PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60028111T2 28.09.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001039476
Titel Ferroelektrischer Speicher
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Nakajima, c/o Fujitsu Limited, Masao, Kawasaki-shi, Kanagawa 211-8588, JP
Vertreter W. Seeger und Kollegen, 81369 München
DE-Aktenzeichen 60028111
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.03.2000
EP-Aktenzeichen 003022209
EP-Offenlegungsdatum 27.09.2000
EP date of grant 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.09.2006
IPC-Hauptklasse G11C 11/22(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ferroelektrischen Speicher (FRAM), und insbesondere einen ferroelektrischen Speicher, welcher eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber den Einwirkungen elektromagnetischer Wellen von außen besitzt, wenn er in einer IC-Karte oder ähnlichem eingebaut ist.

Ein ferroelektrischer Speicher nutzt das Phänomen, dass, wenn ein ferroelektrisches Material durch die Anwendung eines gerichteten elektrischen Feldes polarisiert ist, sein Polarisationszustand als Restpolarisation zurückbleibt, selbst wenn die Stromquelle abgeschaltet wird. Solches ferroelektrische Material kann polarisiert werden unter Verwendung von weniger Energie als wie bei einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festspeicher (EEPROM) oder dergleichen, und ein ferroelektrischer Speicher kann weiterhin Daten schneller schreiben, löschen oder lesen als ein EEPROM oder Flash-Speicher. Darüber hinaus findet er Beachtung als nichtflüchtiger Speicher der nächsten Generation, weil ein ferroelektrischer Speicher gespeicherte Daten aufbewahren kann, selbst wenn der Strom abgeschaltet wurde. Beispielsweise wird der ferroelektrische Speicher erforscht für die Anwendung als wiederbeschreibbares Programm ROM und als Ersatz für den konventionellen dynamischen Direktzugriffspeicher (DRAM).

Als nützliche Anwendung eines ferroelektrischen Speichers wurde vorgeschlagen, dass der ferroelektrische Speicher in integrierte Schaltungskarten (IC) eingebaut wird, welche große Datenmengen speichern und vielfältige Funktionen aufweisen. So eine IC-Karte ist üblicherweise mit einem externen Computer in einem kontaktlosen Zustand (ohne direkten elektrischen Kontakt) verbunden und wird mit Strom versorgt und überträgt und empfängt Kommunikationsdaten durch die Verwendung von elektromagnetischer Strahlung oder Wellen. Aus diesem Grunde ist eine Antenne zum Übertragen und Empfangen von elektromagnetischen Wellen, die mit einem ferroelektrischen Speicherchip verbunden ist, innerhalb einer IC-Karte vorgesehen.

Um jedoch mit Leistung versorgt zu werden und Daten ohne Kontakt zu empfangen und zu senden, müssen mit einem ferroelektrischen Speicher versehene IC-Karten einer elektromagnetischen Welle mit extrem hoher Energie ausgesetzt werden. Diese elektromagnetische Welle bestrahlt sowohl den eingebauten ferroelektrischen Speicherchip als auch die Antenne innerhalb der IC-Karte. In so einem ferroelektrischen Speicherchip ist im Allgemeinen ein Speicherzellenfeld vorgesehen, das leitfähige Leitungen, bekannt als Wortleitungen, Plattenleitungen und Bitleitungen, umfasst; die letzteren sind senkrecht zu den Wort- und Plattenleitungen. Eine Speicherzelle, welche mindestens einen ferroelektrischen Kondensator aufweist, ist an der Schnittstelle von jedem Teil von Bitleitungen mit einer Wortleitung und Plattenleitung ausgebildet. In dieser Anordnung, da die Wortleitung und/oder Plattenleitung und/oder Bitleitung innerhalb des Chips über eine relativ lange Entfernung ausgelegt sind, kann erwartet werden, dass ihr elektrisches Potential beim Anlegen einer Hochfrequenzspannung, hervorgerufen durch eine elektromagnetische Welle, fluktuiert. Als Resultat der Fluktuation des Potentials dieser Leitungen gibt es Fälle, bei denen ein elektrisches Feld, dessen Richtung sich von der Richtung bei der Schreibzeit unterscheidet, zufällig an einem ferroelektrischen, mit der Plattenleitung verbundenen Kondensator angelegt wird, und der gewünschte Zustand der gespeicherten Restpolarisation wird entweder umgepolt oder zerstört.

Dementsprechend ist es wünschenswert, einen ferroelektrischen Speicher vorzusehen, der derart ausgebildet ist, dass keine oder reduzierte Fluktuationen eines Speicherzustands, der aus einer elektromagnetischen Welle resultiert, hervorgerufen werden.

Es ist ebenfalls wünschenswert, einen ferroelektrischen Speicher vorzusehen, der derart ausgebildet ist, dass eine elektromagnetische Welle nicht signifikant einen ferroelektrischen Kondensator beeinflusst, der die Daten speichert.

