CH616276A5 - Integrated injection circuit - Google Patents

Integrated injection circuit Download PDF

Info

Publication number
CH616276A5
CH616276A5 CH9178A CH9178A CH616276A5 CH 616276 A5 CH616276 A5 CH 616276A5 CH 9178 A CH9178 A CH 9178A CH 9178 A CH9178 A CH 9178A CH 616276 A5 CH616276 A5 CH 616276A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
gate
effect transistor
field effect
substrate
integrated injection
Prior art date
Application number
CH9178A
Other languages
German (de)
Inventor
Artashes Rubenovich Nazarian
Vyacheslav Yakovlevich Kremlev
Vilyam Nikolaevich Kokin
Viktor Ivanovich Sladkov
Boris Valentinovich Venkov
Vadim Valerievich Lavrov
Original Assignee
Nazarian Artashes R
Kremlev V J
Vilyam Nikolaevich Kokin
Viktor Ivanovich Sladkov
Boris Valentinovich Venkov
Lavrov Vadim V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from SU772441385A external-priority patent/SU602055A1/en
Priority claimed from SU772537101A external-priority patent/SU646391A1/en
Application filed by Nazarian Artashes R, Kremlev V J, Vilyam Nikolaevich Kokin, Viktor Ivanovich Sladkov, Boris Valentinovich Venkov, Lavrov Vadim V filed Critical Nazarian Artashes R
Publication of CH616276A5 publication Critical patent/CH616276A5/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0218Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of field effect structures
    • H01L27/0225Charge injection in static induction transistor logic structures [SITL]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0711Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
    • H01L27/0722Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors in combination with lateral bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/082Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
    • H03K19/091Integrated injection logic or merged transistor logic
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/09403Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using junction field-effect transistors
    • H03K19/09414Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using junction field-effect transistors with gate injection or static induction [STIL]
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/09403Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using junction field-effect transistors
    • H03K19/09418Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using junction field-effect transistors in combination with bipolar transistors [BIFET]
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0952Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using Schottky type FET MESFET

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Injektionsschaltung mit einer Stromquelle und einem normalerweise gesperrten n-Kanal-Feldeffekttransistor, bei dem das Gate mit der Stromquelle und der Eingangselektrode der Schaltung verbunden ist, die Source geerdet ist, und der Drain mit der Ausgangselektrode der Schaltung Verbindung hat. The invention relates to an integrated injection circuit with a current source and a normally blocked n-channel field effect transistor, in which the gate is connected to the current source and the input electrode of the circuit, the source is grounded and the drain is connected to the output electrode of the circuit.

Es sind integrierte Injektionsschaltungen bekannt, die eine Stromquelle und einen normalerweise gesperrten n-Kanal-Feld-effekttransistor enthalten, bei dem das Gate mit der Stromquelle und der Eingangselektrode der Schaltung verbunden ist, die Source geerdet ist und der Drain mit der Ausgangselektrode der Schaltung Verbindung hat. Integrated injection circuits are known which include a current source and a normally blocked n-channel field effect transistor in which the gate is connected to the current source and the input electrode of the circuit, the source is grounded and the drain is connected to the output electrode of the circuit Has.

Die bekannten integrierten Injektionsschaltungen haben aber eine verhältnismässig niedrige Arbeitsgeschwindigkeit, die eine Folge der Ansammlung von überschüssigen durch den Gate-Source-pn-Übergang injizierten Ladungsträgern im Source-Gebiet ist. Bei Verstärkung des Speisestromes zur Verkürzung der Aufladungszeit von Kapazitäten der Struktur erhöht sich bei diesen Schaltungen die im Source-Gebiet erzeugte Ladung und verlängert sich demzufolge die zu ihrem Abführen erforderliche Zeit, also steigt die Gesamtzeit der Umschaltverzögerung an. Ausserdem weisen die Schaltungen eine relativ grosse Fläche auf, die durch das seitliche Eindringen von Beimengungen unter die maskierende Oxydschicht bei der Bildung des Gates und durch die Notwendigkeit von Dek-kungszugaben bei den Fotoschablonenfenstern bedingt ist, die für die Bildung von Kontakten mit den Gate- und Drain-Gebieten sowie für die Diffusion von Beimengungen in das Gate-Gebiet bei der Bildung des Drain-Gebiets bestimmt sind. However, the known integrated injection circuits have a relatively low operating speed, which is a result of the accumulation of excess charge carriers in the source region, which are injected through the gate-source-pn junction. When the feed current is amplified to shorten the charging time of capacities of the structure, the charge generated in the source region increases in these circuits and consequently the time required for their dissipation increases, so the total time of the switching delay increases. In addition, the circuits have a relatively large area, which is caused by the lateral penetration of additives under the masking oxide layer when the gate is formed and by the need for additional covers in the photo stencil windows, which is necessary for the formation of contacts with the gate and drain regions and for the diffusion of admixtures into the gate region in the formation of the drain region.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Injektionsschaltung mit einem normalerweise gesperrten n-Kanal-Feldeffekttransistor zu entwickeln, deren Aufbau eine bedeutende Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit und eine kleinere Fläche der Schaltung ergibt, ohne dass die Anforderungen an die Abmessungen der Fotoschablonenfenster und an die Genauigkeit der fotolithografischen Prozesse erhöht werden. The invention has for its object to develop an integrated injection circuit with a normally blocked n-channel field effect transistor, the structure of which results in a significant increase in the operating speed and a smaller area of the circuit, without the requirements for the dimensions of the stencil window and the accuracy of the photolithographic processes are increased.

