DE2432352A1

DE2432352A1 - Halbleiterspeicher

Info

Publication number: DE2432352A1
Application number: DE2432352A
Authority: DE
Inventors: Norio Endo; Yoshio Nishi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-07-05
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2236247A1; DE2432352B2; FR2236247B1; GB1429604A; US4019198A; CA1025555A; JPS5024084A; DE2432352C3

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann 2432352

Dr. R. Koenigsberger - DIpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 22 53 41 TELEX529979 ■ 8 MÜNCHEN 2. TELEGRAMME: ZUMPAT BRAUHAUSSTRASSE 4

POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139-809, BLZ 700100 80

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER KTO.-NR. 397997, BLZ 700306 00

3/Li
49P311-3

Tokyo Shibaura Electric Co.,Ltd.,Kawasaki-shi

Japan

Halbleiterspeicher

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterspeicher, insbesondere einen energieunabhängigen Halbleiterspeicher, der seine Speicherfunktion erfüllt, indem er elektrische Ladungen zwischen zwei Isolierfilmen einfängt.

Ein derartiger energieunabhängiger Speicher mit zwei Isolierfilmen ist unter der Bezeichnung MNOS-Speicher (Silizium-Metall, Silizium-Nitrid, Siliziumdioxyd-Halbleiter) bekannt, bei dem ein zweischichtiger Aufbau aus einem Siliziumnitridfilm und einem Siliziumdioxydfilm als Gate-Isolierschicht verwandt wird«, Bei einem solchen MNOS-Speicher ist die gespeicherte binäre Information durch die elektrische Ladungsmenge bestimmt, die an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumdioxydfilm und dem Siliziumnitridfilm oder im Siliziumnitridfilm in der Nähe der

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Grenzfläche eingefangen ist. Die gespeicherte Ladungsmenge kann jedoch als Information nicht durch eine direkte Messung bestimmt werden. Die gespeicherte Information wird durch einen Ein-Aus-? Betrieb des Transistors ausgelesen, wobei als Vergleichsspannung eine Spannung zwischen den Schwellenspannungen verwandt wird, die sich mit der gespeicherten Ladungsmenge ändern. Beispielsweise entspricht bei einem P-Kanal-Transistor die binäre Information den beiden folgenden Schwellenspannungen:

"0" eine niedrig-bemessene Schwellenspannung,(d.h.der absolute Wert der Schwellenspannung ist kleiner als der der Vergleichsspannung)

"1" eine hochbemessene Schwellenspannung,(d.h. der absolute Wert der Schwellenspannung ist größer als der der Vergleichsspannung).

Dabei bezieht-sich "0" auf das Schreiben des Informationswertes "0" oder auf das Löschen und "1" auf das Schreiben des Informationswertes "1" oder nur das Schreiben.

Das Schreiben des Wertes "1" wird dadurch erreicht, daß an das Gate eines Transistors eine Spannung, die unter einer Spannung liegt, die an Source, Drain und Substrat des Transistors angelegt ist, d.h. eine negative Spannung gegenüber Source, Drain und Substrat gelegt wird. Das Schreiben von "0" erfolgt auf eine der beiden folgenden Weisen. Die erste Möglichkeit besteht darin, an das Gate des Transistors eine positive Spannung oder eine Spannung anzulegen, die über der an Source, Drain und Substrat gelegten Spannung liegt. Die zweite Möglichkeit besteht darin, an Source und Drain des Transistors eine Spannung anzulegen, die kleiner als die an Gate und Substrat gelegt Spannung ist, die zusammengeschaltet sind. Bei dem zweiten Verfahren tritt ein Lawinendurchbruch an den P^N-Übergängen zwischen den Source- und Drainbereichen und dem Substrat infolge der an Source und Drain des Transistors gelegten Spannung auf, so daß heiße Elektronen erzeugt werden, die in den Teil des Gate-Be-

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reiches injiziert werden, so daß das ^"-Schreiben in Form des sogenannten Lawinendurchbruchsschreibens erfolgt. Das hat dieselbe Wirkung, als wenn an das Gate des Transistors eine Spannung angelegt würde, die höher als die an Source, Drain und Substrat gelegie Spannung ist. Die Zustände "0" und "1" werden ohne jede Spannungsversorgung von einer'Energiequelle aufrechterhalten, so daß diese Informationen in diesem Sinn von Natur aus Energie-unabhängig sind. Eine eingeschriebene Information wird dadurch ausgelesen, daß nach dem "0"-Schreiben eine solche Spannung angelegt wird, die eine den Wert "1" repräsentierende Spannung nicht in eine den Wert "0" repräsentierende Spannung ändert und umgekehrt.

