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DE2841230A1 - Programmierbare speicherzelle mit halbleiterdioden - Google Patents

Programmierbare speicherzelle mit halbleiterdioden

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Publication number
DE2841230A1
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DE
Germany
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layer
diode
zones
transition
area
Prior art date
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Application number
DE19782841230
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English (en)
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Inventor
Michel Moussie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE2841230A1 publication Critical patent/DE2841230A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2841230C2 publication Critical patent/DE2841230C2/de
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Description

12.8.1978 Z PHF 77568
Programmierbare Speicherzelle mit Halbleiterdioden
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Festwertspeicherzelle, die elektrisch programmierbar ist und die durch mindestens zwei Halbleiterdioden gebildet wird, die mit den Rückseiten gegeneinander angeordnet sind.
Es sind integrierte Halbleiteranordnungen bekannt, die als "Festwertspeicher" bezeichnet werden und eine XY-Matrix mit Zeilen— und Spaltenleitern enthalten, die gegeneinander isoliert sind und an deren Kreuzungspunkten Zellen angeordnet sind, die durch je mindestens ein Halbleiterbauelement gebildet werden, wobei die Impedanz der Zelle zwei wesentlich verschiedene Werte annehmen kann. Gewisse Speicher können von dem Benutzer programmiert werden, wobei die binäaren Informationen von der Aussenseite eines den Speicher enthaltenden Gehäuses her entweder durch das Schmelzen eines schmelzbaren Leiters oder durch den Kurzschluss eines Übergangs, und zwar in gewisse gemäss einem bestimmten Programm gewählte Zellen, eingeschrieben werden können.
Es sind andere Anordnungen bekannt, die derartige Zellen enthalten und die programmiert werden können, wie z.B. Dekodieranordnungen und logische Schaltungen zur
Behandlung von Informationsgruppen, die oft mit Speichern zusammenarbeiten. Diese Anordnungen werden nachstehend ebenfalls mit dem allgemeinen Ausdruck "Speicher" bezeichnet. Die Zellen können durch Gebilde von zwei Dioden gebildet werden, die gegensinnig geschaltet sind. Die Programmierung
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H-
bestellt in diesem Falle darin, dass eine der zwei Dioden in den gewählten Zellen durch. Zerstörung des entsprechenden Übergangs bei einer gewissen Stromdichte mit umgekehrter Polarität kurzgeschlossen wird, wobei diese Stromdichte im wesentlichen durch den Flächeninhalt des genannten Übergangs bestimmt wird.
In den bisher bekannten programmierbaren Speichern sind die mit den Rückseiten gegeneinander angeordneten Dioden Dioden mit einem flachen Übergang, die z.B. durch lokalisierte Diffusion von Dotierungsverunreinigungen über ein Gebiet einer ebenen Fläche einer Halbleiterscheibe erhalten werden. Man hat versucht, den Vert der Stärke des für die Zerstörung des Übergangs der Programmierdiode notwendigen Stromes herabzusetzen, denn die grossen Spannungsabfalle, die durch einen starken Programmierstrom herbeigeführt werden, sind mit den über den Schaltungen zulässigen Spannungspegeln nicht kompatibel; zu diesem Zweck wird versucht, den Flächeninhalt der Übergänge der Programmierdioden herabzusetzen.
Die Techniken zur Lokalisierung der Übergänge erfordern jedoch minimale Abmessungen und es ist nicht möglich, den Flächeninhalt des zu zerstörenden Übergangs unter einen bestimmten Grenzwert herabzusetzen, so dass die Ströme, die den Übergang zerstören können, hoch bleiben. Ströme in der Grössenordnung von z.B. 100 mA sind erforderlich, sogar wenn die Durchschlagspannung der Programmierdiode viel niedriger als die Durchschlagspannung der ihr gegenüber liegenden Diode ist, wie insbesondere in der US-PS 3 6k1 516 beschrieben ist. Nach dem Stand der Technik zur Herstellung integrierter Schaltungen ist es nicht möglich, die Oberflächen planarer Übergänge und die für die Zerstörung dieser Übergänge erforderlichen Stromstärken herabzusetzen. Diese Ströme bleiben zu hoch, während man über Ströme in der Grössenordnung von nur z.B. 20 mA verfügen können müsste.