Die Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten Injektionsschaltung. The invention aims to increase the operating speed of the integrated injection circuit.

In einer integrierten Injektionsschaltung mit einer Stromquelle und einem normalerweise gesperrten n-Kanal-Feldeffekttransistor, bei dem das Gate mit der Stromquelle und der Eingangselektrode der Schaltung verbunden ist, die Source geerdet ist und der Drain mit der Ausgangselektrode der Schaltung Verbindung hat, wird dieses Ziel erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Gate des Feldeffekttransistors als wenigstens ein nichtinjizierender Gleichrichterkontakt ausgeführt wird. In an injection integrated circuit with a current source and a normally blocked n-channel field effect transistor, in which the gate is connected to the current source and the input electrode of the circuit, the source is grounded and the drain is connected to the output electrode of the circuit, this goal becomes achieved according to the invention in that the gate of the field effect transistor is designed as at least one non-injecting rectifier contact.

Zur Erweiterung der Funktionsmöglichkeiten der Schaltung kann der Feldeffekttransistor zweckmässigerweise mit zwei nichtinjizierenden Kontakten und einer zusätzlichen Eingangselektrode ausgeführt werden, wobei der zweite Kontakt mit dieser zusätzlichen Eingangselektrode verbunden wird. To expand the functional possibilities of the circuit, the field effect transistor can expediently be designed with two non-injecting contacts and an additional input electrode, the second contact being connected to this additional input electrode.

Zur Erhöhung der Packungsdichte wird zweckmässig ein Bipolartransistor mit Metallkollektor als Stromquelle verwendet, wobei der Metallkollektor mit dem Gate des Feldeffekttransistors verbunden ist. To increase the packing density, a bipolar transistor with a metal collector is expediently used as the current source, the metal collector being connected to the gate of the field effect transistor.

Die integrierte Schaltung wird zweckmässigerweise mit einem bipolaren Planartransistor als Stromquelle und mit einem Planar-Feldeffekttransistor ausgeführt, bei dem das Gate-Gebiet auf der Oberfläche des Substrats liegt, während die internen Metalleiterverbindungen auf dem maskierenden Dielektrikum angeordnet sind, wobei die Gate-Gebiete des Feldeffekttransistors zweckmässig als Abschnitte der internen Leiterverbindungen ausgeführt sind, die auf nichtmaskierten Abschnitten der Substratoberfläche liegen und von oben mit einem Dielektrikum geschützt sind, und das Drain-Gebiet über diesem Dielektrikum so angeordnet ist, dass es einen ohmschen Kontakt mit dem Substrat auf einer Fläche bildet, die kleiner als die Raumladungsgebiete der nichtinjizierenden Gleichrichterkontakte der Gate-Gebiete ist. The integrated circuit is expediently designed with a bipolar planar transistor as the current source and with a planar field-effect transistor in which the gate region lies on the surface of the substrate, while the internal metal conductor connections are arranged on the masking dielectric, the gate regions of the field-effect transistor are expediently designed as sections of the internal conductor connections which lie on unmasked sections of the substrate surface and are protected from above with a dielectric, and the drain region is arranged above this dielectric in such a way that it forms an ohmic contact with the substrate on a surface, which is smaller than the space charge regions of the non-injecting rectifier contacts of the gate regions.

Im Substrat der integrierten Schaltung, und zwar in einer Entfernung von der Oberfläche, die kleiner als die Dicke der Raumladungsschicht des nichtinjizierenden Gleichrichterkontakts des Gate-Gebiets ist, wird zweckmässigerweise ein zusätzliches Gebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp so gebildet, dass dieses Gebiet grösser als die Fläche des ohmschen Kontakts des Drain-Gebiets mit dem Substrat ist. In the substrate of the integrated circuit, at a distance from the surface which is smaller than the thickness of the space charge layer of the non-injecting rectifier contact of the gate region, an additional region of the opposite conductivity type is expediently formed in such a way that this region is larger than the area of the ohmic contact of the drain region with the substrate.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung der konkreten Ausführungsvarianten und anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert Hierbei zeigen The invention is explained in more detail in the following description of the specific design variants and with reference to the accompanying drawings

Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschaltbild der als logisches ODER-NICHT-Gatter ausgeführten integrierten Injektionsschaltung; Figure 1 is an electrical schematic diagram of the integrated injection circuit designed as a logic OR-NOT gate.