Im folgenden wird der Unterschied zwischen den oben erläuterten zwei Arten des "O"-Schreibens anhand eines Beispiels erläutert.

Es wird angenommen, daß der Speicher von einem MNOS-Transistor gebildet wird, der aus einem N-Siliziumsubstrat mit einer Stör-

15 —"5 + Stellenkonzentration von etwa 1 χ 10 cm , aus P -Source- und Drainbereichen, die auf einer Seite des Substrates ausgebildet

20 -^ sind und eine StörStellenkonzentration von etwa 1 χ 10 cm aufweisen, einer doppellagigen Gate-Isolierschicht, die zwischen den Source- und Drainbereichen ausgebildet ist und aus einem

Siliziumdioxydfilm mit einer Dicke von etwa 20 A und einem

¹ O

Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von etwa 500 A besteht, die auf der genannten Seite des Substrates zwischen den Source- und Drainbereichen ausgebildet ist, und einer beispielsweise aus Aluminium gebildeten Gate-Elektrode besteht.

Wenn ein Spannungsimpuls mit einer- Impulsbreite von 10-|is uiid einer Größe von -35V, bezogen auf Source, Drain und Substrat, die zusammengeschaltet sind, an das Gate angelegt wird, wird eine Durchbruchsspannung von etwa -7 V erhalten und das Schreiben des Viertes "1" erreicht» Wenn'in diesem Zustand ein Spannungsimpuls mit einer Größe von +35 V und einer Impulsbreite von

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10 με an das Gate angelegt wird, wird eine Durchbruchsspannung von etwa +2 V erhalten. Das Lawinendurchbruchsschreiben des ¥ertes "O" erfolgt auf die folgende Weise.

Wenn ein Spannungsimpuls mit einer Impulsbreite von 10 με und einer Größe von -45 V, bezogen auf Gate und Substrat des auf "1" geschriebenen Transistors, dessen Schwellenspannung bei etwa -7 V liegt, an Source und Drain angelegt wird, ändert sich die Schwellenspannung des Transistors auf etwa + 2 V und wird eine Löschung erreicht. Das Lawinendurchbruchsschreiben des Wertes "0" hängt nicht von der Impulsbreite des angelegten Spannungsimpulses ab. Selbst wenn der Spannungsimpuls eine Impulsbreite von beispielsweise 500 ns hat, kann der Wert "O" ohne eine wesentliche Änderung der Schwellenspannung geschrieben werden.

Bei dem oben beschriebenen Speicher erfolgt das Schreiben des Wertes "0" sowie des Wertes "1" dadurch, daß an das Substrat ein unipolarer Spannungsimpuls angelegt wird. Selbst wenn der Speichertransistor und die zugeordneten Schaltkreise im selben Substrat integriert ausgebildet sind, ist keine spezielle Einrichtung erforderlich, um die Schaltelemente vom Substrat elektrisch zu trennen, was einen erheblichen Vorteil darstellt.

Trotz des oben genannten Vorteils hat der MNOS-Speicher den ernsten Nachteil, daß eine hohe "0"-Einschreibspannung erforderlich ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es notwendig, daß die Länge eines Kanales so klein wie möglich gemacht wird, daß die Source- und Drainbereiche tief ausgebildet werden, und daß die Dicke der Siliziumnitridschicht geringer gemacht wird, als es bei dem oben beschriebenen Beispiel der Fall ist. Um diesen Erfordernissen so weit wie möglich zu genügen, wurde ein Transistor mit einer Kanallänge von etwa 4 μΐη und einem Gate-

film aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von 200 A entwickelt. Wenn bei einer Schwellenspannung im "1"-Zustand bei etwa -3»2 V eine Lawinendurchbruchs-Schreibspannung für den Wert "0" von

