DE2728927C2

DE2728927C2 - Ein-Transistor-Speicherelement

Info

Publication number: DE2728927C2
Application number: DE2728927A
Authority: DE
Inventors: Karlheinrich Dr.-Ing. 8011 Eglharting Horninger; Günther Dipl.-Ing. 8000 München Meusburger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-27
Filing date: 1977-06-27
Publication date: 1984-06-28
Also published as: DE2728927A1

Abstract

Ein derartiges Speicherelement ist aus der Zeitschrift "elektronics letters", Vol. 12, No. 6, 18.3.1976, Seiten 140 - 141, bekannt. Die in dem Speicherelement gespeicherte Information ist durch die Spannung an der ueber der ersten Isolierschicht liegenden Elektrode des MIS-Speicherkondensators gegenueber dem ueber das streifenfoermige Gebiet der Gegenelektrode zugefuehrten Bezugspotential gegeben. Weiterhin ist zwischen dem Speicherkondensatorbereich und dem Feldeffekttransistor ein Bereich vorgesehen, in dem die die Oberflaeche der Halbleiterschicht bedeckende, erste Isolierschicht wesentlich dicker ausgebildet ist als im Kondensatorbereich. Hierdurch wird verhindert, dass die sich an der Oberflaeche der Halbleiterschicht ausbildende Inversionsschicht des Speicherkondensators bis zu dem Drain-Gebiet des Feldeffekttransistors hin ausdehnt und damit die die Information darstellende Spannung kurzschliesst. Das Speicherelement nach der Erfindung zeichnet sich dabei durch besonders einfache strukturelle Merkmale aus, die in einfacher Weise realisierbar sind und eine sehr wirksame Reduzierung der fuer eine vorgegebene Speicherkapazitaet benoetigten Halbleiteroberflaeche bzw. eine Vergroesserung der einer vorgegebenen Halbleiteroberflaeche zuzuordnenden Speicherkapazitaet gewaehrleisten. ...U.S.W

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein in integrierter Schaltungstechnik aufgebautes Ein-Transistor-Speicherelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein derartiges Speicherelement ist aus der Zeitschrift »Elektronics Letters«, Vol. 12, No. 6, 18.3. 1976, Seiten 140—141, bekannt. Unter einem Auswahl-MIS-Feldeffekttransistor wird dabei ein Transistor verstanden, dessen Gate-Elektrode durch eine Isolierschicht von der den Kanalbereich enthaltenden und mit entgegengesetzt dotierten, oberflächenseitigen Source- und Drain-Gebieten versehenen Halbleiterschicht getrennt ist. Sowohl die Gale-Elektrudc des Transistors als auch die für die eine Elektrode des Speieherkondensators vorgesehene, crsie elektrisch leitende Beschichtung bestehen dabei aus einer gut leitenden Halbleilerschichi, /.. Ii. aus Polysilizium. Ferner wird die oberflächenseitig in der Halbleitcrschicht angeordnete Gegenelektrode des Speichcrkoiidensaiors aus einer Inversionsschicht gebildet, die sich dem entgegengesetzt dotierten, streifcnförmigen Gebiet anschließt.

Die in dem Speicherelement gespeicherte Information ist clinch die Spannung an der über der ersten Isolierschicht liegenden Elektrode des MIS-Speicherkon densators gegenüber dem über das streifenförmige Gebiet der Gegenelektrode zugeführten Bezugspotential gegeben. Weiterhin ist zwischen dem Spcicherkondensatorbereich und dem Feldeffekt transistor ein Bereich vorgesehen, in dem die die Oberfläche der Halbleiterschieht bedeckende, erste Isolierschicht wesentlich dikker ausgebildet ist als im Kondensatorbereich. Hierdurch wird verhindert, daß die sich an der Oberfläche

to der Halbleiterschichi ausbildende Inversionsschicht des Speicherkondensators bis zum dem Drain-Gebiet des Feldeffekttransistors hin ausdehnt und damit die die Information darstellende Spannung kurzschließt.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, bei einem solchen Speicherelement die zur Verfügung stehende Speicherkapazität in bezug auf die hierfür benötigte Halbleitcrfläche zu vergrößern.

Das wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen erreicht.

