DE2841467A1 - Programmierbare festwertspeicherzelle - Google Patents

Programmierbare festwertspeicherzelle

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Description

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"Programmierbare Festwertspeicherzelle."
Die Erfindung bezieht sicli auf eine Halbleiteranordnung mit einem programmierbaren Festwertspeicher mit Zellen, die je mindestens eine Diode mit einem pn-übergang und ein elektrisch zerstörbares Programmierelement enthalten.
Gewisse als "integrierte Schaltungen" bezeichnete Halbleiteranordnungen enthalten eine Vielzahl von Kreisen, und es ist manchmal während der Herstellung einer Anordnung notwendig, die Bildung gewisser Kreise aufzuschieben und erst nachher nach Unterbringung der Anordung in ihrer Umhüllung auf selektive Yeise durchzuführen. Dies ist z.B. bei den sogenannten programmierbaren integrierten Festwertspeichern der Fall, in denen zum Einschreiben von Informationen gemäss einem bestimmten Programrn gewählte Kreise mit Hilfe elektrischer Impulse, die von aussen her adressiert werden, endgültig hergestellt oder unterbrochen werden.
. Es sind andere integrierte Halbleiteranordnungen bekannt, die auch Zellen von demselben Typ enthalten, die
J0 ebenfalls programmierbar sind, z.B. gewisse Dekodieranordnungen und gewisse Anordnungen zur Verarbeitung von Datengriippen. Diese Anordnungen werden nachstehend ebenfalls mit dem allgemeinen Ausdruck "Speicher" bezeichnet.
Ein Verfahren zum Programmieren unter Verwen-
„ dung programmierbarer schmelzbarer Elemente besteht darin,
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dass vorher an den möglichen Verbindungspunkten eine Verbindung hergestellt wird, die einen schwachen Punkt enthält, an dem ein selektiv zugeführter Stromimpuls die Verbindung zum Schmelzen bringen kann, wodurch der betreffende Kreis endgültig geöffnet wird. Einer der Nachteile der Programmierung von Anordnungen durch Schmelzen- war, dass Vorgänge zur örtlichen Ablagerung schmelzbar ei' Metalle als Widerstandmaterial, wie Nickel-Chrom, auf einer integrierten Schaltung aus Halbleitermaterial erforderlich sind, welche Schaltung übrigens homogen ist. Es wurde versucht Schmelzsicherungen aus Halbleitermaterial, insbesondere aus polykristallinem Silizium, herzustellen. Dies ist. z.B. bei schmelzbaren Verbindungen der Pail, die insbesondere in der dranzösischen Patentschrift 2.168.368 beschrieben sind und in einer Schicht aus polykristallinem Silizium gebildet werden, die auf einem Substrat unter Zwischenfügung einer Isolierschicht abgelagert ist, durch die die Verbindungen geführt sind, die die Schmelzsicherungen mit den Dioden verbinden, mit denen sie in Reihe liegen. Die Dioden oder die komplexeren Einzelteile, die mit den Schmelzsicherungen in Reihe liegen, sind in dem Substrat integriert, aber neben diesen Bestandteilen muss meistens Platzraum für zugehörige Schaltungen, wie Dekodier-, Adressier-, Lese-, Verstärkerschaltungen usw. reserviert werden, die mit den Spei— cherzelleji zusammenarbeiten und eine grosse Oberfläche beanspruchen. Die zur Aufnahme all dieser Elemente notwendige Oberfläche der Scheibe ist gross und es erweist sich als wünschenswert, diese Oberfläche herabzusetzen und die Integrationsdichte der Anordnungen, insbesondere für die Speicher weiter vergrössern zu können, die meistens eine sehr grosse Anzahl von Elementen enthalten.
übrigens ist auch das Verfahren zur Programmierung durch Zerstörung eines Übergangs bekannt, das darin besteht, dass durch einen genügend starken inversen Stromimpuls der pn-übergang einer Diode kurzgeschlossen wird. Diese Diode wird als "Programmierdiode" bezeichnet und in jedem möglichen Verbindungskreis angebracht. Die
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Techniken zur Lokalisierung eines planaren Übergangs, die bisher zur Herstellung der Programmierdioden, wie der sogenannten Isolierdioden der Zellen von Matrixspeichern, verwendet werden, erfordern minimale Abmessungen, die nicht derart stark herabgesetzt werden, dass ein Wert der Stromstärke zur Zerstörung eines Übergangs erhalten wird, der mit den niedrigen Speisespannungen kompatibel ist, die die Technologie erfordert. Auch in diesem Falle muss neben den Speicherzellen Platzraum für die zugehö— rig-en Schaltungen reserviert werden, was eine grosse Oberflache erfordert. Es versteht sich, dass in allen Fällen die Programmierimpulse gar keinen Effekt auf die Schaltungselemente haben sollen, die erhalten bleiben-.
U.a. bezweckt die Erfindung, die Möglichkeiten zur Integration in einer Scheibe mit minimaler Oberfläche von Anordnungen zu verbessern, die mit Hilfe elektrisch zerstörbarer Elemente programmierbar sind.