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-25 V angelegt wurde, änderte sich die Schwellenspannung auf + 2 V, so daß das Schreiben des Wertes "0", d.h. ein Löschen, erfolgte. Es ist in diesem Falle möglich, die "O"-Einschreibspannung relativ klein zu halten. Die im "1"-Zustand auftretende Schwellspannung, d.h. ihr absoluter Wert, ist jedoch merklich geringer, so daß der Unterschied zwischen der Schwellenspannung im "1"-Zustand und im "O"-Zustand gering ist. Es ist daher sehr schwierig, eine Auslesespannung festzulegen.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, einen Halbleiterspeicher zu liefern, der einen solchen Aufbau aufweist, daß er,ohne daß eine hochentwickelte Technik erforderlich ist, herstellbar ist, und bei dem die Einschreibspannung herabgesetzt werden kann, ohne den Unterschied in den Schwellenspannungen im "1"-Zustand und" im "O"-Zustand .sehr klein zu machen.

Dazu wird erfindungsgemäße ein Energie-unabhängiger Halbleiterspeicher vorgeschlagen, der aus einem Halbleitersubstrat von einem Leitungstyp mit einer Störstellenkonzentration von weniger als 10 Atome/cm , aus Source- und Drainbereichen, die im Abstand voneinander auf einer Seite des Halbleitersubstrates ausgebildet sind und P⁺N-Übergänge mit dem Substrat bestimmen, aus einem ersten Isolierfilm, der auf der genannten Seite des genannten Halbleitersubstrates und zwischen den Source- und Drainbereichen ausgebildet ist, um eine Leitung der ankommenden elektrischen Ladungen zur Oberfläche infolge des Tunneleffektes zu ermöglichen, aus einem zweiten Isolierfilm, der auf dem ersten Isolierfilm ausgebildet ist, um die ankommenden elektrischen Ladungen einzufangen, und aus einer Störstellen-Diffusionsschicht besteht, die auf der genannten Oberfläche des Substrates ausgebildet ist, so daß sie wenigstens den Source- oder den Drainbereich umgibt, und die vom gleichen Leitungstyp, wie das Halbleitersubstrat ist, eine StörStellenkonzentration von mehr als 10 Atomen/cm im Bereich der maximalen Störstellenkonzentration und eine Breite von unter 1 μπι aufweist.

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Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterspeicher ist die Diffusionsschicht mit hoher Störstellenkonzentration aus den folgenden Gründen in einer Breite von unter 1 μπι ausgebildet. Wenn an die Source- und Drainbereiche eine negative Spannung angelegt wird, bildet sich eine Verarmungsschicht hauptsächlich auf der Seite der Schicht mit hoher StorStellenkonzentration, und anschließend folgt ein Lawinendurchbruch, wodurch eine Injektion von hochenergetischen Elektronen in die Gateschicht auf der Schicht mit hoher StörStellenkonzentration verursacht wird und damit ein Lawinendurchbruchssehreiben des ¥ertes "0" bewirkt wird. Versuche haben gezeigt, daß die Diffusionsschicht mit hoher Störstellenkonzentration eine Störstellenkonzentration von mehr als

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10 cm und eine Breite von unter 1 μΐη für eine .Injektion von Elektronen in die Gateschicht bei einer geringen Einschreibspannung haben muß.

15 -3 Wenn die StörStellenkonzentration des Substrates über 10 cm ^J liegt, wird der absolute Wert der Schwellenspannung vom praktischen Standpunkt aus unangenehm hoch. Wenn die Störstellenkon-

15 -3 zentration des Substrates unter 10 ^ cm liegt, kann in Verbi dung mit einer Diffusionsschicht hoher Störstellenkonzentration von übe

werden.

15 -"3

zentration des Substrates unter 10 ^ cm liegt, kann in Verbinner D

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von über 10 'cm die Durchbruchssehreibspannung kleiner gemacht

Der Bereich hoher Störstellenkonzentration wird mit Hilfe eines Diffusionsverfahrens so ausgebildet, daß seine Störstellenkon-

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zentration oberhalb von 10 cm liegt. Dieser Bereich hoher StörStellenkonzentration hat eine Störstellenverteilung, bei der die StörStellenkonzentration auf das Innere des Substrates hin abnimmt. Aus diesem Grunde tritt ein Lawinendurchbruch an der Oberfläche der Schicht hoher Störstellenkonzentration, an der die höchste Störstellenkonzentration herrscht, auf. Als Folge davon werden elektrische Ladungen leicht in der Gate-Schicht eingefangen, die mit der Oberfläche der Schicht hoher Störstellenkonzentration in Berührung steht, was eine Verringerung der Ein-

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Schreibspannung möglich macht.