Die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen definiert, auf welche nun Bezug genommen wird.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein ferroelektrischer Speicherchip (oder eine integrierte Schaltung) vorgesehen, der einen Speicherzellenbereich umfasst, in dem eine Vielzahl von Speicherzellen vorgesehen ist, wobei jede einen ferroelektrischen Kondensator aufweist, und wobei dieser ferroelektrische Speicherchip dadurch gekennzeichnet ist, dass eine elektromagnetische Wellenabschirmschicht ausgebildet ist, welche den oben bezeichneten Speicherzellenbereich gegen elektromagnetische Wellen von außen abschirmt. Die elektromagnetische Wellenabschirmschicht kann z.B. entweder aus einer leitfähigen Schicht oder einer Halbleiterschicht oder beiden gebildet sein. Sie kann oberhalb (d.h. auf der Seite des Speicherzellenbereichs in Richtung weg vom Substrat oder Chip) und/oder unterhalb des Speicherzellenbereichs vorgesehen sein, und ist vorzugsweise so verbunden, dass sie das gleiche elektrische Potential aufweist wie der Speicherzellenbereich oder das Substrat, in/auf dem die Speicherzellen oder das Erdpotential vorgesehen sind. Eine solche bereitgestellte elektromagnetische Wellenabschirmschicht kann im Wesentlichen die direkte elektromagnetische Bestrahlung einer Wortleitung und/oder Plattenleitung und/oder Bitleitung innerhalb des Speicherzellenbereichs eliminieren, und hilft, eine Änderung seines Speicherzustands durch ein unerwartetes elektrisches Feld, welches auf den ferroelektrischen Kondensator innerhalb der Speicherzelle wirkt, zu verhindern.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein ferroelektrischer Speicherchip einen Speicherzellenbereich auf, in dem eine Vielzahl von Speicherzellen vorgesehen ist, wobei jede einen ferroelektrischen Kondensator aufweist, und wobei dieser ferroelektrische Speicherchip eine oder mehrere elektromagnetische Wellenabschirmschichten beinhaltet, die den oben erwähnten Speicherzellenbereich gegen (externe) elektromagnetische Wellen abschirmen. Die Schicht(en) können sich im Wesentlichen über den gesamten Speicherzellenbereich erstrecken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die oben genannte elektromagnetische Wellenabschirmschicht eine linienförmige (oder längliche) Abschirmleitung (oder Spur) auf, die außerhalb, z.B. oberhalb von, mindestens einem Draht einer Vielzahl von Wortleitungen, Bitleitungen und Plattenleitungen angeordnet ist, die mit jeder Speicherzelle verbunden und im Speicherzellenbereich ausgebildet sind, und welche vorzugsweise mit diesen Leitungen ausgerichtet sind.

Das ferroelektrische Material eines ferroelektrischen Kondensators ist im Allgemeinen ein Oxid. Deshalb ist es wünschenswert, dass die Bildung von reduzierenden Gasen so weit wie möglich während der Fertigungsprozesse unterdrückt wird, welche sich an die Ausbildung eines ferroelektrischen Kondensators anschließen. Indem die elektromagnetische Wellenabschirmschicht in Form der oben erwähnten linienförmigen Abschirmleitung ausgebildet wird, die mit einer Bitleitung oder einem anderen Draht, wie oben beschrieben, ausgerichtet ist, ist es in diesem Fall möglich, den Oberflächenbereich der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht so klein wie möglich zu machen. Man berücksichtigt infolgedessen, dass das Erzeugen von Wasserstoff und anderen reduzierenden Gasen, die während der Bildung einer elektromagnetischen Wellenabschirmschicht freigesetzt werden, reduziert werden kann, und dass es möglich wird, die entstehenden reduzierenden Gase, die in der Umgebung eines ferroelektrischen Kondensators auftreten, zu limitieren oder sie sogar zu eliminieren.

Eine Spur kann an einer oder beiden Seiten des Drahts und/oder oberhalb des Drahts vorgesehen sein. Die Abschirmschichten können gemäß der Erfindung auch kombiniert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Spur an beiden Enden des Drahts vorgesehen, und Abschirmschichten sind ebenfalls oberhalb und unterhalb des Drahts für eine vollkommene Abschirmstruktur vorgesehen.

Der oben genannte ferroelektrische Speicherchip ist in einer IC-Karte angebracht. Eine elektromagnetische Wellenantenne ist auf der Karte angeordnet zum Zuführen von Leistung zu dem Chip und zum Übertragen/Empfangen von Daten zu/von diesem Chip. Die elektromagnetische Wellenabschirmschicht im Chip, d.h. eine leitende Struktur, welche integral mit Metallisierungs- und Isolierungsschichten auf dem Chipsubstrat ist, verringert jegliche Einflüsse auf den Speicherzellenbereich infolge externer elektromagnetischer Bestrahlung.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung werden nun Ausführungsbeispiele in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 ein Diagramm ist, das den Aufbau einer mit einem ferroelektrischen Speicher versehenen IC-Karte in einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;

2 ein Schaltungsdiagramm eines Speicherzellenbereichs eines ferroelektrischen Speichers darstellt;

3 ein Diagramm ist, welches die Hysterese-Eigenschaften im ferroelektrischen Material eines ferroelektrischen Kondensators zeigt;

4 ein Diagramm ist, das die Tatsache erklärt, dass sich der Speicherzustand einer Speicherzelle in Übereinstimmung mit elektromagnetischer Wellenstrahlung ändert;

5 ein Diagramm ist, das einen Querschnitt eines Abschnitts einer ferroelektrischen Speicherstruktur in einem Ausführungsbeispiel zeigt;

6 eine Schrägansicht ist, die die elektromagnetische Wellenabschirmschicht der 5 zeigt;

7 ein Diagramm ist, das einen Querschnitt eines Abschnitts einer elektromagnetischen Speicherstruktur in einer weiteren Ausführungsform zeigt;

8 eine Schrägansicht ist, die die elektromagnetische Wellenabschirmschicht der 7 zeigt;

9 eine Schrägansicht ist, die die elektromagnetische Wellenabschirmschicht der 7 zeigt;

10 eine Schrägansicht ist, die ein Beispiel einer Variation der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht der 7 zeigt; und

11 eine Draufsicht eines Abschnitts der in 10 gezeigten Abschirmung ist.

Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden weiter unten mit Bezug auf die Zeichnungen dargelegt.

Solche Aspekte der Ausführungsformen repräsentieren jedoch nicht die Grenzen des technologischen Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung.

1 ist ein Diagramm, das die Struktur einer IC-Karte zeigt, auf welcher ein ferroelektrischer Speicher der vorliegenden Ausführungsform angebracht ist. Im Inneren der IC-Karte 10, die aus gegossenem Kunststoff ausgebildet ist, ist ein ferroelektrischer Speicherchip 12, oder ein Mikroprozessorchip 12, in welchem ein ferroelektrischer Speicher integriert ist, befestigt. In diesem Speicher 12 sind ferner Verbindungsanschlüsse 13, 14 ausgebildet, und eine Antenne 15, die ein leitendes Material, wie z.B. Kupferfolie umfasst, ist in Form einer Spule in der IC-Karte 10 ausgebildet. Indem man die IC-Karte 10 in die unmittelbare Nachbarschaft einer Ein-/Ausgabevorrichtung anbringt, die mit einem Computer verbunden ist, wird eine elektromagnetische Welle von der Ein-/Ausgabevorrichtung über die Antenne 15 empfangen, und der Chip 12 wird mit Strom versorgt und empfängt Kommunikationsdaten. Weiterhin überträgt der Chip 12 Kommunikationsdaten zur Ein-/Ausgabevorrichtung über die Strahlung einer elektromagnetischen Welle von der Antenne 15.

2 ist ein Schaltungsdiagramm eines Speicherzellenbereichs eines ferroelektrischen Speichers. Dies ist ein Beispiel, in dem eine Speicherzelle MC ein Paar Transistoren Qa, Qb aufweist sowie ein Paar ferroelektrischer Kondensatoren Ca, Cb. In 2 ist der Einfachheit halber nur eine Zeile des Speicherzellenfelds gezeigt. Eine Speicherzelle ist vorgesehen an der sich überscheidenden Stelle einer Wortleitung WL und Plattenleitung PL, die sich in der Zeilenrichtung erstrecken, und eines Paars von Bitleitungen BL,/BL, die sich in der Spaltenrichtung erstrecken. Die Gates des Transistorpaars Qa, Qb sind mit der Wortleitung WL verbunden, und die Source- oder Drain-Anschlüsse sind mit dem Paar von Bitleitungen BL,/BL verbunden. Weiterhin sind ferroelektrische Kondensatoren Ca, Cb mit dem Transistorenpaar Qa, Qb verbunden, und die Elektroden, die sich an gegenüberliegenden Seiten davon befinden, sind mit der Plattenleitung PL verbunden. Die Wortleitung WL wird durch den Worttreiber 20 angesteuert, der einen CMOS-Inverter bildet, und die Plattenleitung PL wird durch den Plattenleitungstreiber 22 angesteuert, der auf ähnliche Weise einen CMOS-Inverter bildet. Das Paar der Bitleitungen ist mit einem Leseverstärker verbunden, der in der Figur nicht gezeigt ist.

In einem solchen ferroelektrischen Speicher wird das Speichern von Daten durch die Polarisierung des ferroelektrischen Materials in einer vorgegebenen Richtung durchgeführt, indem die Wortleitung WL auf einen H Pegel angesteuert wird, wodurch die Transistoren Qa, Qb leitend werden, indem die Bitleitungen BL,/BL und die Plattenleitung PL auf vorgegebene Pegel angesteuert werden und indem ein elektrisches Feld einer vorgegebenen Richtung an ferroelektrischen Kondensatoren Ca, Cb angelegt wird. Im Fall, dass die Speicherzelle ein Paar in 2 gezeigter ferroelektrischer Kondensatoren aufweist, wird die Datenspeicherung durch die Polarisation des Paars ferroelektrischer Kondensatoren in entgegengesetzten Richtungen vollzogen.