Die Erfindung bezweckt insbesondere, eine Halbleiteranordnung anzugeben, die mindestens Gebilde von sogenannten Isolierdioden und zerstörbaren Elementen enthält, die eine grosse Integrationsdichte und eine gute Homogenität aufweisen, wobei diese Elemente und Dioden durch bekannte Techniken hergestellt werden können und eine grosse Zuverlässigkeit aufweisen.
Nach der Erfindung ist die Halbleiteranordnung, mit einem programmierbaren Festwertspeicher mit Zellen die je mindestens eine Diode mit einem pn-übergang und ein elektrisch zerstörbares Programmierelement enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass der pn-übergang der genannten einen Diode zwischen zwei Gebieten einer dünnen Schicht aus Halbleitermaterial gebildet wird, die sich auf einer Isolierschicht erstreckt, die auf einem Halbleiterkörper vorhanden ist. Vorzugsweise ist die Kombination des genannten pn—Übergangs und des genannten Programmier— elements in der genannten dünnen Halbleiterschicht angebracht, wobei die genannte Schicht aus polykristallinem Halbleitermaterial besteht.
Infolge der Tatsache, dass die Isolierdioden
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Der Anordnung und die Programmierelemente in derselben dünnen Schient gebildet werden, -weisen die durch die genannten Dioden und Elemente gebildeten Kreise eine homogene Struktur auf und nehmen nur einen beschränkten Platzraum ein. Da sich die dünne Schicht über einen Halbleiterkörper erstreckt, bleibt letzteres vollständig für zugehörige Schaltungen und für alle andere Einzelteile als die Dioden und Programmierelemente verfügbar.
Insbesondere in einer bevorzugten Ausfübrungsform werden die Dioden und die einen Teil dieser Dioden bildenden elektrisch zerstörbaren Elemente in einer dünnen Schicht aus polykristallinem Silizium gebildet, die ihrerseits auf einer Isolierschicht erzeugt wird, die einen Körper aus einkristallinem Silizium bedeckt, in dem andere Einzelteile gebildet werden können, wobei durch die Isolierschicht gegebenenfalls Verbindungen geführt werden, die die genannten Dioden oder die genannten Elemente mit den genannten Einzelteilen verbinden.
Die Herstellung einer derartigen Anordnung basiert auf bekannten Techniken zur Ablagerung, Implantation, Diffusion und zum selektiven Angriff mit Lokalisierung durch Maskierung. Die Programmierelemente werden zugleich mit den Dioden ohne zusätzliche Bearbeitungen hergestellt. Ausserdem ergibt die Isolierschicht, die vorzugsweise aus Siliziumoxid besteht, eine erhebliche Wärmeisolierung zwischen dem zerstörbaren Element und dem Halbleiterkörper.
Die Zerstörung des Programmierelements kann, je nach dem sich ergebenden Fall, einen ursprünglich geschlossenen Kreis öffnen oder einen Kurzschluss in einem ursprünglich geöffneter Kreis herbeiführen.
Im ersten Fall ist die Zone eines der zwei Gebiete der Diode, das das zerstörbare Element bildet, unmittelbar mit einem Stromzuführungsleiter verbunden und weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, bei dem der Kreis unter der Einwirkung eines Impulses mit genügender Energie unterbrochen wird.
Im zweiten Fall ist das Programmierelement,
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das einen lateralen Übergang enthält, mit einem Stromzuführung leiter verbunden, um eine überspannung anzulegen, die einen Kurzschluss durch eine Lawinenerscheinung· genügender Energie herbeiführen kann.
Es sei bemerkt, dass ein übergang als lateral bezeichnet wird, wenn er auf eine Oberfläche beschränkt ist, die zu der Ebene der Halbleitermaterialschicht nahezu senkrecht ist.
Z.B. wird ein Speicher, der durch eine XY-Matrix von Speicherzellen und von zugehörigen Dekodier- und Adressierschaltungen gebildet wird, aus einem Netzwerk von Dioden aus polykristallinem Silizium aufgebaut, das sich auf einer Siliziumoxidschicht erstreckt, die einen Körper aus einkristallinem Silizium bedeckt, in dem die zugehörigen Schaltungen integriert sind. Der ganze Körper steht zur Verfugung, urn darin die Einzelteile dieser zugehörigen Schaltungen zu bilden. Die Anordnung der Dioden und der Schmelzsicherungen ist homogen, wobei die Schmelzsicherungen mit Gebieten der Dioden ein Ganzes bilden.
Ausserdem weist das vorzugsweise dotierte polykristalline Silizium in bezug auf den spezifischen ¥iderstand und die Schmelztemperatur Eigenschaften auf, die für die Herstellung von Schmelzsicherungen günstig sind.
Vorzugsweise ist der Querschnitt des Übergangs der Programmierdiode kleiner als ein Zehntel des Querschnittes des Übergangs der Isolierdiode, wodurch die Programmierung ohne Gefahr für die letztere Diode sichergestellt werden kann.