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Halbleiterstruktur desselben Gatters nach Fig. 1, Draufsicht; FIG. 2 shows a schematic illustration of the semiconductor structure of the same gate according to FIG. 1, top view;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Gatters nach Fig. 1 im Querschnitt; Fig. 3 is a schematic representation of the gate of Figure 1 in cross section.

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Halbleiterstruktur eines Gatters mit zwei Eingängen und mit einer Stromquelle, 4 shows a schematic illustration of the semiconductor structure of a gate with two inputs and with a current source,

2 2nd

5 5

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

616 276 616 276

die durch einen Bipolartransistor mit Metallkollektor gebildet wird, welcher mit dem Gate des Feldeffekttransistors verbunden ist (Draufsicht); which is formed by a bipolar transistor with a metal collector, which is connected to the gate of the field effect transistor (top view);

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung der Halb-leiter-Planarstruktur des Feldeffekttransistors, dessen Gate- 5 Gebiete als Abschnitte der internen Leiterverbindungen ausgeführt sind; 5 shows a schematic cross-sectional illustration of the semiconductor planar structure of the field effect transistor, the gate regions of which are designed as sections of the internal conductor connections;

Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung des Feldeffekttransistors mit einem zusätzlichen Gebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp. io Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of the field effect transistor with an additional region of the opposite conductivity type. io

In Fig. 1 ist ein elektrisches Prinzipschaltbild einer als logisches Gatter ausgeführten Variante der integrierten Schaltung nach der Erfindung dargestellt. In Fig. 1, an electrical schematic diagram of a variant of the integrated circuit designed as a logic gate according to the invention is shown.

Das Gatter enthält einen eine Stromquelle bildenden Bipolartransistor 1, bei dem der Emitter 2 mit der Elektrode 3 des in 15 Fig. 1 nicht gezeigten Speisestromkreises verbunden ist, die Basis 4 an die Erdelektrode 5 angeschlossen ist und die Kollektoren 6 und 6' an den Eingangselektroden 7 bzw. T des Gatters liegen. Ausserdem enthält das Gatter einen normalerweise gesperrten n-Kanal-Feldeffekttransistor 8, bei dem das Source- 20 Gebiet 9 mit der Erdelektrode 5, das Drain-Gebiet 10 mit der Ausgangselektrode 11 und die als nichtinjizierende Gleichrichterkontakte ausgeführten Gate-Gebiete 12 und 12' mit den Eingangselektroden 7 bzw. 7' des Gatters verbunden sind. The gate contains a bipolar transistor 1 which forms a current source, in which the emitter 2 is connected to the electrode 3 of the supply circuit not shown in FIG. 1, the base 4 is connected to the ground electrode 5 and the collectors 6 and 6 'to the input electrodes 7 or T of the gate. In addition, the gate contains a normally blocked n-channel field-effect transistor 8, in which the source region 9 with the earth electrode 5, the drain region 10 with the output electrode 11 and the gate regions 12 and 12 ′, which are designed as non-injecting rectifier contacts the input electrodes 7 and 7 'of the gate are connected.

Also ist das Gate des Feldeffekttransistors 8 in der in Fig. 1 25 dargestellten Schaltungsvariante als zwei nichtinjizierende Gleichrichterkontakte (Gebiete 12 und 12') ausgeführt, wobei der zweite Kontakt mit der zusätzlichen Eingangselektrode T verbunden ist. Thus, the gate of the field effect transistor 8 in the circuit variant shown in FIG. 1 25 is designed as two non-injecting rectifier contacts (regions 12 and 12 '), the second contact being connected to the additional input electrode T.

In Fig. 2 ist eine schematische nicht massstäbliche Darstel- 30 lung der Halbleiterstruktur desselben logischen Gatters nach Fig. 1 angeführt, wobei die Bezeichnungen der wichtigsten Elemente von Fig. 1 beibehalten sind. FIG. 2 shows a schematic representation, not to scale, of the semiconductor structure of the same logic gate according to FIG. 1, the designations of the most important elements from FIG. 1 being retained.