3 ist ein Diagramm, das Hysterese-Eigenschaften im ferroelektrischen Material eines ferroelektrischen Kondensators zeigt. Die horizontale Achse stellt das elektrische Feld dar, und die vertikale Achse die Polarisationsladung. Die oben beschriebene Datenspeicherung und das Auslesen werden durchgeführt, indem seine Hysterese-Eigenschaften benutzt werden. Wenn z.B. ein Transistor Qa leitfähig gemacht wird, indem die Wortleitung WL auf einen H Pegel angesteuert wird, wird die entsprechende Bitleitung BL auf einen H Pegel gesetzt, und die Plattenleitung PL auf einen L Pegel, wobei z.B. ein plusorientiertes elektrisches Feld an dem ferroelektrischen Kondensator Ca angelegt wird. Als Resultat ist der ferroelektrische Kondensator Ca polarisiert bis zum Zustand des Punktes c in 3. Danach, selbst wenn die Wortleitung WL auf einen L Pegel gesetzt wird, wird der Transistor nichtleitend, und das elektrische Feld zwischen den ferroelektrischen Kondensatoren wird beseitigt und der ferroelektrische Kondensator Ca behält den Zustand des Punktes d in 3. Im Gegensatz dazu, wenn ein elektrisches Feld einer entgegengesetzten Orientierung zu der oben beschriebenen an dem anderen ferroelektrischen Kondensator Cb der Zelle angelegt wird, ergibt sich der Zustand des Punktes a in 3. Danach, selbst wenn die Wortleitung auf einen L Pegel gesetzt wird und der Transistor nichtleitend gemacht wird, behält der ferroelektrische Kondensator Cb den Zustand des Punktes b in 3.

Weiterhin wird für das Auslesen, nachdem das Paar der beiden Bitleitungen auf 0 Potential vorgeladen ist, die Wortleitung WL auf einen H Pegel angesteuert, wobei sie beide Transistoren Qa, Qb der Speicherzelle leitend macht, und die Plattenleitung PL wird von dem L Pegel auf den H Pegel gesteuert. Als Resultat bewegt sich der erste Kondensator Ca vom Punkt d zum Zustand des Punktes c in 3, und die Ladung &Dgr;Qa fließt zur Bitleitung BL. Im Gegensatz dazu bewegt sich der andere Kondensator Cb vom Punkt b zum Zustand des Punktes c in der Figur, und eine Ladung &Dgr;Qb fließt zu der anderen Bitleitung/BL. Entsprechend der Differenz der zu diesen Bitleitungen fließenden Ladungen &Dgr;Qa, &Dgr;Qb entsteht eine kleine Potentialdifferenz zwischen dem Bitleitungspaar. Diese kleine Potentialdifferenz wird durch den Leseverstärker verstärkt, der mit in der Figur nicht gezeigten Bitleitungen verbunden ist. Danach wird in Übereinstimmung mit dem durch den Leseverstärkter verstärkten Bitleitungspotential ein Überschreiben an den ferroelektrischen Kondensatoren der Speicherzelle ausgeführt.

Wie oben beschrieben kann in einem ferroelektrischen Speicher die Polarisationsrichtung geändert werden, indem ein elektrisches Feld mit vorgegebener Richtung an einem ferroelektrischen Kondensator angelegt wird, und Datenspeicherung in Übereinstimmung mit dessen Polarisationsrichtung durchgeführt werden kann. Folglich kann in jeder Zelle entweder "0" oder "1" gemäß der Polarisationsrichtung der zwei Kondensatoren gespeichert werden. Jedoch erstrecken sich die Wortleitungen, Plattenleitungen und Bitleitungen quer über relativ lange Entfernungen im Speicherzellenbereich innerhalb des Chips. Da diese Leitungen aus leitfähigem Material, wie z.B. Aluminium, oder Polysilizium gebildet sind, kann jede im Wesentlichen als eine Antenne funktionieren. Wenn eine elektromagnetische Welle hoher Energie von außen eingestrahlt wird, werden folglich die Wortleitung, Plattenleitung und Bitleitungen jeder Speicherzellenzeile den elektromagnetischen Wellen ausgesetzt, ebenso wie die Antenne 15 innerhalb der IC-Karte 10. Im Strom AUS-Zustand sind diese Leitungen z.B. in einem schwebenden Zustand; es gibt deswegen Fälle, in denen diese Leitungen durch die elektromagnetische Welle auf ein unerwartetes Potential gesteuert werden.

4 ist ein Diagramm zur Erklärung einer Veränderung eines Speicherzellespeicherzustands als Folge elektromagnetischer Strahlung. 4A zeigt den Durchbruch eines Zustands, in dem Daten "1" gespeichert werden, und 4B zeigt den Durchbruch eines Zustands, in dem Daten "0" gespeichert werden. Beide Situationen nehmen einen Fall an, in dem, wenn ein Bitleitungspaar BL,/BL auf dem L Pegel fixiert ist und die Wortleitung WL und Plattenleitung PL sich in schwebenden Zuständen befinden, eine Hochfrequenzspannung an die Wortleitung WL und Plattenleitung PL angelegt wird, und zwar durch die Strahlung einer elektromagnetischen Welle, wobei sie diese dazu bringt, auf ein positives Potential anzusteigen.

Wie in 4A gezeigt ist, wird im Zustand, in dem Daten "1" gespeichert werden, der ferroelektrische Kondensator Ca aufwärts polarisiert, und im Gegensatz dazu wird der ferroelektrische Kondensator Cb abwärts polarisiert. Wenn die Wortleitung WL und die Plattenleitung PL, wie oben beschrieben, auf ein positives Potential durch die elektromagnetische Strahlung gesteuert werden, leiten demzufolge beide Speicherzellentransistoren Qa, Qb, und ein abwärts gerichtetes elektrisches Feld wird an beide Kondensatoren Ca, Cb angelegt. Als Resultat kann die Polarisationsrichtung eines Kondensators Ca umgekehrt werden, wie in 4A gezeigt ist. Wenn beide Kondensatoren Ca, Cb in die gleiche Richtung polarisiert sind, wird die Durchführung des Auslesens, wie in 3 gezeigt ist, unmöglich.