Auf diese Feise wird ein Speicher, der durch eine XY-Matrix von Speicherzellen und zugehörigen Schaltungen gebildet wird, aus einem Netzwerk von Isolierdioden und Programmierdioden aus polykristallinem Silizium auf der oberen Fläche einer Siliziumoxidschicht aufgebaut, die einen Körper aus einkristallinem Silizium bedeckt, in dem Schaltungselemente der zugehörigen Schaltungen integriert sind. Die ganze Oberfläche des Körpers steht zur Verfügung um darin die Schaltungselemente der zugehörigen Schaltungen zu bilden. Die Anordnung der Dioden^
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einschliesslich der Programinierdioden, ist homogen.
Einige Ali s f ührungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematisch Schnitt durch eine Festwertspeicherzelle nach der Erfindung längs der Linie I-I der Fig. 2,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zelle nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Schaltbild einer Matrix einer programmierten Festwertspeichers,
Fig. h einen schematischen Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 5 durch eine programmierbare Speicherzelle mit einer Schmelzsicherung,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Zelle nach Fig.
Fig. 6 einen schematischen Schnitt längs der Linie C-D der Fig. 7 durch eine programmierbare Speicher— zelle mit zerstörbarem übergang,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Zelle nach Fig.
Fig» 8 einen schematischen Schnitt längs der· Linie E-F der Fig. 9 durch eine programmierbare Speicher-2S zelle mit einer Schmelzsicherung,
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Zelle nach Fig. 8,
Fig. 10 einen schematischen Schnitt längs der Linie G—H der Fig. 11 durch eine programmierbare Speicherzelle mit zerstörbarem übergang,
Fig. 11 eine Draufsieht,auf die Zelle nach Fig. 10,
Fig. 12 einen teilveisen schematischen Schnitt längs der Linie K-L der Fig. 13 durch eine programmierbare Anordnung mit zugehörigen Schaltungen,
Fig. 13 eine teilweise Draufsicht auf die Zelle nach Fig. 12,
Fig. 14 ein Schaltbild eines programmierbaren
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Festwertspeichers mit zerstörbarem Übergang, und
Fig. 15 ein Schaltbild eines programmierbaren Festwertspeichers mit Schmelzsicherungen.
Es sei bemerkt, dass der Deutlichkeit halber
S in den Figuren die Abmessungen nicht massstäblich sind, wobei insbesondere die Dickenabmessungen stark übertrieben sind, und dass in den Draufsichten die Isolierschichten annahmeweise transparent sind.
Ein programmierbarer Festwertspeicher wird auf einem Halbleiterkörper 101 (Figuren 1 und 2) aus einkristallinem Silizium hergestellt, das mit einer Schicht aus Siliziumdioxid 102 überzogen ist. Der Körper 101 ist z.B. p-leitend und enthält eine epitaktische Schicht vom n-Leitungstyp, in der Einzelteile zugehöriger Schaltungen, wie Dekodierschaltungen, Adressierschaltungen oder Verstärker schaltungen, gebildet werden, die zum Schreiben oder Lesen des Informationsinhalts des Speichers erforderlich sind« Die genannte epitaktische Schicht und die darin integrierten Einzelteile sind nicht dargestellt.
Eine dünne Schicht aus polyki'istallinem Silizium ist auf der Isolierschicht 102 abgelagert. Die dünne Schicht aus polykristallinem Silizium enthält mehrere Inseln, die voneinander getrennt sind und die je ein η-leitendes Gebiet IO3 und ein p-leitendes Gebiet 104 enthalten, zwischen denen ein lateraler Übergang IO5 gebildet ist, wobei das Gebilde der zwei Gebiete IO3 und 104 einen schmäleren Zwischenteil geringerer Breite aufweist, der zwischen zwei Teilen grösserer Breite liegt und an diesen Teilen grenzt, wobei sich der übergang IO5 in dem genannten schmäleren Teil befindet. So wird der Umfang des Übergangs, der zu der Ebene der Oberfläche des Halbleiterkörpers senkrecht ist, verringert.
Die Gebiete 103 und 104 und ihr übergang IO3 sind mit einer Isolierschicht 106 überzogen, in der Fen— ster IO9 und 110 vorgesehen sind. Die genannten Fenster sind über den breiteren Teilen der Gebiete IO3 bzw. 104 hergestellt und die Kontakte auf den Gebieten 103 und 104 der Dioden werden über die Fenster 109 und 110 mit
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Hilfe von Aluminiumleitern gebildet, die. durch Aufdampfen in einem Vakuum abgelagert sind und z.B. durch einen Spaltenleiter 107 und einen Zeilenleiter 108 gebildet werden.
Der programmierbare Speicher wird im allgemeinen in Form einer XY-Matrix hergestellt, die Zellen und Spalten enthält, zwischen denen die Dioden die Speicherpunkte oder -zellen bilden. Vor der Programmierung wird jede Spalte des Speichers mit jeder Zeile über eine Ubergangsdiode verbünden, z.B. über die Dioden nach dem Schaltbild der Fig. 3 zwischen der Spalte C2„ und den ■ Zeilen L„ , L _, L „, Lp..· Nach der Programmierung werden gewisse Dioden gelöscht und werden die entsprechenden Verbind^mgen durch das Schmelzen des Halbleitermaterials ihres schmalen Zwischenteiles, z.B. die Verbindungen zwischen der Spalte C_„ und der Zeile L?o oder zwischen der Spalte C„_ und der Zeile L„„ des Schaltbildes nach Fig. 3> unterbrochen.