Das Speicherelement nach der Erfindung zeichnet sich dabei durch besonders einfache strukturelle Merkmale aus, die in einfacher Weise realisierbar sind und eine sehr wirksame Reduzierung der für eine vorgegebene Speicherkapazität benötigten Halbleiteroberfläche bzw. eine Vergrößerung der einer vorgegebenen Halbleiteroaerfläche zuzuordnenden Speicherkapazität gewährleisten.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbei-

jo spiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Das dargestellte Speicherelement besteht im einzelnen aus einer p-leitenden Halbleiterschicht 1, /.. B. aus Silizium, die an ihrer Oberfläche mit η-leitenden Diffusionsgebicten 2 bis 4 versehen ist, von denen 2 das Source-Gebiei und 3 das Drain-Gebiet eines Auswahl- MIS-Fcldeffekltransislors Γ bedeuten. Das Souree-Gcbiet 2 stellt gleichzeitig einen Teil einer in die Halbleiterschicht 1 eingebetteten, hochdotierten Bitleitiing dar.

die mit einem Anschluß BL versehen ist. Eine mit 5 bezeichnete, durch eine Isolierschicht 6, z. B. aus SiOj, von der Halbleiteroberfläche getrennte Gate-Elektrode von Γ ist ihrerseits als Teil einer Worllcilung aufzufassen, die mit einem Anschluß IVZ. beschältet ist. Mit dem Drain-Gebiet 3 ist eine Elektrode 7 eines MLS-Speicherkondensators verbunden, dessen erste Gegenelektrode durch eine sich an der Oberfläche der Halbleitcrschicht 1 aufbauende Inversionsschicht 8 gebildet wird.^jesp Inversionsschicht 8 besteht aus Ladungsträgern, die aus dem η-leitenden Diffusionsgebiet 4 unter dem Einfluß einer an die Elektrode 7 angelegten positiven Spannung austreten. Dabei ist das Gebiet 4 über einen Anschluß 9 mit einem ersten Bezugspotential Um beschältet, so daß die Inversionsschicht 8 eine erste Bezugselektrode des MlS-Speicherkondensators darstellt.

Die Elektrode 7 ist aus einer ersten elektrisch leitenden Beschichtung gebildet, die über einer ersten, die Oberfläche der Halblcilcrschichl 1 bedeckenden Isolierschicht 10, ζ. B. aus SiOj, aufgebracht ist. Falls die Iso-

W) licrschichten 6 und 10 Teile ein und derselben zunächst die gesamte Oberfläche von 1 bedeckenden Schuht sind, muß vor dem Aufbringen der Beschichtung 7 oberhalb des Drain-Gebietes 3 in dieser eine Ausnehmung vorgesehen werden, so daß die Beschichtung 7 die

h5 Oberfläche des Gebietes ) kontakten. Die Isolier schicht 10 ist innerhalb eines Zwischenbereiches, der das Drain-Gebiet 3 von dem Bereich der Elektroden 7 und K des Sneichcrkondensalors trennt, als eine Dickschu'hi

11 ausgebildet, die eine elektrische Trennung der Inversionsschicht 8 von dem Drain-Gebiet 3 bewirkt.

Die erste elektrisch leitende Beschichtung 7 ist durch eine zweite Isolierschicht 12. z. B. aus SiO_>, abgedeckt, über der eine zweite elektrisch !eilende Beschichtung 13 ·> aufgebracht ist. Die Beschichtung 13 weist dabei zweckmäßigerweise einen abgestuften, oberhalb der Dickschicht 11 angeordneten Teil 13a auf. der als Teil einer Leitung aulzufassen ist, die über einen bei 14 angedeuteten Anschluß mit einem zweiten Bezugspotential Um beschaltet ist. Somit stellt die Beschichtung 13 eine der Elektrode 7 gegenüberliegende, zweite Bezugselektrode des M IS-Speicherkondensators dar.

Die erste und/oder zweite elektrisch leitende Beschichtung 7 bzw. 13 kann entweder als eine metallische Beschichtung ausgebildet sein und insbesondere aus Aluminium bestehen, oder als eine Schicht aus stark dotiertem Halbleitermaterial, insbesondere Polysilizium, realisiert sein.