Wie in 4B gezeigt ist, werden im Zustand, wenn Daten "0" gespeichert werden, die zwei Kondensatoren in entgegengesetzte Richtungen zu dem oben erwähnten Daten "1" Zustand polarisiert. Wenn die oben erwähnte elektromagnetische Wellenstrahlung in diesem Zustand durchgeführt wird, wird ein abwärts gerichtetes elektrisches Feld an beide Kondensatoren Ca, Cb angelegt, und diese werden gemeinsam in der gleichen Abwärtsrichtung polarisiert. Das Auslesen wird auch unmöglich, wenn dieser Zustand erreicht wird.

Es gibt auch einen Fall, in dem eine ferroelektrische Speicherzelle aus einem Transistor und einem ferroelektrischen Kondensator gebildet wird. In diesem Fall ist eine Referenzzelle, die einen ferroelektrischen Kondensator zur Referenznutzung aufweist, am gegenüber liegenden Ende der Bitleitung vorgesehen. Folglich funktioniert diese Anordnung ähnlich wie die oben beschriebenen 2-Transistor, 2-Kondensator-Typ Speicherzelle und im Falle von Strahlung wird entweder ein Speicherzellenspeicherzustand umgekehrt und das Auslesen durch die elektromagnetische Wellenstrahlung unmöglich gemacht oder es findet Datenumkehr statt.

5 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Abschnitts einer ferroelektrischen Speicherstruktur in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Auf einer Oberfläche eines p-Typ Silizium-Halbleitersubtrats 30 wird ein p-Typ Wannenbereich 32 in einem Bereich ausgebildet, der durch Feldoxidschichten 38 definiert ist, und n-Typ Source- und Drain-Bereiche 33, 34 eines Speicherzellentransistors sind ebenfalls darin ausgebildet. Eine Elektrode auf einer Seite einer ferroelektrischen Schicht 44, welche einen ferroelektrischen Kondensator bildet, ist mit einem der n-Typ Bereiche 34 verbunden, und die Elektrode auf der anderen Seite des Kondensators bildet eine Plattenleitung PL. Die Plattenleitung PL ist auf der Isolationsschicht 40 gebildet, die auf dem Substrat 30 gebildet ist. Weiterhin ist der andere n-Typ Bereich 33 mit der Bitleitung BL verbunden. Die Bitleitung BL wird z.B. durch eine erste Aluminiumschicht ausgebildet. Das Gate des Speicherzellentransistors bildet eine Wortleitung WL, die durch eine Polysiliziumschicht ausgebildet ist. 42 ist eine andere Isolationsschicht, auf welcher die Aluminiumschicht ausgebildet ist.

Eine elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 ist in einem Speicherzellenbereich vorgesehen, in dem solche Speicherzellen ausgebildet sind. In diesem Beispiel ist diese elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 vorgesehen als eine zweite Aluminiumschicht, die extern gebildet ist auf einer Seite des Substrats (hier gezeigt über dem Substrat 30) und die Struktur ist oberhalb der Wortleitung WL, Plattenleitung PL und Bitleitung BL auf dem Substrat ausgebildet, um gegen eine elektromagnetische Welle mit hoher Energie, die von außen eindringt (z.B. auf die Vorderseite des Substrats 30 oder des Chips 12), abzuschirmen. Die elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 ist auch mit dem p-Typ Substrat 30 durch Vias und einen p-Typ Bereich 36 verbunden, so dass sie das gleiche Potential wie das Substrat aufweist. Somit funktioniert das p-Typ Halbleitersubstrat 30 auch als eine elektromagnetische Wellenabschirmschicht und übernimmt die Funktion des Abschirmens gegen eine elektromagnetische Welle von der hinteren (unteren) Seite des Substrats. Das heißt, eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur 48 ist aus dem Substrat 30 und der obersten Aluminiumschicht 46 ausgebildet. Die Wortleitung WL, Bitleitung BL und Plattenleitung PL, die zwischen den elektromagnetischen Wellenabschirmstrukturen positioniert werden, werden auf diese Weise vor einer elektromagnetischen Welle von außen geschützt, und die Änderung des Speicherzustands durch eine elektromagnetische Welle wird verhindert, wie in 4 erklärt ist.

6 ist eine Schrägansicht, die die elektromagnetische Wellenabschirmschicht der 5 zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wurden den Teilen zugewiesen, welche die gleichen Teile wie jene aus der 5 sind. In 6 sind eine Bitleitung BL und eine aus einer Aluminiumschicht gebildete elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 gezeigt. Die Transistorstruktur einer Speicherzelle ist auf der linken Seite des Substrats 30 gezeigt, und eine Wortleitung WL, die das Gate dafür bildet, ist ebenfalls gezeigt. Die ferroelektrische Kondensatorstruktur wurde weggelassen, jedoch ist eine Plattenleitung (nicht gezeigt) auf der linken Seite des Substrats 30 gebildet. Im Beispiel der 6 stellt die elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 eine flache Plattenstruktur ohne Öffnungen dar und sie umfasst im Wesentlichen den gesamten Zellenbereich einschließlich eines Teils des umgebenden Feldoxids. Jedoch ist die elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 nicht auf diese flache Plattenstruktur beschränkt, sondern sie kann vielmehr, wie weiter unten erklärt ist, irgendeine Struktur sein, die aus einem leitfähigen Material gebildet ist, welches zum Abschirmen gegen elektromagnetische Wellen imstande ist, wie z.B. eine Gitterstruktur, eine Kamm-Zähne-Struktur, usw. Solche Strukturen können im Wesentlichen auch den gesamten Zellenbereich abdecken.