Das Verfahren zur Herstellung eines Speichers mit Zeilen gemäss dem schematisch in den Figui-en 1 und 2 dargestellten Beispiel kann mit Hilfe von Vorgängen durchgeführt werden, die üblicherweise bei der Herstellung von Halbleitern verwendet werden.
Ausgehend von einer Scheibe aus einkristallinem Silizium, werden die zugehörigen Schaltungen des Speichers mit den Einzelteilen und den erforderlichen Verbindungen in der genannten Scheibe hergestellt. Die genannten Schaltungen werden durch ein beliebiges bekanntes Verfahren hergestellt, das mit Rücksicht auf die Erhaltung des höchsterzielbaren Betriebsverhalten und in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften gewählt wird, wobei die zu berücksichtigenden Bedingungen darin bestehen, dass einerseits die genannten Schaltungselemente und die genannten Verbindungen ohne Beschädigung die Wärmebehandlungen aushalten können müssen, die infolge der Vorgänge zur Bildung der Dioden des Speichers notwendig sind, und dass andererseits durch Anwendung des gewählten Verfahrens eine Oberfläche der Scheibe erhalten werden können muss,
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die eine angemessene Flachheit aufweist und imstande ist, eine Ablagerung von Isoliermaterial und. dann von polykristallinem Silizium aufzunehmen.
Die Scheibe, in der die erforderlichen Schal-
S tungen hergestellt sind, wird dann mit einer Isolierschicht atis Siliziumdioxid (SiO„) überzogen, die vorzugsweise chemisch aus der Dampfphase in einer Dicke in der Gros — senordnung von 0,1 /um abgelagert wird. Die genannte Schicht kann durch eine Schicht aus Siliziumnitrid auf einer Teilschicht aus SiO_, die chemisch aus der Dampfphase abgelagert wird, ersetzt werden. Die Ablagerung polykristallinen Siliziums, in dem die Dioden der Zellen des Speichers gebildet werden erfolgt anschliessend. Bei der Ablagerung wird von Silan (SiIIi ) ausgegangen, dem Boran (B„EL-) zugesetzt ist, damit die abgelagerte Schicht mit Bor dotiert ist; die Ablagerung findet in einem Reaktor· bei einer Temperatur zwischen 600 und 7OO°C statt. Die abgelagerte Schicht ist auf eine Dicke von 0,3/um beschränkt und der Borangehalt wird derart eingestellt, dass eine Borkonzentration in der Grossen— Ordnung von 10 Atomen/cm erhalten wird.
Im Falle, in dem die Einzelteile und/oder die Verbindungen-, die bereits in der Scheibe hergestellt sind, keine hohen Temperaturen aushalten können, kann die Isolierschicht durch jedes der bekannten. Oxidationsverfahren unter Druck und bei niedriger Temperatur erhalten werden, während die Ablagerung polykrxstallinen Siliziums durch ein die Plasmagastechniken verwendendes Verfahren bei Temperaturen von nicht mehr als 400°C erhalten werden kann.
Die Dioden werden dann dadurch lokalisiert, dass die Siliziumschicht über eine gelochte Silizium— oxidmaske geätzt wird. Das polykristalline Silizium wird mit Hilfe eines Gemisches von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure oder mit Hilfe eines Plas-. inas auf Basis von Fluorid geätzt. Eine neue Maske, die, wenn möglich, vorzugsweise aus Siliziumnitrid besteht, ist derart ausgebildet, dass die η-leitenden Gebiete der
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Dioden durch. Implantat3.011 von Arsenionen mit einer Dosis,
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die eine Arsenkonzentration von 5· 10 Atomen/cm bestimmt, lokalisiert werden.
Die Anordnung wird durch Ablagerung einer Isolierschicht aus Siliziumdioxid, in der Kontaktfenster angebracht werden, und durch Ablagerung einer Aluminiumschicht und eine anschliessen.de Ätzbehandlung zum Definieren der Verbindungsleiter fertiggestellt.
Die programmierbare Speicherzelle nach Figuren k und 5 ist mit einem Körper hergestellt, von dem wenigstens eine Oberflächenschicht aus Isoliermaterial besteht. In einer dünnen Halbleitermaterialschicht sind ein erstes Gebiet 2 von einem ersten Leitungstyp und ein zweites Gebiet 3 vom entgegengesetzten Leitungst3^p vorhanden, wobei diese beiden Gebiete einen übergang 4 bilden. Das Gebiet 3 weist eine Konfiguration oder Kontur auf, die einen schmäleren Teil 5 zwischen dem übergang h und einem Kontaktgebiet 6 enthält. Die zwei Gebiete 2 und 3 und der verbleibende Teil der Oberfläche des Körpers sind mit einer isolierschicht 7 überzogen, die Kontaktöffnungen für das Gebiet 2 und 9 für das Gebiet 3 aufweist. Ein Metallstreifen 10 ist mit dem Gebiet 2 in Kontakt, während ein Metallstreifen 11 mit dem Gebiet 3 in. Kontakt ist. Der Streifen 11 erstreckt sich senkrecht zu dem Streifen 10, wenn der programmierbare Speicher von dem Typ mit einer XY-Matrix ist (siehe das Schaltbild nach Fig. 15). Dieser Streifen 11 ist gegen den Streifen 10 über die Dicke einer Isolierschicht 12 isoliert; dieser Streifen ist in der Draufsicht nach Fig. 5 nicht darge-r stellt.