Bei der Anordnung einer Mehrzahl solcher Ein-Transistor-Speicherelement auf einer einzigen Halbleiterschicht 1, beispielsweise im Rahmen einer Speichermatrix, sind die genannte Bitleitung und die Wortleitung jeweils mehreren Speicherelementen gemeinsam, wobei die Billeiliing z. B. allen Speicherelementen einer Ma- 2"> trixspalie und die Wortleitung allen Speicherelementen einer Matrixzeile zugeordnet sein können oder umgekehrt. Die über die Teile 13a mehrerer Speicherelemente verlaufende, an den Anschluß 14 geführte Leiterbahn ist dann mit besonderem Vorteil mehreren oder allen Speicherelementen gemeinsam. Analog hierzu können dann auch die n-dotierten Gebiete 4 der einzelnen Speicherelemente als Teile eines mehreren oder allen Elementen gemeinsamen, streifenförmigen, n-dotierten Gebietes ausgebildet sein, das einen für alle gemeinsamen Anschluß 9 aufweist.

Wird nun im Betrieb durch Anlegen einer positiven Spannung an den Anschluß WL der Transistor Tleitend geschaltet, so wird eine über den Anschluß BL der Bitleitung und damit dem Source-Gebiet 2 mitgeteilte Informationsspannung zum Zwecke des Einschreibens in das Speicherelement dein Drain-Gebiet 3 und damit der Elektrode 7 des MlS-Speicherkondensalors zugeführt. Nach dem Sperren von T ist diese Information dann gespeichert. Da der mit der Informationsspannung beaufsehlagten !elektrode 7 zwei Bezugsclektroden 8 und 13 zugeordnet sind, die auf den Bezugspotentialen Un\ und 1<ιι< liegen, wobei insbesondere auch [J_1n = i/₍(jscin kann, erhalt man etwa die doppelte Speicherkapazität 2 C gegenüber der Ausführung, bei w der lediglich die Inversionsschicht 8 als einzige Bezugselektrode vorgesehen ist. Dies ist in der Zeichnung durch die beiden Kondensatorsymbole angedeutet. Beim Auslesen der gespeicherten Information wild T wieder leitend geschaltet und der Bitleitungsanschluß IJL mit einem an sich bekannten Lese- bzw. Regencrierverstärker verbunden.

An die Stelle der Inversionsschicht 8 kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch eine entsprechende Verlängerung des Diffusionsgebictcs 4 in Richtung auf t>o das Drain-Gebiet 3 treten.

Die bisher genannten Dotierungen des dargestellten Ausführungsbcispiels können auch so abgeändert werden, daß sich die Leitfähigkeiten der ein/einen Halblci-Ii rbereiche jeweils umkehren. ι,,

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Claims

Patentansprüche:

1. In integrierter Schaltungstechnik aufgebautes Ein-Transistor-Speicherelement mit einem Auswahl-M IS-Feldeffekttransistor und einem M IS-Speicherkondensator auf einer dotierten Halbleiterschicht, bei dem die mit einer zu speichernden Informationsspannung beaufschlagte Elektrode des Speicherkondensators mit dem Drain-Gebiet des Feldeffekttransistors elektrisch leitend verbunden ist, bei dem diese Elektrode von einer ersten, elektrisch leitenden Beschichtung gebildet ist, die über einer die Oberfläche der Halbleiterschicht bedeckenden ersten Isolierschicht angeordnet ist, und bei dem ein zur Halbleiterschicht entgegengesetzt dotiertes, streifenförmiges Gebiet in diese eingebettet ist, das mit einem ersten Bezugspotential beschaltet ist und zu einer oberflächenseitig in der Halbleiterschicht angeordneten Gegenelektrode des Speicherkondensators hingeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß über der ersten elektrisch leitenden Beschichtung (7) und von dieser durch eine weitere Isolierschicht (12) getrennt eine zweite elektrisch leitende Beschichtung (13) vorgesehen ist, aus der eine zweite, mit einem zweiten Bezugspotential (Übt) beaufschlagte Elektrode des Speicherkondensators (7, 8,13) gebildet ist.

2. Ein-Transistor-Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bezugspotential (Vb-I) mit dem ersten (Uo 1) übereinstimmt.

3. Ein-Transistor-Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite elektrisch leitende Beschichtung (7, 13) aus stark dotiertem Halbleitermaterial, insbesondere aus Polysilizium, besteht.

4. Ein-Transistor-Speichereiemenl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite elektrisch leitende Beschichtung (7, 13) als metallische Beschichtung, insbesondere aus Al, ausgeführt ist.