Die aus einem Bipolartransistor 1 bestehende Stromquelle und der Feldeffekttransistor 8 sind im gemeinsamen n-leitenden 35 Halbleitersubstrat 13 ausgeführt, wobei das Basisgebiet 4 des Transistors 1 und das Source-Gebiet 9 des n-Kanal-Feldeffekt-transistors 8 verbunden sind. The current source consisting of a bipolar transistor 1 and the field effect transistor 8 are embodied in the common n-type semiconductor substrate 13, the base region 4 of the transistor 1 and the source region 9 of the n-channel field effect transistor 8 being connected.

Fig. 3 zeigt schematisch die Halbleiterstruktur nach Fig. 2 mit den gleichen Bezeichnungen. Das Drain-Gebiet 10 des Feld- 40 effekttransistors 8 liegt zwischen den nichtinjizierenden Gleichrichterkontakten der Gate-Gebiete 12 und 12', die Strichlinien zeigen die Grenzen von Raumladungsschichten der mit dem Substrat 13 gebildeten Gleichrichterkontakte der Gebiete 12 und 12'. 45 FIG. 3 schematically shows the semiconductor structure according to FIG. 2 with the same designations. The drain region 10 of the field-effect transistor 8 lies between the non-injecting rectifier contacts of the gate regions 12 and 12 ', the broken lines show the boundaries of space charge layers of the rectifier contacts of the regions 12 and 12' formed with the substrate 13. 45

Fig. 4 veranschaulicht schematisch die Halbleiterstruktur eines logischen Gatters mit zwei Eingängen und mit einer mittels eines Bipolartransistors realisierten Stromquelle, deren Metallkollektoren mit den Gates des Feldeffekttransistors verbunden sind. In dieser Struktur sind nämlich die Metallkollekto- 50 ren 6 und 6' des Bipolartransistors 1 mit den Gate-Gebieten 12 und 12' zusammengeführt, die als Metall-Halbleiter-Obergänge von der Art der Schottky-Dioden ausgeführt sind. 4 schematically illustrates the semiconductor structure of a logic gate with two inputs and with a current source realized by means of a bipolar transistor, the metal collectors of which are connected to the gates of the field effect transistor. In this structure, namely, the metal collectors 6 and 6 'of the bipolar transistor 1 are brought together with the gate regions 12 and 12', which are designed as metal-semiconductor junctions of the Schottky diode type.

Die Erhöhung der Packungsdichte wird bei diesem Schaltungsaufbau durch Vereinigung der erwähnten Kollektoren 6, 55 6' und der Gate-Gebieten 12,12', also durch Beseitigung der Leiterverbindungen zwischen den Kollektoren 6,6' und den Gate-Gebieten 12 und 12' erreicht. Es sei bemerkt, dass diese Vereinigung der Gebiete durch die Ausführung des Stromgenerators in der Art eines Bipolartransistors mit Metallkollektor 6o möglich wurde. In this circuit structure, the increase in the packing density is achieved by combining the collectors 6, 55 6 ′ and the gate regions 12, 12 ′, that is to say by removing the conductor connections between the collectors 6, 6 ′ and the gate regions 12 and 12 ′ . It should be noted that this unification of the regions was made possible by designing the current generator in the manner of a bipolar transistor with a metal collector 6o.

Fig. 5 zeigt schematisch die Halbleiter-Planarstruktur eines normalerweise gesperrten n-Kanal-Feldeffekttransistors 8, der zur integrierten Schaltung des logischen Gatters gehört, dessen Prinzipschaltbild in Fig. 1 angeführt ist. Der übrige Teil der 65 Schaltung kann ebenso wie in Fig. 4 aufgebaut werden. FIG. 5 schematically shows the semiconductor planar structure of a normally blocked n-channel field effect transistor 8, which belongs to the integrated circuit of the logic gate, the basic circuit diagram of which is shown in FIG. 1. The remaining part of the circuit can be constructed in the same way as in FIG. 4.

Die vorgeschlagene Struktur der integrierten Schaltung, die einen Feldeffekttransistor mit den Gate-Gebieten in der Art von nichtinjizierenden Kontakten enthält, ermöglicht die Ausführung der Gate-Gebiete 12 und 12' in Form von Abschnitten der inneren Metalleiterverbindungen 14, die auf den durch das maskierende Dielektrikum 15 nicht abgedeckten Abschnitten des Substrats 13 liegen. Diese Struktur gibt die Möglichkeit, die Gate-Gebiete 12 und 12' gleichzeitig mit der Bildung der ersten Schicht der inneren Leiterverbindungen in der integrierten Schaltung herzustellen. Die Anordnung des Drain-Gebiets 10 über dem Dielektrikum 16, das die inneren Leiterverbindungen 14 schützt, ermöglicht die Herstellung des Drain-Gebiets 10 gleichzeitig mit der Bildung der zweiten Schicht der in Fig. 6 nicht gezeigten internen Leiterverbindungen der integrierten Schaltung. The proposed structure of the integrated circuit, which includes a field effect transistor with the gate regions in the manner of non-injecting contacts, enables the gate regions 12 and 12 'to be implemented in the form of sections of the inner metal conductor connections 14 which are exposed to the masking dielectric 15 uncovered sections of the substrate 13 lie. This structure enables the gate regions 12 and 12 'to be produced simultaneously with the formation of the first layer of the inner conductor connections in the integrated circuit. The arrangement of the drain region 10 over the dielectric 16, which protects the inner conductor connections 14, enables the production of the drain region 10 simultaneously with the formation of the second layer of the internal conductor connections of the integrated circuit, which are not shown in FIG. 6.