Der schmale Teil 5 des Gebietes 3 der Diode bildet einen schwachen Punkt, wobei mit Hilfe eines genügend starken Spannungsimpulses, der zwischen den Leitern 10 und 11 in der Durchlassrichtung des Übergangs k angelegt wird, ein Strom diesen schmalen Teil 5 zum . Schmelzen bringen kann und der ursprünglich einseitig gerichtete Kreis endgültig geöffnet wird. Die Diode und die Schmelzsicherung bilden eine Kombination, die homogen
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ist und minimale Abmessungen aufweist. Die Herstellung der Diode und der Schmelzsicherung, z.B. aus polykristallinen! Silizium, mit einer Isolierung mit Hilfe von Siliziumoxid basiert auf in. der Halbleitertechnologie
S bekannten Techniken.
Die programmierbare Speicherzelle nach den Figuren 5 und 6 ist mit einem Körper 21 hergestellt, von dem wenigstens eine Oberflächenschicht aus Isoliermaterial besteht und der in einer dünnen Halbleitermaterialschicht ein erstes Gebiet 22 von einem ersten Leitungstyp und ein zweites Gebiet 23 vom entgegengesetzten Leitungstyp enthält, wobei diese beiden Gebiete einen übergang 24 bilden. Ein drittes Gebiet 25 vom gleichen Leitungstyp wie das Gebiet 22 ist vorhanden, da.s mit dem Gebiet 23 einen Übergang 26 bildet. Das Gebiet 23 und das Gebiet 25 weisen eine Konfiguration oder Kontur auf, die einen schmäleren Teil 27 an der Stelle des Übergangs 26 enthält, während die Gebiete 22 und 25 Kontakt ie l-ungszcnen enthalten. Die drei Gebiete und der verbleibende Teil des Körpers sind mit einer Isolierschicht 28 überzogen, die Kontaktöffnungen 29 für das Gebiet 22 und 30 für das Gebiet 25 aufweist. Ein Metallstreifen 3I ist mit dem Gebiet 22 in Kontakt, während ein Metallstreifen 32 mit dem Gebiet 25 in Kontakt ist. Der Metallstreifen 32 ist in der Draufsicht der Fig. 6 nicht dargestellt; er erstreckt sich senkrecht zu dem Streifen 3I> wenn der Speicher von dem Typ mit einer XY-Matrix ist (siehe das Schaltbild nach Fig. 14), wobei die zwei Streifen 3I und 32 gegeneinander durch die Isolierschicht 33 isoliert sind.
Der übergang 26 weist einen geringen Querschnitt auf, wobei beim Auftreten eines genügend starken Spannungsimpulses, der zwischen den Leitern 3' und 32 in der Durchlassrichtung des Übergangs 2k (der Sperrrichtung des über»· gangs 26) angelegt wird, ein Strom die Zerstörung durch Kurzschluss dieses Übergangs 26 herbeiführen kann, ohne dass der übergang 24 beschädigt wird. Der infolge der zwei in Reihe und gegensinnig geschalteten Übergänge ursprünglich geöffnete Kreis wird endgültig ein einseitig gerich-
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ter geschlossener Kreis. Die Diode 22, 23 und die Diode
23 j 25 bilden eine Kombination τοπ Elementen, die homogen ist und minimale Abmessungen aufweist. Die Herstellung
der zwei Dioden, z.B. aus polykristallinem Silizium mit
einer Isolierung mit Hilfe von Siliziumoxid, basiert auf in der Halbleitertechnologie bekannten Techniken.