Die Erfindung bezweckt insbesondere, diese Nachteile der bekannten programmierbaren Festwertspeicher zu beheben und für derartige Speicher eine Zelle anzugeben, die nur
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einen sehr niedrigen Strom zur Zerstörung des Übergangs der Programmierdiode erfordert, wobei die Möglichkeiten zur Herstellung von Übergängen mit minimalem Flächeninhalt berücksichtigt werden.
Nach der Erfindung ist eine elektrisch programmierbare Festwertspeicherzelle, die durch mindestens zwei mit den Rückseiten gegeneinander angeordnete Dioden gebildet wird., im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass, während eine erste der Dioden durch einen flachen pn-Ubergang zwischen zwei aufeinander liegenden Gebieten gebildet wird, von denen sich mindestens eines in einem oberen Teil eines Halbleiter— körpers erstreckt, die zweite Diode durch einen lateralen pn-Ubergang zwischen zwei koplanaren Zonen einer dünnen Halbleitermaterialschicht hergestellt ist, die sich lokal auf einer Isolierschicht erstreckt, die den genannten Körper bedeckt, wobei ein Fenster in der genannten Isolierschicht einen Kontakt zwischen der genannten Schicht und dem genannten Körper an der Stelle der ersten Diode sicherstellt und der Flächeninhalt des Übergangs der genannten zweiten Diode wesentlich kleiner als der der ersten Diode ist.
Es sei bemerkt, dass ein Übergang als lateral bezeichnet wird, wenn er auf eine Oberfläche beschränkt ist, die nahezu zu der Ebene der Halbleitermaterialschicht, in der er gebildet ist, senkrecht ist, während der Übergang als flach bezeichnet wird, wenn er zum grossten Teil zu dieser Ebene parallel ist.
Die Oberfläche eines lateralen pn-Ubergangs, der zwischen zwei koplanaren Zonen einer dünnen Schicht hergestellt ist, kann viel kleiner als die minimale Oberfläche eines flachen Übergangs zwischen zwei aufeinander liegenden Gebieten sein, die durch die bekannten Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen erhalten werden können. Die Lokalisierung der flachen Übergänge wird durch Reservierungsvorgänge unter Verwendung von Masken erhalten, die eine Abschirmung gegen die Diffusion von Dotierungsmitteln oder gegen die Einwirkung eines chemischen Mittels bilden, wobei die Probleme der Orientierung und Definition der Masken sowie die Effekte lateraler Diffusion oder Reaktion eine Begrenzung
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auf minimale Abmessungen mit sich bringen. Dagegen können bei den Vorgängen zur· Ablagerung oder zur Erzeugung dünner Halbleitermaterialschichten Dicken, die viel kleiner als die Mindestbreite eines dotierten Gebietes sind, und somit sogar Querschnitte erhalten werden, die viel kleiner als die Mindestoberfläche eines flachen Übergangs sind.
Mindestens eine der beiden Abmessungen des lateralen Übergangs kann auf diese ¥eise,erheblich herabgesetzt werden; der zum Auslösen eines Kurzschlusses notwendige Strom kann, gleich wie die für den Stromfluss erforderliche Spannung, erheblich herabgesetzt werden.- Ausserdem ist es verhältnis— massig einfacher und genauer, den ¥ert des Flächeninhalts eines lateralen Übergangs in bezug auf die Dicke einer Ablagerung als den Wert des Flächeninhalts eines flachen Übergangs in bezug auf sine Breite eines Maskenfensters einzustellen.
Vorzugsweise ist der Flächeninhalt des lateralen Übergangs der Programmierdiode kleiner als ein Zehntel des Flächeninhalts des flachen Übergangs der Isolierdiode, wodurch die Programmierung ohne Gefahr für diesen Übergang sichergestellt werden kann.
Es sei ausserdem bemerkt, dass die gemäss der Erfindung gebildete Speicherzelle nicht den Nachteil der Streutransistorwirkung aufweist, den man meistens in den Anordnungen mit Dioden mit flachen aufeinander liegenden Strukturen zu beseitigen oder auszugleichen versucht. Überdies ist der nach Kurzschluss des lateralen Übergangs der Programmierdiode verbleibende Widerstand in bezug auf den Reihenwiderstand, der in der ersten als Isolierdiode bezeichneten Diode verbleibt, vernachlässigbar.
