binaire informatie in een geïntegreerde halfgeleiaerketen, met het kenmerk, dat een van de twee binaire geheugentoestanden van een vluchtige halfge- 30 leidergeheugsneel, waarin binaire informatie is opgeslagen, langs capacitieve weg wordt gedetecteerd, op een dielektrisch geïsoleerde, als zwevende poort fungerende geleider, wordt aangebracht een voorafbepaalde van twee elektrische ladingsniveaus, corresponderende met genoemde lenss canacitieve weg sedetecteerde geheugentoe— 35 stand van genoemde vluchtige geheugencel en zonder dat de geheugen- 8 0 0 0 4 35 toestand van genoemde vluchtige geheugencel wordt veranderd, waarna langs capacitieve weg een van de twee ladings niveaus var. genoemde als owevende voort fungerende geleider worde gedetecteerd, en genoemde vluchtige geheugencel wordt, gebracht in die ene van de 5 twee geheugentoestanden, die dezelfde is als die var. genoemde als üoort falingez*ene.9 gelsicleir. 80 0 0 4 35