Die programmierbare Speicherzelle nach den Figuren 8 und 9 ist mit einem Körper 71 hergestellt und
enthält in einer dünnen Schicht aus polykristallinem Silizium ein erstes Gebiet 72 von einem ersten Leitungstyp und ein zweites Gebiet 73 vom entgegengesetzten Leitungstyp, wobei diese zwei Gebiete einen planaren oder flachen Übergang bilden. Das Gebiet 72 enthalt einen schmalen
Teil zwischen dem genannten Übergang und einer Kontakt-
zone 80. Die Gebiete 72 und 73 und der verbleibende Teil der Scheibe sind mit einer Isolierschicht Jk überzogen,
die Kontaktfenster 79 für das Gebiet 73 und 77 für das
Gebiet 72 aufweist. Ein Metalleiter 75 ist mit dem Gebiet 73 über das Fenster 79 in Kontakt, während ein Leiter 76 (der in Fig. 8 nicht dargestellt ist), der sich senkrecht zu dem Leiter 75 erstreckt, wenn der Speicher von dem Typ mit einer XY-Matrix ist, mit dem Gebiet J2 über das Fenster 77 i*1 Kontakt ist. Die zwei Leiter sind gegeneinander über die Isolierschicht 70 isoliert. Diese Ausfüh-
rungsform der Zelle unterscheidet sich von der an Hand
der Figuren h und 5 beschriebenen Zelle nur in bezug auf die Isolierdiode, die eine Diode mit flachem Übergang
statt einer Diode mit lateralem Übergang ist. In den
beiden Fällen enthält ein Gebiet der Diode einem schma-
len Teil (7.8), der ein schmelzbares Element bildet. Das
Gebiet 73 "wird z.B. durch Ionenimplantation hergestellt. Die programmierbare Speicherzelle nach den Figuren 10 und 11 ist mit einem Substrat 81 hergestellt
und enthält in einer dünnen Schicht aus polykristallinem Silizium ein erstes Gebiet 84 von einem ersten Leitungstyp und ein zweites Gebiet 83 vom entgegengesetzten Leitungstyp, wobei diese zwei Gebiete einen planaren übergang bildeni Ein drittes Gebiet -82 vom gleichen Leitungstyp
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wie das Gebiet 84 bildet mit dem Gebiet 83 einen lateralen übergang 89· Die Gebiete 82 und 83 weisen eine Konfiguration auf, die einen schmalen Teil 92 an der Stelle des Übergangs 89 enthält; die Gebiete und der verbleibende Teil der Scheibe sind mit einer Isolierschicht 85 überzogen, die Kontakt fenster 88 für· das Gebiet 82 und 9"I für das Gebiet 84 aufweist. Ein Metalleiter 86 ist mit dem Gebiet 84 in Kontakt, während ein Metalleiter 87 mit dem Gebiet 82 in Kontakt ist (wobei der letztere Leiter in Fig. 8 nicht dargestellt ist), während im Falle eines XY-Speichers sich dieser Leiter senkrecht zu dem Leiter 84 erstreckt. Die zwei Leiter 87 und 84 sind gegeneinander über eine Isolierschicht 93 isoliert.
Die Zelle nach dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der an Hand der Figuren 5 und 6 beschriebenen Zelle nur in bezug auf die Isolierdiodo, die eine Diode mit planarem Übergang statt einer Diode mit lateralem übergang ist. In den beiden Fällen bilden die zwei Gebiete zu beiden Seiten des lateralen Übergangs eine programmierbare Diode, die mit einem genügend starken Sperrstrom kurzgeschlossen worden kann. Das Gebiet 84 ist vorzugsweise durch Ionenimplantation hergestellt.
Die programmierbare Speicherzelle nach den Flguren 12 und I3 ist vom Typ mit zwei in Reihe und gegensinnig angeordneten Dioden. Der Speicher ist auf einem Substrat 41 aus einkristallinem p-leitendem Silizium hergestellt, das mit einer epitaktischen η-leitenden Schicht verseilen ist, in der die Einzelteile zugehöriger mit den Zellen des Speichers zusammenarbeitender Schaltungen, wie z.B. die Dekodierer und die Verstiirker zum Einschreiben und zum Auslesen des Inhalts des Speichers, gebildet werden. Einer der Transistoren der zugehörigen Schaltungen ist vom npn-Typ und ist im Schnitt nach Fig. 12 darge-
2-5 stellt; er enthält einen Kollektor 42, der einen Teil dor epitaktischen Schicht bildet ljnd mit einer vergrabenen η -Schicht 43 versehen ist. Ausserdem ist eine Basis 45 vom p-Typ in die epitaktische Schicht eindiffundiert,
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und 1st ein Emitter 46 vom 11 -Typ, in das Ba.sisgebiet eindiffundiert. Der dargestellte Transistor ist lateral gegen die anderen Schaltungselemente mit Hilfe von Gebieten 47 aus Siliziumoxid isoliert, die bis zu dem Sub— strat vom p-Typ reichen. Die Oberfläche der epitaktischen Schicht ist mit einer dünnen Isolierschicht 48 aus SiIiziumoxid überzogen, die Kontaktöffnungen aufweist, und zwar eine öffnung 49 für den durch einen Metalleiter 50 gebildeten Kontakt des Kollektors, eine Öffnung 51 für den durch einen Metalleiter 52 gebildeten Kontakt der Basis und eine öffnung 53 für den durch einen Metalleiter 54 gebildeten Kontakt des Emitters.
Das Netzwerk von Verbindungen der zugehörigen Schaltungen, die in dem Halbleiterkörper integriert sind, welches Netzwerk die Leiter ^O, 5'~ > 54, enthält ist mit einer Isolierschicht 55 aus Siliciumoxid Überzogen, die gegebenenfalls Offnungen an den Stellen aufweisen kann, an denen Zeilen oder Spalten programmierbarer Elemente mit einer zugehörigen Schaltung verbunden wex'den müssen.