Die auf der Technik der Mikroelektronik besierenden Speicher mit integrierten Schaltungen werden meistens aus Silizium hergestellt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird die Festwertspeicherzelle dui-ch eine Diode mit flachem Übergang, die aus einer Scheibe aus einkristallinem Silizium hergestellt wird, die mit einer Siliziumoxidschicht überzogen ist, und durch eine Diode mit lateralem Übergang gebildet, die in einer Schicht aus
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polykristallinen! Silizium erzeugt wird, die auf der genannten Siliziumoxidschicht abgelagert wird.
Die Ablagerung dünner Schi eilten aus polykristallinem Silizium mit einer bestimmten Dicke auf einer Isoliermaterialschicht, die gegebenenfalls die als Kontaktfenster dienenden Offnungen aufweist, ist möglich und wird bereits bei der Herstellung gewisser Halbleiteranordnungen verwendet. Die bekannten Maskierungs-, Ionenimplantations- und Diffusionstechniken können dazu benutzt werden, bestimmte Zonen der abgelagerten Schicht aus polykristallinen! Silizium von einem Leitungstyp in den anderen umzuwandeln.
Die Eigenschaften des abgelagerten polykristallinen Siliziums, das durch die bekannten Techniken erhalten ist, ermöglichen es, den Kurzschluss eines pn—Übergangs unter nahezu den gleichen Bedingungen wie den Kurzschluss, der in einem pn-Ubergang innerhalb eines Einkristalls erhalten wird zu bewirken, wobei die Dotierungskonzentrationen als Funktion der gefundenen optimalen Werte des spezifischen Widerstandes, der Beweglichkeit und der Konzentration freier Ladungsträger eingestellt werden.
Vorteilhafterweise wird der Querschnitt des lateralen Übergangs der gegebenenfalls kurzzuschliessenden Diode dadurch verkleinert, dass in der Konfiguration des die zwei Zonen enthaltenden Teiles der dünnen Schicht eine Ver— jüngung an der Stelle des Übergangs zwischen den beiden Zonen vorgesehen wird.
Um die Wärmeisolierung des kurzzuschliessenden Übergangs zu verbessern und ausserdem diesen Übergang vor der Verunreinigung durch die Atmosphäre zu schützen, wird eine Ό Schutzschicht aus Isoliermaterial auf der die Zellen des Speichers tragenden Scheibe und insbesondere auf und unter der oberflächlichen dünnen Halbleitermaterialschicht abgelagert, die die beiden Zonen der kurzzuschliessenden Diode bildet. Die Isolxermaterialschichten sind vorteilhafterweise aus Siliziumoxid (SiO~) hergestellt, das eine viel geringere Leitfähigkeit als Silizium und die günstigsten Eigenschaften
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zum Schützen und Passivieren der Übergänge aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Diode
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mit einem flaelian Übergang, der zwischen zwei aufeinander liegenden Gebieten gebildet wird, durcli eine Diffusion in eine Substratscheibe aus Halbleitermaterial von einem ersten Leitungstyp von einem lokalisierten Gebiet der Oberfläche
*" dieser Scheibe her erhalten, wobei die diffundierten Dotierungsverunreinigungen den zweiten dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp herbeiführen. Die Diffusion · erfolgt z.B. aus einer Vordiffusionsablagerung oder aus einer Zone mit implantierten Ionen der dotierenden Verunreinigungen.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Diode mit einem flachen Übergang, der zwischen zwei aufeinander liegenden Gebieten gebildet wird, durch den Übergang gebildet, der zwischen einer der beiden Zonen der Diode mit lateralem Übergang und einem oberflächlichen Gebiet des Substrats hergestellt wird, das sofort darunter liegt und den dem Leitungstyp dieser Zone entgegengesetzten Leitungstyp aufweist.
Es versteht sich, dass statt der Diode mit flachem Übergang, die nach Programmierung verbleiben soll und das Halbleiterbauelement jedes der Speicherpunkte bildet, die nicht einem offenen Kreis äquivalent sind, ein Transistor oder ein beliebiges anderes komplexeres Halbleiterbauelement angebracht werden kann, dessen pn-Ubergang, der am direktesten mit der Programmierdiode verbunden ist, der nach der Erfindung gebildete flache Übergang ist.