In Fig. 6 ist die Halbleiterstruktur einer weiteren Ausführungsvariante des Feldeffekttransistors schematisch dargestellt, der ein Teil der Struktur der vorgeschlagenen integrierten Schaltung ist. Diese Struktur unterscheidet sich von der beschriebenen und in Fig. 5 gezeigten Bauart durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Gebiets 17, das im Substrat 13 im Abstand a von der Oberfläche liegt, wobei dieser Abstand a nicht grösser als die Dicke der Raumladungsschicht des nichtinjizierenden Gleichrichterkontakts des Gate-Gebiets 12 ist. Das Gebiet 17 weist gegenüber dem Substrat 13 den entgegengesetzten Leitungstyp, gegebenenfalls den p-Leitungstyp auf. Dieses Gebiet 17 ist so angeordnet, dass es grösser als die Fläche des ohmschen Kontakts 18 des Drain-Gebiets mit dem Substrat 13 ist. Die Einführung des zusätzlichen Gebiets 17 ermöglicht eine Vergrösserung des Abstandes der Gate-Gebiete 12 und 12' voneinander und eine Vereinfachung der Herstellungstechnologie der integrierten Schaltung infolge weniger strenger Anforderungen an die zur Bildung der Gate-Gebiete bestimmte Fotoschablone. 6 schematically shows the semiconductor structure of a further embodiment variant of the field effect transistor, which is part of the structure of the proposed integrated circuit. This structure differs from the type described and shown in FIG. 5 by the presence of an additional region 17, which lies in the substrate 13 at a distance a from the surface, this distance a not greater than the thickness of the space charge layer of the non-injecting rectifier contact of the gate - Area 12 is. The area 17 has the opposite conduction type to the substrate 13, possibly the p-conduction type. This region 17 is arranged such that it is larger than the area of the ohmic contact 18 of the drain region with the substrate 13. The introduction of the additional region 17 makes it possible to increase the distance between the gate regions 12 and 12 ′ from one another and to simplify the manufacturing technology of the integrated circuit as a result of less stringent requirements for the photo template intended for forming the gate regions.

Die als logisches Gatter ausgeführte integrierte Injektionsschaltung funktioniert wie folgt. Das Emittergebiet 2 des Bipolartransistors 1 injiziert in das Basisgebiet 4 Löcher, die für das Gebiet 4 als Minoritäts-Ladungsträger auftreten. Diese Ladungsträger werden durch die Kollektorgebiete 6 und 6' gesammelt. Je nach der Spannung an den Eingangselektroden 7 und 7' kann sich im logischen Gatter einer der im folgenden beschriebenen Zustände einstellen. The integrated injection circuit designed as a logic gate works as follows. The emitter region 2 of the bipolar transistor 1 injects 4 holes into the base region, which holes appear for the region 4 as minority charge carriers. These charge carriers are collected by the collector areas 6 and 6 '. Depending on the voltage at the input electrodes 7 and 7 ', one of the states described below can be set in the logic gate.

Liegt an den beiden Eingangselektroden 7 und 7' eine niedrige, dem «Erd»-Potential nahe Spannung an, so fliessen die durch Übergänge der Gebiete 6 und 6' gesammelten Ladungsträger zur «Erde» ab. Dabei hat die Ausgangselektrode 11 keine leitende Verbindung mit der Erdelektrode 5. Wenn das Gatter mit einem ähnlichen in Fig. 1 nicht gezeigten Gatter belastet ist, so baut sich an der Elektrode 11 eine höhere Spannung auf, die der Schwellenspannung des Überganges zwischen den Gebieten 12,12' und 9 entspricht. If there is a low voltage at the two input electrodes 7 and 7 ', which is close to the “earth” potential, the charge carriers collected by transitions of the regions 6 and 6 ′ flow to the “earth”. The output electrode 11 has no conductive connection to the earth electrode 5. If the gate is loaded with a similar gate, not shown in FIG. 1, a higher voltage builds up on the electrode 11, which is the threshold voltage of the transition between the regions 12 , 12 'and 9 corresponds.