Auf der Isolierschicht 55 wird eine dünne Schicht aus polykristallinem Silizium angewachsen, von der Teile aufrechterhalten sind, die den Dioden des Speichers entsprechen. Die Dioden sind denen nach den Figuren 6 und 7 ähnlich und enthalten ein erstes p~lei— tendes Gebiet 56» ein zweites η-leitendes Gebiet 57 und ein drittes p-leitendes Gebiet 58. Der übergang 59 zwischen den Gebieten 57 und 56 weist einen grösseren Querschnitt als der übergang 6O zwischen den Gebieten 58 und 57 auf. Es versteht sich, dass ein ähnlicher Speicher aus Zellen aufgebaut sein könnte, die schmelzbare Elemente gleich denen nach den Figuren 4 und 5 enthalten. Der übergang 6O bildet das zerstörbare Programmierelement der Speicherzelle. Die Programrnieriinpulse werden durch mit dem Gebiet 56 in Kontakt stehenden Meta11-
. leiter 61 und durch mit dem Gebiet 58 in Kontakt stehende Leiter 62 geschieht. Der Leiter 61 ist ein Aluminiumstreifen, der durch Aufdampfen im Vakuum abgelagert ist, ahn-
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liclies trifft für den Leiter 62 zu. Der letztere Leiter stellt mit dem Gebiet 58 über eine Öffnung 6J in Kontakt, die in einer Isolierschicht 64 aus Siliziumoxid angebracht ist, die die Ganze Scheibe und insbesondere die Leiter bedeckt.
Da mehrere Speicherzellen, die der Zelle ähnlich sind, die durch die drei Gebiete 56, 57 und 58 gebildet wird, auf einer Linie angeordnet sind, kann der über die Öffnung 63 hergestellte Kontakt für zwei benachbarte Zellen verwendet werden, wobei das Gebiet 58 verlängert wird und das dritte Gebiet 65 einer der beschriebenen Zelle benachbarten Zelle bildet. Durch diese Anordnung wird Platz erspart, was eine vergrösserte Integrationsdichte '/r,ur Folge hat.
Das Verfahren zur Herstellung eines Speichers, dessen Zeilen dem schematise!! in den Figuren 5 und 6 gezeigten Beispiel entsprechen, umfasst Bearbeitungen, die auf üblichen bei dor Herstellung von Halbleitern verwendeten Techniken basieren»
Ausgehend von einer Scheibe aus einkristal— linem Silizium worden in dieser Scheibe die zugehörigen Schaltungen des Speichers, elnschliesslicli Schaltungselemente sowie der erforderlichen Verbindungen, gebildet. Diese Schaltungen werden nach einer der bekannten Techniken hergestellt, die mit Rücksicht auf die Erhaltung des besten Betriebsverhaltens und in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften gewählt ist. Die Bedingungen, die berücksichtigt werden sollen, bestehen darin, dass einerseits diese Schaltungselemente und diese Verbindungen ohne Beschädigung die Wärmebehandlungen aushalten können müssen, die bei den Vorgängen zur Bildung der Isolierdioden und der Programmierdioden des Speichers erforderlich, sind, und dass andererseits mit dem gewählten Verfahxen eine Oberfläche der Scheibe erhalten werden können muss, die eine angemessene Flachheit aufweist und eine Ablagerung von Isoliermaterial und dann von polykristallinem Silizium genügender Qualität aufnehmen kann,
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Die Scheibe, in der die erforderlichen Schaltungen hergestellt sind, wird dann mit einer Isolierschicht aus Siliciumoxid überzogen, die vorzugsweise auf chemischem Wege aus der Dampfphase abgelagert wird und eine Dicke in der Grössenordnung von 0, 1 /um aufweist. Diese Schicht kann durch eine Schicht aus Siliziumnitrid auf einer Unterlage aus SiO? ersetzt werden, die auf chemische Wege aus der Dampfphase abgelagert wird. Anschlies— send findet die Ablagerung von polykristallinen! Silizium statt, in dem die Dioden der Zellen des Speichers nachher gebildet werden: Die Ablagerung erfolgt aus Silan (SiH. ) , c.em Boran (B?H/) zugesetzt ist, damit die abgelagerte Schicht mit Bor dotiert ist, und zwar in einem Reaktor bei einer Temperatur zwischen 6OO und 700°C.
Die Ablagerung wird derart geregelt, dass eine Schicht mit einer Dicke von 0,3/1^m erhalten wird, und der Borangehalt wird derai-t eingestellt, dass eine Borkonzentration in der. Grössenordnung von 10 Atomen/cm-' erhalten ■ wird.
?-0 Falls die Schaltungselemente und/oder die Verbindungen, die bereits in und oder auf der Scheibe gebildet sind, keine hohen Temperaturen aushalten können, kann die Isolierschicht durch jedes der bekannten Verfahren zum Oxidieren unter Druck bei niedriger Temperatur erlmlten werden, während die Ablagerung von polykristci.llin.eni Silizium durch ein Verfahren erfolgen kann, das auf den Gasplasmatechniken basiert und bei dem Temperatxiren verwendet werden, die hOO C nicht überschreiten.