Bisher wurde die Schicht hoher Störsteilenkonzentration,jedoch gleichen Leistungstyps wie das Substrat, mit Hilfe eines Ionenimplantationsverfahrens zwischen den Source- und Drainbereichen ausgebildet. Bei diesem Verfahren kann die Übergangs-Durchbruchsspannung in vorteilhafter Weise herabgesetzt werden. Es ist jedoch unmöglich, die Einschreibspannung zu verringern. Der Grund dafür liegt darin, daß ein Lawinendurchbruch im Inneren des Substrates infolge des unmerklichen Unterschiedes in der Störstellenkonzentration zwischen der Oberfläche der Schicht hoher StörStellenkonzentration, die in dieser Weise mit Hilfe des Ionenimplantationsverfahrens ausgebildet ist,und dem Bereich im Abstand von dieser Oberfläche stattfindet.

Im folgenden werden beispielsweise bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterspeichers;

Fig. 2 zeigt in einer Graphik einen Vergleich der elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer bekannten Vorrichtung;

Fig. 3 und 4 zeigen Schnittansichten durch weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Speichers.

Bei der ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Source- und Drainbereiche 11 und 12 in einem bestimmten Abstand auf einer Seite eines Siliziumsubstrates 10 vorgesehen, das

15 -3 eine Störstellenkonzentration von unter 10 cm aufweist. Zwischen diesen Bereichen 11 und 12 kann sich an der Substratoberfläche ein Kanal ergeben. Die Source- und Drainbereiche 11 und 12 sind vom P⁺-Leitungstyp mit einer hohen Störstellenkonzentration. Zwei Diffusionsschichten 13 vom N -Leitungstyp weisen eine Breite von weniger als 1 μΐη und eine Störstellenkon-

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zentration von mehr al 10 cm auf und sind so ausgebildet, daß sie den Sourcebereich 11 und den Drainbereich 12 umgeben, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Zwischen der Diffusionsschicht 13 und dem Sourcebereich sowie zwischen der Diffusionsschicht 13 und dem Drainbereich befinden sich P⁺N⁺TÜbergänge. Ein erster Isolierfilm 14 ist auf der Substratoberfläche zwischen dem Sourcebereich 11 und dem Drainbereich 12 ausgebildet. Der Isolierfilm 14 weist eine Dicke auf, die den Elektronenzugang zur Oberfläche oder in die Nähe der Oberfläche infolge des Tunneleffektes während des Schreibvorganges gestattet. Auf dem ersten Isolierfilm 14 ist ein zweiter Isolierfilm 15 ausgebildet. Der zweite Isolierfilm 15 bildet zusammen mit dem ersten Isolierfilm 14 eine Gate-Schicht 16. Das Material und die Dicke dieser Gateschicht 16 sind so gewählt, daß die zur Oberfläche des ersten Filmes 14 gelangenden Elektronen eingefangen werden können. Eine Sourceelektrode 17, eine Drainelektrode 18 und eine Gateelektrode 19 sind auf dem Sourcebereich 11, dem Drainbereich 12 und der Gate- -Schicht 16 jeweils unter Verwendung von Aluminium ausgebildet.