Wie aus 6 ersichtlich ist, sind die Wortleitung WL, Plattenleitung PL und Bitleitung BL des Speicherzellenbereichs angeordnet zwischen einer elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46, welche über dem Substrat 30 ausgebildet ist, und einem p-Typ Halbleitersubstrat 30, mit welchem die Abschirmschicht 46 verbunden ist. Somit strahlt eine elektromagnetische Welle von außen nicht auf diese leitfähigen Leitungen WL, PL, BL ein.

7 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Abschnitts einer ferroelektrischen Speicherstruktur in einer anderen Ausführungsform zeigt. In 7 entsprechen die gleichen Bezugszeichen den gleichen in 5 und 6 gezeigten Teilen. In diesem Beispiel ist eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur gebildet durch eine elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46, die über einem Silizium-Halbleitersubstrat 30 durch eine zweite Aluminiumschicht gebildet ist, und eine Polysiliziumschicht 50 ist auf der Feldoxidschicht 38 gebildet, welche auf der Oberfläche des Substrats 30 gebildet ist. Wie oben erklärt ist, da eine Polysiliziumschicht auf der Substratoberfläche auch als Gate (Wortleitung WL) eines Speicherzellentransistors benutzt wird, ist die Polysiliziumschicht 50, die einen Teil der elektromagnetischen Abschirmstruktur bildet, in einem Bereich gebildet, in dem der Speicherzellentransistor nicht gebildet ist (d.h. auf der Feldoxidschicht 38).

Die Polysiliziumschicht 50, welche insbesondere mit der elektromagnetischen Aluminium-Wellenabschirmschicht 46 verbunden ist, kann unterhalb einer Plattenleitung PL gebildet sein, die die Elektrode eines ferroelektrischen Kondensators bildet. In jeder Speicherzelle ist ein ferroelektrischer Kondensator zusammen mit einem Transistor gebildet. Folglich existiert in einem Speicherzellenbereich, in welchem eine Vielzahl an Speicherzellen gebildet ist, ein Bereich für das Bilden ferroelektrischer Kondensatoren, und eine Feldoxidschicht 38 ist in diesem Bereich gebildet. Indem eine Polysiliziumschicht 50 für eine elektromagnetische Abschirmungsanwendung auf dieser Feldoxidschicht 38 gebildet wird und indem die Schicht 50 mit einer elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46 umfassend eine obere Aluminiumschicht verbunden wird, ist es deshalb möglich, eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur 48 zu bilden, die wenigstens eine Plattenleitung PL und eine Bitleitung BL zwischen einer oberen und unteren Abschirmschicht 46, 50 anordnet. Weiterhin ist die Wortleitung WL von elektromagnetischen Wellen durch die obere Abschirmschicht 46 abgeschirmt.

8 ist eine Schrägansicht, die die elektromagnetische Wellenabschirmschicht der 7 zeigt. Dieselben Bezugszeichen wurden den Teilen zugewiesen, welche die gleichen wie jene aus der 7 sind. Wie in 8 gezeigt ist, wird die elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46, die unter Verwendung einer zweiten Aluminiumschicht gebildet ist, über eine erste Aluminiumschicht 47 mit der Polysiliziumschicht 50 verbunden, die auf der Feldoxidschicht 38 gebildet ist. Indem im Beispiel der 8 auf beiden Seiten einer in der ersten Aluminiumschicht gebildeten Bitleitung BL eine Aluminiumschicht 47 in Form von Spuren gebildet wird, die mit der oben erwähnten elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46 verbunden ist, ist es deshalb möglich, die Bitleitung BL von oben und unten einzuschließen, und von rechts und links. Deshalb kann eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur im gesamten Ausmaß der Bitleitung BL bereitgestellt werden. Weiterhin wurde die Struktur eines ferroelektrischen Kondensators in 8 weggelassen, aber sie ist auf der linken Seite der Figur gebildet.

9 stellt eine andere Schrägansicht dar, die die elektromagnetische Wellenabschirmschicht ähnlich zu derjenigen der 7 zeigt. Auch in diesem Beispiel wird eine obere Schicht der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46 mit der Polysiliziumschicht 50 auf einer Feldoxidschicht 38 verbunden. Nun wird im Beispiel der 9 die obere Schicht der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46 in Form eines Gitters hergestellt. Sogar in der Form eines Rasters oder Gitters kann die elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 ausreichend gegen elektromagnetische Wellen abschirmen. Diese elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 kann auch in Form der Zähne eines Kamms (in einer Anzahl paralleler Streifen) hergestellt sein. Das heißt, indem die Streifen einer Richtung der Gitterform der in 9 gezeigten elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46 entfernt werden, ist es möglich eine Kammform zu erzeugen.