Die Erfindung kann insbesondere bei den programmierbaren Festwertspeichernetzwerken, wie den Festwertspeichergebilden mit einer XY-Matrix mit Zeilenleitern und Spaltenleitern, verwendet werden. Die Leiter können Leiter mit derselben Struktur und aus demselben Material wie die der bekannten Matrixspeicher sein und zum Beispiel als als dünne Schichten abgelagerte Metallleiter, oder als stark dotierte Gebiete in der Masse einer Substratscheibe oder in einer auf einer Substratscheibe abgelagerten Schicht gebildet sein. Jede Information wird in den Speicher mit Hilfe von Stromimpulsen eingeschrieben, die über den Zeilenleiter und den entsprechenden Spaltenleiter in den gewählten Kreis geschickt werden.
Die Matrixspeicher enthalten oft ausser dem die Speicher-
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punkte bildenden Netzwerk von Zellen ein Gebilde zugehöriger Schaltungen, wie Adressier-, Dekodier-, Leseverstärkerschaltungen usw. Vorteilhafterweise werden diese Schaltungen nach bekannten Techniken in der Substratscheibe gebildet, in der die flachen Dioden des Speichernetzwerks gebildet werden.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1, 2, 3 und h Schnitte durch Speicherzellen nach der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen, wobei Fig. 1 einen Schnitt längs der Linie AA der Fig. 5 darstellt j
Fig. 5 teilweise eine Draufsicht auf einen Speicher mit Zellen nach Fig. 1, und
Fig. 6 ein Teilschaltbild eines Speichers mit Zellen, die durch zwei mit den Rückseiten gegeneinander angeordnete Dioden gebildet werden.
Der in Fig. 6 dargestellte Speicher' ist vom Typ mit einer XY-Matrix mit mehreren Zeilenleitern L1, L„ usw. und mit mehreren Spaltenleitern C1, C„ usw., die gegeneinander isoliert sind. An jedem Kreuzungspunkt einer Zeile und einer Spalte ist ein Gebilde zweier mit den Rückseiten gegeneinander angeordneter Dioden, wie D1, D„, angebracht. Eine binäre Information O oder 1 wird an jedem dem Kreuzungspunkt einer Zeile und einer Spalte entsprechenden Punkt gespeichert, dadurch, dass ein Kurzschluss oder kein Kurzschluss einer der Dioden D, z.B. der Kurzschluss B in der am Kreuzpunkt der Zeile L1 und der Spalte C., liegenden Zelle, bewirkt wird.
Jedes Gebilde von zwei Dioden bildet eine Zelle; eine der beiden Dioden, D1, ist mit einem Zeilenleiter verbunden, während die andere, D„, mit einem Spaltenleiter verbunden ist. Es sei bemerkt, dass sich die Ausdrücke "Zeile" und "Spalte" weaer auf die Lage der betreffenden Gruppen von Zellen noch auf die Anzahl vorhandener Zellen beziehen.
Der schematische Schnitt nach Fig. 1 längs der Linie AA der Fig. 5 i»t ein Schnitt durch das Gebilde von zwei mit den Rückseiten gegeneinander angeordneter Dioden, die die
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Zelle zwischen einem Leiter L und einem Leiter C in einem XY-Speicher bilden,,
Die dargestellten Zellen werden auf einer Substratscheibe 1 aus einkristallinem z.B. p-leitendem Silizium gebildet, die eine epitaktische Schicht 2 aus n-leitendem Silizium enthält, die mit einer Isolierschicht 8 überzogen ist. Die epitaktische Schicht 2 ist in Inseln in Form paralleler Bänder unterteilt, die gegeneinander durch Isoliergebiete 3, h vom ρ -Typ isoliert sind, die an das Substrat grenzen und von der Oberflache der epitaktischen Schicht her eindiffundiert sind. Die Längsleitung jedes Bandes der epitaktischen Schicht wird mittels eines vergrabenen Gebietes 5 vom η -Typ verbessert. Diese η -Gebiete bilden die Zeilenleiter.