Jedes Element eines so aufgebauten Halbleiterspeichers kann wie folgt ausgebildet sein:

Das Halbleitersubstrat 10 ist ein Siliziumsubstrat mit einer

Λ Ll ^

Störstellenkonzentration von 10 Atomen/cnr und einem spezifischen Widerstand von 200-il*cm. Die Diffusionsschichten 13 werden dadurch ausgebildet, daß Phosphor in das Substrat durch eine Diffusionsmaske eindiffundiert wird, die bei der Ausbildung der Source- und Drainbereiche verwandt wird. Dann werden durch Eindiffundieren von Bor in die Diffusionsschichten 13 die Source- und Drainbereiche 11 und 12 gebildet. Wenn Störatom? wie Bor und Phosphor, mit unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten verwandt werden, können die Bereiche 11 und 12 und die Diffusionsschicht 13 gleichzeitig mit Hilfe einer Simultandiffusion ausgebildet werden. Die Source- und Drain-

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bereiche 11 und 12 weisen eine Tiefe von etwa 0,6 μπι auf,und die Diffusionsschicht 13 mit hoher Störstellenkonzentration hat eine Breite von 0,6 μπι und eine Störstellenkonzentration von

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3 χ 10 'cm ^J an der Stelle der maximalen Störstellenkonzentration. Der Bereich der maximalen Störstellenkonzentration in der Diffusionsschicht 13 wird gewöhnlich entsprechend der oben beschriebenen Herstellungsweise in der Nähe der P-N-Übergänge ausgebildet. Der Abstand zwischen dem Sourcebereich 11 und dem Drainbereich 12, d.h. die Länge eines Kanales, beträgt 6,8 μπι. Der erste Isolierfilm 14 kann bei dieser Ausführungsform in einer

Dicke von 16,5 A mit Hilfe einer thermischen Oxydation aus Siliziumdioxyd gebildet sein. Der zweite Isolierfilm 15 kann in einer Dicke von 400 A durch eine Reaktion von SiHCl^ mit NH, bei 900⁰C aus Siliziumnitrid gebildet sein.

Im folgenden wird die Arbeitsweise, eines solchen Energie-unabhängigen Halbleiterspeichers erläutert.

Um ein Lawinendurchbruchsschreiben von "0" zu erreichen, wird zunächst ein bezüglich des Siliziumsubstrates 10 und der Gate-Elektrode 19 negativer Spannungsimpuls'an Source und Drain gelegt. Der Spannungsimpuls hat eine Größe, die ausreicht, um einen Lawinendurchbruch zwischen dem Siliziumsubstrat 10 und dem Sourcebereich 11 sowie zwischen dem Siliziumsubstrat 10 und dem Drainbereich 12 hervorzurufen. Beispielsweise kann ein Spannungsimpuls mit einer Größe von -35 V und einer Impulsbreite von 10 με angelegt werden. Wenn ein solcher, bezüglich des Siliziumsubstrates 10 und der Gate-Elektrode 19 negativer Spannungsimpuls an Source und Drain angelegt wird, so wird ein Lawinendurchbruch hervorgerufen, so daß Ladungsträger, d.h. Elektronen und Löcher mit hohen Energien, größtenteils in der Schicht 13 hoher Störstellenkonzentration erzeugt werden. Da an der Gate-Elektrode 19 ein positives Potential liegt und der Siliziumdioxydfilm 14 eine Breite aufweist, die kleiner als die Strecke ist, auf die der Tunneleffekt einwirkt, werden die Elektronen

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unter den Ladungsträgern durch den ersten Isolierfilm 14 in die Gate-Schicht 16 geleitet und am Übergang oder in der Nähe des Überganges zwischen dem ersten Isolierfilm 14 und dem zweiten Isolierfilm 15 eingefangen, wodurch das Einschreiben von "0" vollendet wird. Die eingefangenen Elektronen können in horizontaler Richtung in der Gate-Schicht infolge der Isoliereigenschaft der Filme 14 und 15 nicht bewegt werden und sind lediglich über der Schicht 13 hoher Störstellenkonzentration verteilt. Die zu diesem Zeitpunkt bestehende Schwellenspannung beträgt 2 V.

Im folgenden wird das Einschreiben des Wertes "1" erläutert·

Bei mit dem Siliziumsubstrat 10 zusammengeschalteten Source- und Drainbereichen 11 und 12 wird ein Spannungsimpuls mit einer Größe von beispielsweise -30 V, bezogen auf diese Bereiche und das Siliziumsubstrat, und einer Impulsbreite von 5 [is an das Gate 19 gelegt, um die in der Gate-Schicht 16 während des ¹¹O"-Einschreibvorgangs eingefangenen Elektronen durch die Siliziumdioxydschicht 14 in das Siliziumsubstrat 10 wandern zu lassen, wodurch das Schreiben des Wertes "1" abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Schwellenspannung -6 V.