Alternativ kann eine Abschirmschicht 46 gebildet werden, indem eine zusätzliche oder zweite Aluminiumschicht in der Form eines Rechtecks in einer (lateralen) Richtung benutzt wird, die senkrecht zur ersten Aluminiumschicht 47 der in der 8 gezeigten Bitleitungsrichtung ist. In diesem Fall bilden die erste Aluminiumschicht 47 und die zweite Aluminiumschicht 46 eine Teilraster- oder Gitterform. Als eine andere Alternative kann eine Abschirmschicht in einer Gitterform ausgebildet sein, indem die oben erwähnte zweite Aluminiumschicht mit einer dritten Aluminiumschicht darüber verbunden wird, und zwar durch Bilden einer Rechteckform, die sich in einer senkrechten Richtung zur zweiten Schicht (und parallel zur ersten) erstreckt, um eine U-förmige Abschirmung um eine Leitung herum zu bilden.

Im Beispiel der 10 und 11 ist die zweite Aluminiumschicht als elektromagnetische Wellenabschirmdrähte oder Spuren 46A eines Leitungsmusters ausgeführt, welches mit einer Vielzahl von Bitleitungen BL ausgerichtet ist, welche parallel angeordnet sind. Dann ist ein Erdleiter 46B, der elektrisch mit einer Vielzahl von elektromagnetischen Wellenabschirmdrähten 46A verbunden ist und auf Erdpotential gesetzt ist, dadurch vorgesehen, dass er die elektromagnetischen Wellenabschirmdrähte oder Spuren 46A schneidet. Dieser Erdleiter 46B wird mit einer Erdstromquelle zusammen mit einer anderen elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 50 verbunden.

Wie in der Draufsicht der 11 gezeigt ist, ist das Muster der elektromagnetischen Wellenabschirmdrähte oder Spuren 46A praktisch das gleiche wie das Muster der Bitleitungen BL und entspricht diesem Muster, wobei ein einzelner Abschirmdraht extern und parallel zu jeder Bitleitung vorgesehen ist. Der Abschirmdraht ist positioniert, um seine Bitleitung von der senkrecht auf die Substratoberfläche fallende Strahlung abzuschirmen. Das Leitungsmuster bildet eine Kammstruktur mit dem Erdleiter, der die Zähne schneidet. In 11 ist zweckmäßigerweise die Breite der Abschirmdrähte 46A größer als die Breite der Bitleitungen BL, aber es ist absolut nicht notwendig, die Abschirmdrähte 46A breit zu machen.

10 und 11 zeigen ein Beispiel, in dem der Oberflächenbereich der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht reduziert werden kann, und Bitleitungen BL können weiterhin effektiv von äußeren elektromagnetischen Wellen abgeschirmt werden. Der Vorteil der Verringerung des Oberflächenbereichs der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46A in dieser Art und Weise kann wie folgt verstanden werden. Das ferroelektrische Material, das einen ferroelektrischen Kondensator bildet, ist üblicherweise ein Oxid, wodurch es unerwünscht wird, das Material einem reduzierenden Gas während eines Herstellungsprozesses auszusetzen. Insbesondere während des Prozesses für die Bildung einer elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46A kommt es vor, dass Wasserstoff und andere reduzierende Gase erzeugt werden. In diesem Fall wird angenommen, dass eine Verkleinerung des Oberflächenbereichs der elektromagnetischen Wellenabschirmschicht 46A die Menge der daraus erzeugten reduzierenden Gase verringert und dass reduzierende Gase auch über Räume zwischen den elektromagnetischen Wellenabschirmdrähten abgegeben werden, wodurch es möglich wird, die Wahrscheinlichkeiten zu vermindern, dass das ferroelektrische Material den Gasen ausgesetzt wird.

Es kann erwartet werden, dass das Vorsehen von linienförmigen (länglichen) elektromagnetischen Wellenabschirmdrähten, die mit der Wortleitung und Plattenleitung ausgerichtet sind, um sie von der Strahlung abzuschatten, zusätzlich zur Bitleitung den gleichen Effekt hat.

Die in der oben erwähnten Ausführungsform beschriebene elektromagnetische Wellenabschirmschicht 46 ist nicht auf ihre Formen beschränkt. Jede Form ist möglich, solange es sich um eine handelt, die richtig gegen elektromagnetische Wellen abschirmen kann.

Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung, da eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur in einem Speicherzellenbereich eines ferroelektrischen Speichers gebildet wird, werden die Wortleitung, Plattenleitung und Bitleitungen in dem Speicherzellenbereich nicht hoch energetischen elektromagnetischen Wellen ausgesetzt, und dementsprechend ist es auch möglich, eine Veränderung des Speicherzustands einer Speicherzelle zu verhindern. Selbst wenn ein solcher ferroelektrischer Speicherchip oder ein Mikroprozessor, der damit ausgestattet ist, innerhalb einer IC-Karte angeordnet ist, die mit einer Ein-/Ausgabevorrichtung in einer kontaktlosen Art und Weise über elektromagnetische Wellen verbunden ist, wird deshalb die Vernichtung von in dem Speicher gespeicherten Daten durch elektromagnetische Wellen verhindert.

Weiterhin wird erwartet, dass sich eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur wie diese als effektiv erweist, und zwar selbst gegen unautorisierte Zugriffe, bei denen ein Versuch gemacht wird, gespeicherte Daten in einem ferroelektrischen Speicher und Signale in der IC-Karte mit Hilfe eines Testers, der sich eines Elektronenstrahls bedient, zu lesen.


Anspruch[de]
  1. Ferroelektrischer Speicher (12), umfassend:

    einen Speicherzellenbereich, in dem eine Vielzahl von Speicherzellen (MC) vorgesehen sind, wobei jede einen ferroelektrischen Kondensator (Ca, Cb) aufweist; und

    eine elektromagnetische Wellenabschirmstruktur, welche in dem Speicherzellenbereich ausgebildet ist, zum Abschirmen gegen externe elektromagnetische Strahlung.
  2. Ferromagnetischer Speicher (12) nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetische Wellenabschirmstruktur wenigstens eine leitfähige Schicht (46) umfasst, welche oberhalb einer oder mehrerer der Speicherzellen ausgebildet ist.
  3. Ferromagnetischer Speicher (12) nach Anspruch 2, wobei die leitfähige Schicht entweder eine metallische Schicht (46) oder eine Polysiliziumschicht (50) ist.
  4. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Wellenabschirmstruktur eine Halbleiterschicht (30) umfasst, welche als ein Substrat (30) oder innerhalb eines Substrats in dem Speicherzellenbereich ausgebildet ist.
  5. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die leitfähige Schicht (46) eine Schicht umfasst, welche eine Raster- oder Gitter-Form oder eine Kamm- oder Wabenform oder eine planare Form aufweist.
  6. Ferroelektrischer Speicher (12) nach Anspruch 5, wobei die leitfähige Schicht (46) eine flache Plattenstruktur ohne Öffnungen aufweist und im Wesentlichen den gesamten Speicherzellenbereich bedeckt.
  7. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Wellenabschirmstruktur umfasst wenigstens eine Spur, getrennt durch eine Isolationsschicht, in der Umgebung wenigstens einer von einer Wortleitung und/oder Bitleitung und/oder Plattenleitung, welche in der Speicherzelle ausgebildet sind, wobei die Spur mit ihrer jeweiligen Leitung ausgerichtet ist.
  8. Ferroelektrischer Speicher (12) nach Anspruch 7, in dem die Leitung zwischen zwei Teilen der Wellenabschirmung gesandwiched ist.
  9. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wellenabschirmstruktur eine Polysiliziumschicht (50) auf einer Feldoxidschicht (38) umfasst, welche auf einem Substrat (30) in dem Speicherzellenbereich ausgebildet ist.
  10. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in dem jede Speicherzelle einen Zellentransistor aufweist, der mit dem ferroelektrischen Kondensator (Ca, Cb) verbunden ist, wobei der Speicher ferner umfasst:

    eine Vielzahl von Wortleitungen (WL), wobei jede mit Gates der Zellentransistoren verbunden ist oder aus Gates hergestellt ist, welche Wortleitungen sich über den Speicherzellenbereich erstrecken;

    eine Vielzahl von Bitleitungen (BL,/BL), wobei jede mit einem des Source-/Drain-Bereichs der Zellentransistoren verbunden ist, welche Bitleitungen sich über den Speicherzellenbereich erstrecken; und

    eine Vielzahl von Plattenleitungen (PL), wobei jede mit dem anderen des Source-/Drain-Bereichs der Zellentransistoren über den ferroelektrischen Kondensator verbunden sind, welche Plattenleitungen sich über den Speicherzellenbereich erstrecken; und

    eine elektromagnetische Wellenabschirmschicht (46), welche oberhalb der Wortleitungen (WL), Bitleitungen (BL,/BL) und Plattenleitungen (PL) in dem Speicherzellenbereich ausgebildet ist.
  11. Ferroelektrischer Speicher (12) nach Anspruch 10, wobei die Abschirmschicht (46) mit einem Halbleiterbereich in einem Halbleitersubstrat (30) in dem Speicherzellenbereich verbunden ist, so dass die Wortleitungen (WL) und/oder Bitleitungen (BL,/BL) und/oder Plattenleitungen (PL) zwischen dem Halbleiterbereich (30) und der Abschirmschicht (46) angeordnet sind, welche zusammen die elektromagnetische Wellenabschirmung bilden.
  12. Ferroelektrischer Speicher (12) nach Anspruch 9, wobei die Abschirmung ferner eine untere Abschirmschicht (50) umfasst, welche unter den Plattenleitungen (PL) in dem Speicherzellenbereich ausgebildet ist, so dass die Plattenleitungen (PL) zwischen der Abschirmschicht (46) und der unteren Abschirmschicht (50) ausgebildet sind.
  13. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Abschirmung elektrisch mit einer Erdstromquelle verbunden ist.
  14. Ferroelektrischer Speicher (12) nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Abschnitt der Abschirmung sich im Wesentlichen über den gesamten Speicherzellenbereich erstreckt.
  15. IC-Karte (10), welche mit einem ferroelektrischen Speicher (12) gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch ausgestattet ist.
  16. IC-Karte (10) gemäß Anspruch 15 und ferner umfassend eine elektromagnetische Wellenantenne (18), welche mit dem ferroelektrischen Speicherchip (12) verbunden ist, zum Zuführen einer Leistung und/oder zum Übertragen/Empfangen von Eingabedaten.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com