Ein p-leitendes eindiffundiertes Gebiet 6 bildet mit der Schicht 2 einen pn-Ubergang 7, der als flach bezeichnet wird, weil der grösste Teil seiner Oberfläche durch den nahezu flachen Teil der Diffusionsfront gebildet wird. Die Isolierschicht 8 enthält an der Stelle des Gebietes 6 ein ■20 Fenster 18, über das dieses Gebiet mit einer Zone 9 einer Schicht aus polykristallinem Silizium in Kontakt gebracht ist, die auf der Scheibe abgelagert ist. Die Schicht aus polykristallinem Silizium enthält eine zweite Zone 10, wobei das Gebilde der zwei Zonen eine Konfiguration aufweist, die einen mittleren Teil besitzt, der an der Stelle des Übergangs 11 zwischen der p-leitenden Zone 9 und der n-leitenden Zone 10 verjüngt ist.
Die Oberfläche der Scheibe, einschliesslich der Oberfläche der Schicht 9j 10 aus polykristallinem Silizium,
3" ist mit einer Schicht 13 aus isolierendem und schützendem Material, z.B. Siliziumoxid, überzogen. Die Schicht 13 enthält ein Fenster 17» über das die Zone 10 mit einem Metalleiter 12, z.B. aus Aluminium, in diesem Falle mit dem Leiter der Spalte, zu der die dargestellte Zelle gehört, in Kontakt gebracht ist.
Die Diode D1 der Zelle wird durch den Übergang 7 zwischen dem Gebiet 6 und der Schicht 2 und die Diode D2 der Zelle wird durch den Übergang 11 zwischen den Zonen 9
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und 10 der Schicht aus polykristallxneni Silizium gebildet. Der Querschnitt des Übergangs 11, der von der Breite der Konfiguration des Gebildes der zwei Dioden an seinem schmälsten Teil und von der Dicke der Schicht aus polykristallinem
S Silizium abhängig ist, ist viel kleiner als der Querschnitt eines flachen Übergangs, wie des Übergangs 7> sein könnte, dessen Querschnitt von dem Flächeninhalt des Fensters einer Diffusionsmaske abhängig ist (für das Gebiet 6 kann die Maske z.B. durch die Isolierschicht 8 gebildet werden). Der für die Zerstörung des Übergangs 11 erforderliche Strom, um den Kurzschluss zu bewirken, ist viel geringer als der für die Zerstörung eines flächen Übergangs erforderliche Strom.
Die Diode mit flachem Übergang D1 ist mit einem Zeilen— leiter verbunden, der im Falle der beschriebenen Zelle durch das vergrabene Gebiet 5 gebildet wird, das stark dotiert ist und die Leitung zwischen den unterschiedlichen Teilen des Bandes der epitaktischen Schicht 2 zwischen den Isolierzonen 3 und.k sicherstellt. Die Spannung kann an das Gebiet mit Hilfe eines stark dotierten Gebietes 15 angelegt werden, das sich am Ende des genannten Bandes befindet, während das Gebiet 15 mit einem Metalleiter 1k über ein Fenster 16 in Kontakt ist, das in der Isolierschicht 8 an einem Ende jeder Zeile angebracht ist.
Die in schematischem Schnitt in Fig. 2 dargestellte Zelle wird auf einem p-leitenden Substrat 21 gebildet, auf dem nacheinander eine η-leitende epitaktische Schicht 23 und eine p-leitende epitaktische Schicht 26 abgelagert sind. Diese Schichten werden entweder direkt durch epitaktische Ablagerung oder durch Ablagerung und anschliessende Diffusion erhalten. Die Schichten 26 und 23 werden in Gebiete unterteilt, die gegeneinander durch Streifen 24-30 aus Isoliermaterial, vorzugsweise Siliziumoxid, das durch thermische Oxidation des epitaktischen Materials erhalten ist, isoliert sind. Eine vergrabene Zone 22 in Form eines Bandes ( in einer zu der Zeichnungsebene parallelen Richtung orientiert.) verbindet die Gebiete der Schicht 23, die auf derselben Zeile liegen, miteinander. Der Übergang 27 zwischen dem Gebiet der Schicht 23 und dem Gebiet der Schicht 26 bildet die Diode mit
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flachem Übergang einer Zelle, deren Diode mit lateralem Übergang, die gegebenenfalls kurzgeschlossen werden soll, durch, den Übergang 34 zwischen zwei Zonen einer dünnen Schicht aus Silizium, die auf einer Isolierschicht 28 aus
5 Oxid abgelagert ist, die die Scheibe bedeckt,und zwar zwischen einer p-leitenden Zone 32 und einer η-leitenden Zone 33> gebildet wird.
Das Gebilde wir^d durch eine Isolierschicht 36 geschützt, die Fenster zur Kontaktierung der η-leitenden Zonen der Dioden mit lateralem Übergang derselben Spalte mit Hilfe eines Metalleiters 35 in Forint eines Bandes senkrecht zu der Zeichnungsebene enthält. In dem Schnitt nach Fig. 2 sind ausserdem die Gebiete 29 und 31 zu sehen, die Teile der Schichten 26 bzw. 23 sind und die eine Diode mit flachem Übergang einer benachbarten Zelle bilden und auch eine n—leitende Zone 37 einer anderen benachbarten Zelle, während weiter ein Metalleiter 25 in Form eines zu dem Leiter 35 parallelen Bandes vorhanden ist, der die η-leitenden Zonen der Dioden mit lateralem Übergang einer benachbarten Spalte miteinander verbindet.
Die in Fig. 3 gezeigte Zelle ist eine Abwandlung, in der die Diode mit flachem Übergang die Emitter-Basis-Diode eines Bipolartransistors bildet. Die Zelle wird auf einem Substrat 4i aus einkristallinem p-leitendem Silizium gebildet, das mit einer epitaktischen n—leitenden Schicht 42 überzogen ist. Die Schicht k2 wird in parallele Bänder unterteilt, die gegeneinander durch diffundierte Streifen 43, 44 vom P "Typ isoliert sind. Ein vergrabenes Gebiet 45, das stark η -dotiert ist, dient dazu, die Lärigsleitung des Bandes
^" der Schicht 42 zu verbessern, und bildet einen Subkollektor, der den verschiedenen Transistoren derselben Zeile gemeinsam ist.
Ein p-leitendes Gebiet 46 bildet die Basis des Transistors und ein Gebiet 47 vom Typ η , die in das Gebiet 46 eindiffundiert ist, bildet den Emitter des Transistors.
Mit einem Metalleiter 53 kann ein Kontakt mit der Basis 46 über ein Fenster hergestellt werden, das in einer Isolierschicht 48 vorgesehen ist, die die Oberfläche der
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Scheibe schützt. Ein anderes Fenster in der Schicht Ί8 sichert einen Kontakt zwischen dem Emitter kj und einer Zone h9 vom n-Typ, der einen Teil einer dünnen Siliziumschicht bildet und mit einer p-leitenden Zone 50 derselben
S Schicht einen lateralen Übergang 51 herstellt, dessen Flächeninhalt wesentlich kleiner als der Flächeninhalt des Emitter-Basis-Ubergangs des Transistors 1st. Mit einem Metalleiter kann ein Kontakt mit der Zone 50 über ein Fenster hergestellt werden, das in einer Isolierschicht $h vorgesehen ist, die die Oberfläche der dünnen Siliziumschicht schützt.
Nach einer anderen Ausführungsform einer Zelle nach der Erfindung wird die Diode mit flachem Übergang durch den Übergang zwischen einer der zwei Zonen der Diode mit lateralem Übergang und einem Oberflächengebiet im Substrat gebildet.
Diese Ausführungsform ist in Fig. K im Schnitt dargestellt. Die Zelle wird mit einem Substrat 61 aus η-leitendem Silizium hergestellt, in dem ein Oberflächengebiet 72 vom p-Typ und ein starkdotiertes ρ -Gebiet 62 erzeugt werden, wobei das letztere Gebiet dazu dient, das Gebiet 72 elektrisch mit einem Leiter und gegebenenfalls mit den entsprechenden Gebieten anderer Zellen zu verbinden. Die Oberfläche des Substrats ist mit einer Isolierschicht 6j überzogen, die dem Gebiet gegenüber ein Fenster aufweist durch das dieses Gebiet mit einer Zone 64 einer dünnen Schicht aus polykristallinem Silizium in Kontakt steht, die auf der Scheibe abgelagert ist. Die Zone 64 ist η-leitend und bildet mit dem Gebiet 72 einen pn-Ubergang 63 vom flachen Typ, während diese Zone mit der Zone 65 derselben dünnen Schicht, die jedoch p-leitend ist, einen anderen pn-Ubergang 66 vom lateralen Typ bildet, der einen Flächeninhalt aufweist, der wesentlich kleiner als der des Übergangs 63 ist. Das Gebilde wird durch eine Isolierschicht 68 geschützt. Ein Leiter 69 kontaktiert die Zone 65, während gegebenenfalls ein Leiter 70 die Zone 6k kontaktiert, falls eine,derartige Kontaktierung notwendig ist.
Das Verfahren zur Herstellung eines Speichers mit Zellen nach der Erfindung umfasst Bearbeitungen, die auf Techniken basieren, die bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen bekannt sind. Die Herstellung z.B. eines Speichers
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mit Zellen der an Hand der Fig. 1 und 5 beschriebenen Art umfasst wenigstens die folgenden Bearbeitungen: Es wird von einer Scheibe aus einkristallinem p-leitendem Silizium ausgegangen, wobei in einem lokalisierten Gebiet Antimon vordiffundiert wird zur Bildung der vergrabenen Gebiete 5» wonach, eine epitaktische Siliziumschicht 2 mit einer Arsendotierung mit einer Dicke von 1,5 bis 2/Uin abgelagert wird.
Die Isoliergebiete 3» ^- werden danach durch lokalisierte Bordiffusion gebildet; die Kontaktgebiete 15 werden durch lokalisierte Phosphordiffusion gebildet, wonach schliessllch die Gebiete 6 der Dioden durch lokalisierte Implantation von Borionen bis zu einer Tiefe von O,5/um gebildet werden. Alle vorhergehenden Bearbeitungen basieren auf den bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen unter Verwendung planarer Diffusion bekannten Techniken.
Die Scheibe wird anschliessend mit einer Schicht 8 überzogen, die derartige Isoliereigenschaften aufweist, dass die hohe Qualität der abgelagerten Schicht aus polykristallinem Silizium, die nachher erzeugt wird, gesichert ist.
Diese Isolierschicht 8 kann aus Siliziumoxid bestehen, aber es ist ebenfalls möglich, diese Schicht aus Siliziumnitrid auf einer Unterlage aus Oxid herzustellen. Die Schicht 8 weist eine Dicke von etwa 0, 1 /um auf. Mit Hilfe einer Photoätzmaske werden die Fenster 18 in der Isolierschicht 8
*-> durch einen chemischen Angriff mit Hilfe eines geeigneten Atzmittels geöffnet. Es ist dann möglich, das polykristalline Silizium abzulagern, in dem die Zonen 9 und 10 gebildet werden; diese Ablagerung erfolgt aus Silan (SiH.) und Boran (B„Hg) in einem Reaktor bei einer Temperatur zwischen 6OO und 7OO C. Die Ablagerung wird auf eine Dicke von 0,2 /um bis 0,4/um beschränkt, während die Boranmenge derart eingestellt wird, dass eine Bordotierung mit einer Konzentration
1 7
in der Grössenordnung von 10 Atomen/cm3 erhalten wird.
Die Konfiguration des Gebildes der Gebiete 9 und 10 wird dann durch Atzung des polykristallinen Siliziums mit Hilfe einer Maske erhalten, die aus abgelagertem Siliziumoxid besteht, das einer Photoätzbehandlung unterworfen ist. Das polykristalline Silizium wird mittels eines Gemisches
9098 15/0.748
2.8.78 yf PHF 77508
von Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure angegriffen. Eine neue Maske, die vorzugsweise aus Siliciumnitrid besteht, wird zur Lokalisierung der Implantation von Arsenionen in den die Zonen 10 bildenden Teilen der Schicht aus polykristallinem Silizium verwendet. Die Implantation wird der-
17
art dosiert, dass eine Arsenkonzentration von 5 · 10 Atomen/cm3 erhalten wird.
Die Anordnung wird durch eine Ablagerung von isolierendem Siliziumoxid 13 ergänzt, in dem insbesondere die Fenster 17 geöffnet werden und durch eine Ablagerung von Aluminium und eine anschliessende Atzung zum Definieren der Verbindungsleiter, vor allem der Leiter 12.
Ein unter den obengenannten Bedingungen hergestellter Speicher kann Programmierströme zulassen, die den Kurz-Schluss durch Durchschlag der gewünschten Übergänge sicherstellen und in der Grössenordnung von 20 mA liegen, wenn die übergänge zwischen z.B. den Zonen 9 und 10 einen Flächeninhalt in der Grössenordnung von 1 ,um2 aufweisen, wobei z.B. die Dicke der Schicht aus polykristallinem Silizium 0,3/um ist und die Zonenbreite am Verjüngungspunkt an dem sich der Übergang befindet, 0,3 beträgt.
909815/0748

Claims (1)

  1. U.V. Philips' GloiiiiampG.'iiabi'ski.n, Eir.--Jhoven
    12.8.1978 /K" PHF 77568
    PATENTANSPRÜCHE
    Π. Integrierte Festwertspeicherzelle die elektrisch programmierbar ist und durch mindestens zwei mit den Rückseiten gegeneinander angeordnete Halbleiterdioden gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass, während eine erste dor Dioden durch einen flachen pn—Übergang zwischen zwei aufeinander liegenden Gebieten gebildet wird, von denen sich mindestens eines in einem oberen Teil eines Halbleiterkörpern erstreckt, die zweite Diode durch einen lateralen pn~Ubergang gebildet ist, der zwischen zwei kop3.anai"en Zonen einer dünnen Halbleitermaterialschicht hergestellt ist, die sich lokal auf einer Isolierschicht erstreckt, die den genannten Körper bedeckt, wobei ein Fenster in der genannten Isolierschicht einen Kontakt zwischen der genannten Schicht und dem genannten Körper an der Stelle der ersten Diode sicherstellt und der Flächeninhalt des Übergangs der zweiten Diode wesentlich kleiner als der der ersten Diode ist.
    2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, während die genannte obere Schicht des Körpers aus einkristallinem Silizium besteht, die genannte dünne Schicht aus polykristallinem Silizium besteht.
    3. Zelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des lateralen Übergangs zwischen den zwei koplanaren Zonen kleiner als ein Zehntel des Querschnittes des flachen Übergangs zwischen den zwei aufeinander liegenden Zonen ist.
    90981 B/0748
    ORIGINAL INSPECTED
    12.8.73. ^ PIiF 77308
    SL
    h. Zolle η a cli einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Ausdehnung der genannten dünnen Schicht eine Verjüngung an der Stelle des Übergangs zwischen den zwei Zonen aufweist.
    5· Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis K, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Zonen der dünnen Schicht wenigstens in der Nähe des Übergangs zwischen diesen Zonen zwischen zwei Schichten aus isolierendem und passivierendem Material liegen.
    6. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, dass das Gebiet, das über das Fenster der Isolier*schicht mit einer der Zonen der zweiten Diode verbunden ist, ein flaches Gebiet ist, das in eine obere Schicht des Körpers eindiffundiert 1st, wobei die letztere
    Ί5 obere Schicht das andere Gebiet dex" ersten Diode bildet. 7· Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass das Gebiet, das über ein Fenster der Isolierschicht mit einer der Zonen der zweiten Diode verbunden ist, ein Teil einer epitaktischen Schicht ist, der einen Teil einer anderen epitaktischen Schicht bedeckt, der das andere Gebiet der ersten Diode bildet.
    8. Zelle nach einem der Ansprüche ί bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Diode durch den Übergang gebildet wird, der zwischen einer der zwei Zonen der Diode mit lateralem übergang und einem oberflächlichen Gebiet des Substrats hergestellt ist, das direkt darunter liegt und den entgegengesetzten Leitungstyp aufweist.
    9. Elektrisch programmierbares XY-Festwertspeichergebilde, das in einem Körper aus einkristallinem halbleitendem Silizium integriert und aus Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufgebaut ist, dadurch, gekennzeichnet, dass die Programmierelemente durch Dioden mit lateralem Übergang gebildet werden, wobei dieser übergang zwischen zwei Zonen einer Schicht aus polykristallinem Silizium hergestellt wird, die oberhalb des genannten Körpers liegt.
    909815/0748
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