Während des Lesevorganges wird der Wert "0" oder "1" in Abhängigkeit davon bestimmt, ob ein Source-Drain-Strom fließt oder nicht.

Fig. 2 zeigt einen Vergleich der Charakteristiken des oben beschriebenen Energie-unabhängigen Halbleiterspeichers und eines herkömmlichen MNOS-Speichers ohne Diffusionsschicht hoher Störstellenkonzentration. Der herkömmliche Speichernder für diesen Vergleich herangezogen wird, ähnelt dem erfindungsgemäßen Speicher mit der Ausnahme, daß der erste Isolierfilm eine Dicke von 505 A und der zweite Isolierfilm eine Dicke von 16,8 A aufweist.

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In der graphischen Darstellung von Fig. 2 sind die Schwellenspannung in V auf der °rdinate und die Einschreibspannung in V auf der Abszisse aufgetragen. Die Charakteristik des erfindungsgemäßen Speichers ist durch die Linie A und schwarze Punkte dargestellt, während die Linie B und helle Punkte die Charakteristik des herkömmlichen Speichers zeigen.Aus dieser Graphik ergibt sich, daß die "O"-Einschreibspannung um etwa 10 V geringer als beim herkömmlichen Speicher sein kann.

Bei dem oben beschriebenen Speicher sind die zwei Diffusionsschichten hoher StörStellenkonzentration so ausgebildet, daß sie den Sourcebereich und den Drainbereich umgeben. Die Diffusionsschicht kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß sie entweder den Source- oder den Drainbereich umgibt. Ein Beispiel dafür wird im folgenden anhand der Fig. 3 erläutert.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Schicht 13 mit hoher StörStellenkonzentration, einer Breite von 0,6 μπι -und einer Störstellenkonzentration von 10 cm ^J auf einer Seite eines Siliziumsubstrats 10 ausgebildet. Um einen Sourcebereich 11 -herum ist jedoch, wie im Falle eines herkömmlichen Speichers, keine Schicht hoher Störstellenkonzentration ausgebildet. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen gleich dem des in Fig. 1 dargestellten Halbleiterspeichers.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Halbleiterspeicher werden Elektronen nur in dem Teil der Gate-Schicht 16 eingefangen, die sich oberhalb des Bereiches der Schicht 13 hoher Störstellen- ' konzentration befindet. Der sich ergebende Unterschied zwischen den Schwellenspannungen wird kleiner als bei einem Speicher mit zwei Schichten hoher StörStellenkonzentration, allerdings kann das Einschreiben von "0" bereits dadurch erfolgen, daß nur an den Drainbereich eine negative Spannung angelegt wird.

Der erste und der zweite Isolierfilm, die die Gate-Schicht Ml-

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den, müssen nicht notwendigerweise eine gleiche Dicke aufweisen, sondern können beispielsweise so, ausgebildet sein, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Halbleiterspeicher weist der erste Isolierfilm 14 einen dicken Abschnitt 14a und einen dünnen Abschnitt 14b und einen Übergangsabschnitt zwischen dem dicken und dem dünnen Teil auf, der sich nahezu in der Mitte des zwischen Source-und Drainbereich 11 und 12 ergebenden Kanales befindet. Der dicke Abschnitt 14a ist mit einer Dicke von

etwa 1000 A' auf der Seite des Drainbereiches ausgebildet, während sich der dünne Abschnitt 14b mit einer Dicke von etwa

16,5 A auf der Seite des Sourcebereiches befindet. Der Siliziumdioxydfilm 14 weist daher eine Stufe auf. Ähnlich weisen der Siliziumnitridfilm 15 und die Gate-Elektrode 19 eine Stufe auf, obwohl sie eine einheitliche Dicke haben.

Das Einschreiben der Werte "0" und "1" erfolgt bei dem in Fig. dargestellten Halbleiterspeicher auf dieselbe Weise, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Die Schwellenspannung im "0"-Zustand wird durch den dicken Abschnitt 14a des ersten Isolierfilmes 14 bestimmt und beträgt etwa -2 V, wenn

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das Substrat eine Störstellenkonzentration von etwa 10 cm aufweist. Da sich die Schwellenspannung selbst beim Einschreiben von "1" und beim Einschreiben von "0" nicht ändert, kann beim Lawinendurchbruchsschreiben von "0" ein negativer Spannungsimpuls nur an den Bereich angelegt werden, der sich neben dem dünnen Abschnitt des Siliziumdioxydfilmes befindet, in diesem Falle an den Sourcebereich 11.

Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterspeicher können die Source- und Drainbereiche und der Bereich hoher Störstellenkonzentration nach der Ausbildung einer Gate-Schicht und einer Gate-Elektrode gebildet werden. In diesem Fall kann die Gate-Elektrode unter Verwendung von polykristallinem Silizium oder einem hochschmel-

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zendem Metall, wie Molybdän, Wolfram usw. anstelle von Aluminium gebildet werden. Vorzugsweise wird die Gate-Elektrode als Maske verwandt, durch die Störatome eindiffundiert werden können, um die Source- und Drainbereiche und die Diffusionsschicht hoher Störstellenkonzentration zu bilden. Wenn Störatome in dieser Weise nach der Ausbildung der Gate-Elektrode eindiffundiert werden, kann der Flächenbereich der Überlappungsbereiche zwischen dem Sourcebereich und dem Gatebereich und zwischen dem Drainbereich und dem Gatebereich kleiner gemacht werden, wodurch der Halbleiterspeicher als Ganzes kleiner wird.

Der oben beschriebene erfindungsgemäße Halbleiterspeicher ist nicht auf einen P-Kanaltyp beschränkt, er kann natürlich auch in Form eines N-Kanaltyps ausgebildet sein. Anstelle des Siliziumnitridfilmes kann ein Aluminiumoxydfilm oder ein Film aus einer Tantaloxyd-Aluminiumoxyd-Mischung verwandt werden, falls ein solcher Film in der Lage ist, Elektronen einzufangen.

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Claims

Patentansprüche

(Ί J " Energieunabhängiger Halbleiterspeicher, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat von einem Leitfähigkeitstyp mit einer Störstellenkonzentration

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von unter 10 Atomen/cm , Source- und Drainbereiche, die im Abstand voneinander auf einer Seite des Halbleitersubstrats ausgebildet sind und mit dem Substrat P-N-Übergänge bilden, einen ersten Isolierfilm, der in dem Bereich des Halbleitersubstrates ausgebildet ist, der sich auf der genannten Seite des Halbleitersubstrates und zwischen den Source- und Drainbereichen befindet und der ein Wandern der ankommenden elektrischen Ladungen zu seiner Oberfläche zuläßt, einenzweiten Isolierfilm,der auf dem ersten Isolierfilm vorgesehen ist und die ankommenden elektrischen Ladungen einfängt, und eine Storatomdiffusionsschicht, die so ausgebildet ist, daß sie wenigstens einen der Übergänge um-• gibt, die von Source-und Drainbereichen mit dem Substrat gebildet werden, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Halbleitersubstrat ist, und eine Störstellenkonzentra-

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tion von mehr als 10 Atomen pro cm im Bereich der maximalen StorStellenkonzentration oder eine Breite von weniger als 1 μΐη aufweist.
2. Energieunabhängiger Halbleiterspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Isolierfilm ein Siliziumdioxydfilm mit einer Dicke ist, die ein Durchdringen des Filmes durch die Elektronen infolge des Tunneleffekts ermöglicht.
3. Energieunabhängiger Halbleiterspeicher nach Anspruch 2, da-

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durch gekennzeichnet, daß der zweite Isolierfilm ein Siliziumnitridfilm ist.
4. ,Energieunabhängiger Halbleiterspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Störatomdiffusionsschicht so ausgebildet ist, daß sie die Übergänge umgibt, die von Source- und Drainbereichen mit dem Substrat gebildet werden.
5. Energieunabhängiger Halbleiterspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumdioxydfilm eine nahezu einheitliche Dicke aufweist.
6. . Energieunabhängiger Halbleiterspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumdioxydfilm aus einem ersten Abschnitt und aus einem zweiten Abschnitt besteht, der dicker als der erste Abschnitt ist, deren Grenze sich nahezu in der Mitte zwischen den Source- und Drainbereichen befindet.

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