Die Unterbrechung der erwähnten leitenden Verbindung erfolgt infolge der Überlappung des zwischen den Elektroden 11 und 5 liegenden Abschnittes des Substrats 13 durch die Raumladungsschichten der gesperrten Übergänge zwischen den Gebieten 12,12' und 9 (die Raumladungsschichten sind in Fig. 3 durch Strichlinien angedeutet). The aforementioned conductive connection is interrupted as a result of the overlap of the portion of the substrate 13 lying between the electrodes 11 and 5 by the space charge layers of the blocked junctions between the regions 12, 12 'and 9 (the space charge layers are indicated by dashed lines in FIG. 3).

Wenn die Eingangselektroden 7 und T eine höhere Spannung führen, die höher als die Schwellenspannung der Übergänge zwischen den Gebieten 12,12' und 9 ist, so besteht zwischen den Elektroden 11 und 5 die leitende Verbindung, und die Spannung am Ausgang des logischen Gatters liegt nahe der Spannung an der Erdelektrode 5. Die erwähnte leitende Verbindung entsteht infolge der Verkleinerung von Abmessungen des Raumladungsgebiets der Übergänge zwischen den Gebieten 12,12' und 9 bei der Erhöhung der Spannung an den Eingangselektroden 7 und 7'. If the input electrodes 7 and T carry a higher voltage, which is higher than the threshold voltage of the transitions between the regions 12, 12 'and 9, then there is the conductive connection between the electrodes 11 and 5, and the voltage is at the output of the logic gate near the voltage at the ground electrode 5. The conductive connection mentioned arises as a result of the reduction in dimensions of the space charge region of the transitions between the regions 12, 12 'and 9, with the increase in the voltage at the input electrodes 7 and 7'.

Wenn an eine der Elektroden 7 oder 7' eine niedrigere Spannung angelegt wird, ergeben sich zwei Möglichkeiten. Im ersten Fall, - wenn der spezifische Widerstand des Gebiets 10 If a lower voltage is applied to one of the electrodes 7 or 7 ', there are two possibilities. In the first case, - if the specific resistance of the area 10

616276 616276

und der gegenseitige Abstand L der Gebiete 12 und 12' (Fig. 2) so gewählt werden, dass die Breite der Raumladungsschicht des Überganges zwischen den Gebieten 12 und 9 grösser als der Abstand L oder gleich diesem ist. Der zweite mögliche Zustand ergibt sich, wenn die Breite der Raumladungsschicht des erwähnten Überganges kleiner als der Abstand L ist. Im ersten Fall fehlt die leitende Verbindung zwischen den Elektroden 11 und 5, und im zweiten Fall entsteht die leitende Verbindung zwischen der Elektrode 11 und der «Erde» (der Elektrode 5). and the mutual distance L of the regions 12 and 12 '(FIG. 2) are selected such that the width of the space charge layer of the transition between the regions 12 and 9 is greater than or equal to the distance L. The second possible state arises when the width of the space charge layer of the transition mentioned is smaller than the distance L. In the first case there is no conductive connection between electrodes 11 and 5, and in the second case there is a conductive connection between electrode 11 and the “earth” (electrode 5).

Somit kann das erfindungsgemäss aufgebaute logische Element je nach seinen strukturellen topologischen Parametern (je nach der Grösse L und dem spezifischen Widerstand des Gebiets 10) die logischen Funktionen «ODER-NICHT» sowie «UND-NICHT» erfüllen. The logical element constructed according to the invention can therefore perform the logical functions “OR-NOT” and “AND-NOT” depending on its structural topological parameters (depending on the size L and the specific resistance of the region 10).

Die Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des logischen Elements wird dadurch erreicht, dass für die Gate-Gebiete 12 und 12' sowie für die Kollektorgebiete 6 und 6' die nichtinjizierenden Gleichrichterkontakte (die Metall-Halbleiterüber-gänge) benutzt werden. Das Ausbleiben der Injektion von Minoritätsladungsträgern aus den Gate-Gebieten 12 und 12' The increase in the operating speed of the logic element is achieved in that the non-injecting rectifier contacts (the metal-semiconductor junctions) are used for the gate regions 12 and 12 'and for the collector regions 6 and 6'. Failure to inject minority carriers from gate regions 12 and 12 '

bedingt das Fehlen der Überschussladung im Gebiet 13 und ergibt eine starke Verringerung der Dauer von Übergangsvorgängen im logischen Gatter beim Übergang vom leitenden zum gesperrten Zustand. causes the lack of excess charge in region 13 and results in a large reduction in the duration of transitions in the logic gate during the transition from the conductive to the blocked state.