Die Dioden werden ansohliessend durch Ätzung der Siliziumschicht mit Hilfe einer Photοätzmaske aus Siliziumoxid lokalisiert. Das polykristalline Silizium wird mit Hilfe eines Gemisches von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure oder durch Ätztmg mittels eines Plasmas auf Basis von Fluorid angegriffen. Eine neue Maske die vorzugsweise, wenn möglich, aus Siliziumnitrid besteht, wird gebildet, um die 11-leitenden Gebiete der Dioden durch Arsenioneniraplantation mit einer Dosis entsprechend einer Arsenkonzentration von 5· 10 Atomen/
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cm zu lokalisieren.
Die Anordnung wird durch. Ablagerung einer Isolierschicht aus Siliziumdioxid, in der Kontaktfenster geöffnet werden, und durch eine Ablagerung von Aluminium und eine anschliessende Ätzung zum Definieren der Verbindungsleiter fertiggestellt.
Ein unter den obengenannten Bedingungen hergestellter Speicher kann Programmierströme zulassen, die den Kurzschluss der gewünschten Übergänge sicherstellen und in der G-rössenordnung von 20 mA liegen, wenn die übergänge der Programmierdioden einen Flächeninhalt in der
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Grössenordnung von 1 /um aufweisen, wobei z.B. die SiIiziunischicht eine Dicke von etwa 0,3/um aufweist und die Breite an der schmälsten Stelle, an dem sich der übergang befindet, nahezu 3/um beträgt»
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Claims (2)

  1. 284H67
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    Patentansprüche:
    Halbleitereuiordnung mit einem programmierbaren Festwertspeicher mit Zellen, die je mindestens eine Diode mit einem pn—Übergang und ein elektrisch zerstörbares Prograinmierelement enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass der pn-Ubergang der genannten einen Diode zwischen zwei Gebieten einer dünnen Schicht aus Halbleitermaterial gebildet ist, die sich auf einer Isolierschicht erstreckt, die auf einem Halbleiterkörper vorhanden ist.
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination des genannten pn-Ubergangs und des genannten elektrisch zerstörbaren Programmierelements in der genannten dünnen Halbleiterschicht angebracht ist, wobei die genannte Schicht aus polykristallinem Halbleitermaterial besteht, 3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch zerstörbare Element einen streifenförmigen Teil der genannten Halbleiterschicht enthält, der eine Verjüngung aufweist, wobei ein Zwischenteil geringerer Breite zwischen zwei Teilen grösserer Breite liegt und an diesen Teilen grenzt, wobei sich der pn-Ubergang der Diode in dem genannten Zwischenteil geringerer Breite befindet.
    h. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass den zwei benachbarten Dioden
    2S mit pn-Ubergang benachbarter Speicherzellen, wobei der
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    pn-Übergang jeder dieser Dioden zwischen zwei Gebieten der genannten dünnen Halbleiterschicht gebildet wird, ein Gebiet der genannten Schicht gemeinsam ist. 5· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Programmierelement eine mit der genannten Diode mit pn-übergang in Reihe geschaltete Schmelzsicherung ist und duz'ch einen Teil eines der zwei Gebiete der genannten Diode gebildet wird.
    6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Programmierelement eine zweite Diode mit pn-übergang ist, die kurzgeschlossen werden kann, wobei die genannte erste und die genannte zweite Diode in Reihe und gegensinnig angeordnet sind, und wobei die genannte zweite Diode zwei Halbleitergebiete enthält, die einen pn-übergang bilden, wobei einem ersten der genannten zwei Halbleitergebiete und einem der zwei Gebiete der ersten Diode eine Zone der genannten dünnen Halbleiterschicht gemeinsam ist.
    7· Halbleiteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination der genannten ersten Diode mit pn-übergang und des genannten Pro·- grammierelements In einem Teil der genannten dünnen Halbleiterschicht angebracht ist, wobei der genannte Teil an der Stelle des genannten pn-Ubergangs der genannten ersten Diode einen Querschnitt aufweist, der einen grösseren Flächeninhalt als der kleinste Querschnitt des genannten Teiles an der Stelle des genannten Programmierelements hat.
    8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7s dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anzahl der genannten Dioden, die durch einen übergang zwischen zwei Gebieten der genannten dünnen HaIbleitermaterialschicht gebildet werden, mit in der genannten dünnen Schicht gebildeten schmelzbaren Elementen in Reihe angeordnet sind, und dass eine zweite Anzahl der genannten Dioden mit Dioden in Reihe angeordnet sind, die kurzgeschlossen werden können und die in der genannten
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    dünnen Schicht gebildet sind.
    9. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ausserdem zugehörige Schaltungen enthält, die mit den Zellen des Festwertspeichers zusammenarbeiten, wobei eine Anzahl von Schaltungselementen der genannten zugehörigen Schaltungen in dem genannten Halbleiterkörper integriert sind.
    10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Halbleiterkörper ein einkristalliner Körper ist, wobei die genannten integrierten Schaltungselemente wenigstens teilweise unter dem Gebiet der genannten dünnen Schicht liegen, das von den Zellen des Festwertspeichers eingenommen wird.
    11. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioden und die zerstörbaren Programmierelemente in einer dünnen Schicht aus polykristallinem Silizium gebildet sind, die auf einer Schicht aus Siliziumoxid abgelagert ist, die einen Halbleiterkörper aus einkristallinem Silizium bedeckt.
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