5 Die Besonderheit der Arbeit der in Fig. 6 dargestellten integrierten Schaltung mit dem Feldeffekttransistor besteht darin, dass das zusätzliche Gebiet 17 den Stromfluss von der Ausgangselektrode 11 zum Source-Gebiet 9 in der Normalenrichtung zur Oberfläche der integrierten Schaltung verhindert und io den zur Oberfläche parallel gerichteten Stromfluss möglich macht. Beim niedrigeren Potential an den Gate-Gebieten 12 und 12' versperrt die Raumladungsschicht den Stromfluss weg, da die Fläche des ohmschen Kontakts des Drain-Gebiets 10 mit dem Substrat 13 kleiner als das zusätzliche Gebiet 17 ist. Das i s Gebiet 17 kann mit der «Erde» verbunden werden, oder es kann von einer zusätzlichen Spannungsquelle vorgespannt werden. 5 The peculiarity of the work of the integrated circuit shown in FIG. 6 with the field effect transistor is that the additional region 17 prevents the current flow from the output electrode 11 to the source region 9 in the normal direction to the surface of the integrated circuit and io the parallel to the surface directional current flow. At the lower potential at the gate regions 12 and 12 ′, the space charge layer blocks the current flow away, since the area of the ohmic contact of the drain region 10 with the substrate 13 is smaller than the additional region 17. Area 17 can be connected to “earth” or it can be biased by an additional voltage source.

Die vorgeschlagene integrierte Schaltung ist fertigungsge-20 recht und kann auf der Basis der Planartechnologie mit und ohne Epitaxialschichten hergestellt werden. The proposed integrated circuit is right in terms of production and can be produced on the basis of planar technology with and without epitaxial layers.

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims (5)

616276 PATENTANSPRÜCHE616276 PATENT CLAIMS 1. Integrierte Injektionsschaltung mit einer Stromquelle und einem normalerweise gesperrten n-Kanal-Feldeffekttransi-stor, bei dem das Gate mit der Stromquelle und der Eingangselektrode der Schaltung verbunden ist, die Source geerdet ist und der Drain mit der Ausgangselektrode der Schaltung Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Gate (12) des Feldeffekttransistors (8) als wenigstens ein nichtinjizierender Gleichrichterkontakt ausgeführt ist. 1. Integrated injection circuit with a current source and a normally blocked n-channel field effect transistor, in which the gate is connected to the current source and the input electrode of the circuit, the source is grounded and the drain is connected to the output electrode of the circuit, thereby characterized in that the gate (12) of the field effect transistor (8) is designed as at least one non-injecting rectifier contact. 2. Integrierte Injektionsschaltung nach Anspruch 1, 2. Integrated injection circuit according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekttransistor (8) mit zwei nichtinjizierenden Kontakten und einer zusätzlichen Eingangselektrode (7') ausgeführt ist, wobei der zweite Kontakt als ein Gate (12') mit dieser zusätzlichen Eingangselektrode (7') verbunden ist. characterized in that the field effect transistor (8) is designed with two non-injecting contacts and an additional input electrode (7 '), the second contact being connected as a gate (12') to this additional input electrode (7 '). 3. Integrierte Injektionsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bipolartransistor (1) mit Metallkollektor (6,6') als Stromquelle, wobei der Metallkollektor (6,6') mit dem Gate (12,12') des Feldeffekttransistors (8) verbunden ist. 3. Integrated injection circuit according to claim 1, characterized by a bipolar transistor (1) with a metal collector (6,6 ') as a current source, the metal collector (6,6') being connected to the gate (12,12 ') of the field effect transistor (8) is. 4. Integrierte Injektionsschaltung nach Anspruch 1 mit einem bipolaren Planartransistor als Stromquelle und mit einem Planar-Feldeffekttransistor, bei dem das Gate-Gebiet auf der Oberfläche des Substrats liegt, sowie mit internen Metalleiterverbindungen, die auf einem maskierenden Dielektrikum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Gebiete (12,120 des Feldeffekttransistors (8) als Abschnitte der internen Leiterverbindungen (14) ausgeführt sind, die auf nicht-maskierten Oberflächenabschnitten des Substrats (13) liegen und von oben mit einem Dielektrikum (16) geschützt sind, und dass das Drain-Gebiet (10) so angeordnet ist, dass es einen ohmschen Kontakt (18) mit dem Substrat (13) auf einer Fläche bildet, die kleiner als die Raumladungsgebiete der Gleichrichterkontakte der Gate-Gebiete (12,12') ist. 4. Integrated injection circuit according to claim 1 with a bipolar planar transistor as a current source and with a planar field effect transistor in which the gate region lies on the surface of the substrate, and with internal metal conductor connections which are arranged on a masking dielectric, characterized in that the gate regions (12, 120 of the field effect transistor (8) are designed as sections of the internal conductor connections (14) which lie on unmasked surface sections of the substrate (13) and are protected from above with a dielectric (16), and that the drain Region (10) is arranged such that it forms an ohmic contact (18) with the substrate (13) on an area which is smaller than the space charge regions of the rectifier contacts of the gate regions (12, 12 '). 5. Integrierte Injektionsschaltung nach Anspruch 4, 5. Integrated injection circuit according to claim 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Substrat (13), und zwar in einer Entfernung von der Oberfläche, die kleiner als die Dicke der Raumladungsschicht des nichtinjizierenden Gleichrichterkontakts ist, ein zusätzliches Gebiet (17) mit dem gegenüber dem Substrat (13) entgegengesetzten Leitungstyp so gebildet ist, dass dieses Gebiet (17) grösser als die Fläche des ohmschen Kontakts (18) des Drain-Gebiets (10) mit dem Substrat (13) ist. characterized in that in the substrate (13), at a distance from the surface which is smaller than the thickness of the space charge layer of the non-injecting rectifier contact, an additional region (17) is formed with the opposite conductivity type to the substrate (13) that this area (17) is larger than the area of the ohmic contact (18) of the drain area (10) with the substrate (13).
CH9178A 1977-01-06 1978-01-04 Integrated injection circuit CH616276A5 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU772441385A SU602055A1 (en) 1977-01-06 1977-01-06 Integral logic element
SU772537101A SU646391A1 (en) 1977-11-01 1977-11-01 Field-effect transistor
SU2537006 1977-11-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH616276A5 true CH616276A5 (en) 1980-03-14

Family

ID=27356306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH9178A CH616276A5 (en) 1977-01-06 1978-01-04 Integrated injection circuit

Country Status (9)

Country Link
JP (1) JPS53108291A (en)
CH (1) CH616276A5 (en)
CS (1) CS199407B1 (en)
DD (1) DD136907A1 (en)
DE (1) DE2800335A1 (en)
FR (1) FR2377123A1 (en)
GB (1) GB1565918A (en)
NL (1) NL7800046A (en)
PL (1) PL119495B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5540051A (en) * 1978-09-12 1980-03-21 Mitsubishi Electric Corp T-joint and production thereof
JPS573651Y2 (en) * 1979-10-08 1982-01-22
GB2130790B (en) * 1982-10-26 1986-04-16 Plessey Co Plc Integrated injection logic device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2321796C2 (en) * 1973-04-30 1982-07-29 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Field effect transistor
JPS5811102B2 (en) * 1975-12-09 1983-03-01 ザイダンホウジン ハンドウタイケンキユウシンコウカイ semiconductor integrated circuit

Also Published As

Publication number Publication date
FR2377123A1 (en) 1978-08-04
PL119495B1 (en) 1982-01-30
NL7800046A (en) 1978-07-10
PL203827A1 (en) 1978-10-23
GB1565918A (en) 1980-04-23
DE2800335A1 (en) 1978-07-13
DD136907A1 (en) 1979-08-01
CS199407B1 (en) 1980-07-31
FR2377123B1 (en) 1980-05-16
JPS53108291A (en) 1978-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2266040C2 (en)
DE4110369C2 (en) MOS semiconductor device
DE19651247C2 (en) Input / output protection circuit
DE3942640C2 (en) MOS semiconductor device
DE10101081B4 (en) Schottky diode
DE2939193C2 (en)
DE2047166B2 (en) Integrated semiconductor device
DE2554296A1 (en) INTEGRATED CIRCUIT WITH COMPLEMENTARY FIELD EFFECT TRANSISTORS
DE2459562A1 (en) INTEGRATED CIRCUITS
DE102004059627B4 (en) Semiconductor device having a high potential island region
DE1489894A1 (en) Semiconductor component that can be switched and controlled in two directions
EP0052860B1 (en) Monolithic integrated semiconductor bridge circuit
DE2953931C2 (en)
DE2730373A1 (en) INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR LOGIC CIRCUIT
DE4310606C2 (en) GTO thyristors
DE68916697T2 (en) Gate controlled bi-directional semiconductor circuit device.
DE2531249A1 (en) MULTILAYER THYRISTOR
DE7141390U (en) SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT IN PARTICULAR FIELD EFFECT TRANSISTOR WITH DIFFUSED PROTECTED AREAS AND / OR INSULATING GATE AREAS
EP0017980B1 (en) Thyristor controlled by a field-effect transistor
DE19534388A1 (en) Insulated gate bipolar transistor module using MOSFET gate PNP switch
DE19810338A1 (en) IGBT with latch-up prevention and short circuit strength
EP0656659B1 (en) ESD protection structure for integrated circuits
CH616276A5 (en) Integrated injection circuit
EP0135136A2 (en) Integrated RS flipflop circuit
DE2800924C2 (en) Logical integrated circuit

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased