DE1439268B1

DE1439268B1 - Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE1439268B1
Application number: DE19631439268
Authority: DE
Inventors: Sueur Rene Charles; Stanislas Teszner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-08-03
Filing date: 1963-08-01
Publication date: 1971-01-14
Also published as: GB1019213A; US3176192A; NL128995C; FR1349905A; NL296208A; CH442553A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, die in und auf einer quaderförmigen Halbleiterplatte ausgebildet ist.

Man versteht unter einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung eine elektronische Schaltung, bei der alle Schaltlemente im Innern oder auch an der Oberfläche eines Halbleiterkristalls durch örtliche Modifikation der elektrischen Kenngrößen des Kristalls ausgebildet sind. In ihrer Idealform weist eine integrierte Schaltungsanordnung außer den Eingangs- und den Ausgangsklemmen keine weiteren Anschlußklemmen auf; alle Zwischenverbindungen befinden sich im Halbleiterkörper.

Es ist leicht einzusehen, daß entsprechend dem Verhalten ihrer einzelnen Elemente eine derartige Schaltungsanordnung eine maximale Betriebssicherheit, Haltbarkeit und Robustheit aufweist. In der Praxis ist dies jedoch noch nicht erreicht worden, da sowohl die zur Schaltungsanordnung gehörigen Elemente als auch deren Anordnung sowie die Art des Aufbaus der Schaltungsanordnung selbst derartige Forderungen bis jetzt nur selten erfüllen. So weisen die bis heute verwirklichten integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen mindestens zwei gesonderte Halbleiterblöcke und äußere Zwischenverbindungen auf.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung zu schaffen, die aus einem einzigen Halbleiterkörper besteht, bei der alle aktiven Bauelemente Feldeffekttransistoren sind und bei welcher sämtliche Zwischenverbindungen innerhalb oder an der Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen.

Es sind bereits Feldeffekttransistoren unter den Bezeichnungen Tecnetron bzw. Gridistor bekanntgeworden (vgl. die deutsche Auslegeschrift 1 207 015), welche in einer einzigen beispielsweise parallelepipedisch ausgebildeten Halbleiterplatte zwei Bereiche eines gegebenen Leitungstyps in Form genau ebener Schichten aufweisen, die über mehrere die Form von senkrecht dazu verlaufenden Stäbchen aufweisende Bereiche vom gleichen Leitungstyps miteinander verbunden sind. Die Stäbchenbereiche sind dabei in eine zwischen den beiden ebenen Bereichen angeordnete Zwischenschicht von entgegengesetztem Leitungstyp eingebettet, welche die Stege eines Gitters bildet, dessen Maschenlöcher genau durch die Stäbchenbereiche ausgefüllt sind. Auf den beiden Oberflächen der Halbleiterplatte sind die Hauptelektroden (Quelle und Senke) angebracht. Das Gitter ist mit einer weiteren ohmschen Elektrode (Steuerelektrode) verbunden, die sich ebenfalls an einer der Oberflächen der Platte befindet. Ein derartiger Feldeffekttransistor ist genau symmetrisch zu der parallel zu seinen Plattenflächen verlaufenden Mittelebene aufgebaut. Diese Eigenschaft wird in der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwertet. Des weiteren vereinigt der vorgenannte Feldeffekttransistor durch die Anordnung des inneren Gitters die Vorteile einer Miniaturisierung des Aufbaues mit den Vorteilen von Elektroden relativ großer Oberfläche. Ein weiteres Merkmal ist die Vereinigung einer großen Eingangsimpedanz und eines großen Ausgangswiderstandes mit der größeren Steilheit bipolarer Flächentransistoren.

Ferner ist durch die deutsche Auslegeschrift 1080 696 ein Feldeffekttransistor mit einer Halbleiterplatte als Grundkörper bekanntgeworden, mit mehreren zum Grundkörper senkrecht stehenden Halbleiterstäbchen und mit zwei äußeren Elektroden, von denen die eine auf die ebene Fläche des Grundkörpers und die andere auf die freien Enden der Stäbchen aufgelötet ist, sowie mit einer allen Stäbchen gemeinsamen Steuerelektrode. Jedes Stäbchen weist dabei in gleichem Abstand zum Grundkörper einen verengten Teil auf, der wie eine Kehle ausgebildet ist, wobei sich die gemeinsamen Steuerelektroden in derselben Ebene wie die Kehle befinden und dieselbe ausfüllen.

Ein weiterer durch die USA.-Patentschrift 3 025 438 bekanntgewordener Feldeffekttransistor enthält in einer Halbleiterplatte mehrere zylindrische Halbleiterelemente gegebener Leitfähigkeit, deren Achsen senkrecht zur Ebene der Platte verlaufen. Die Halbleiterelemente sind dabei von einem Gitter aus Halbleitermaterial entgegengesetzter Leitfähigkeit sowie von einer oberen Schicht, welche die oberen Enden aller dieser Elemente miteinander verbindet und von einer unteren Schicht, die in ähnlicher Weise die unteren Enden aller dieser Elemente miteinander verbindet, umgeben, wobei die obere und die untere Schicht die vorgenannte gegebene Leitfähigkeit aufweisen. Die als Quelle und als Senke wirkenden Hauptelektroden sind an die äußeren Flächen der oberen und der unteren Schicht angelegt. Eine dritte ohmsche Elektrode ist mit dem Halbleitergitter verbunden und zwischen der oberen und der unteren Schicht auf einer der kleinen Seitenflächen der Platte angebracht.

Die vorgenannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) ein H-förmiger Bereich mit p-Leitung, der zwei entlang zweier Seiten der Platte parallel verlaufende Längsstreifen und in der Mitte einen Querstreifen aufweist, zwei erste zu beiden Seiten des Querstreifens gelegene Bereiche mit n-Leitung, zwei zweite Bereiche mit η-Leitung, die parallel zu den Längsstreifen verlaufend in die Ränder der Platte eingeschlossen sind;

b) ein in jedem der Bereiche mit η-Leitung befindlicher Feldeffekttransistor, der aus mehreren Bereichen mit η-Leitung in Form von genau senkrecht zu den Hauptflächen der Platte stehenden Halbleiterstäbchen besteht, welche von einer inneren p-leitenden Schicht umgeben sind und die η-leitenden Oberflächenschichten und die dazu symmetrische der beiden Hauptflächen der Platte verbinden, wobei die Feldeffekttransistoren bezüglich der in der Mitte der Platte liegenden Fläche symmetrisch zueinander angeordnet sind;

c) eine als Quelle wirkende Hauptelektrode und eine Steuerelektrode für jeden der Feldeffekttransistoren, die mit einer der η-leitenden Oberflächenschichten und die dazu symmetrische und der besagten inneren Schicht verbunden sind;

d) eine als Senke wirkende Hauptelektrode für jede der Feldeffekttransistoren, die mit der anderen der Oberflächenschichten verbunden ist, wobei sich die als Senke wirkende Hauptelektrode des einen Feldeffekttransistors auf derselben Seite der Platte wie die als Quelle wirkende Hauptelektrode und die Steuerelektrode des anderen Feldeffekttransistors neben dieser Steuerelektrode befindet.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Kombination folgender weiterer Merkmale:

e) Mindestens ein Koppelkondensator, welcher auf der Platte als integriertes Bauelement ausgebildet

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ist und einerseits mit der als Senke wirkenden Fig. 5 und 6 den Auf bau der integrierten Schaltung

Hauptelektrode des einen Feldeffekttransistors eines Verstärkers gemäß Fig. 4, mit einer Darstellung

und andererseits mit der Steuerelektrode des der Ober- und Unterseite der integrierten Schaltung,

anderen Feldeffekttransistors verbunden ist; F i g. 7 das Schaltbild eines Feldeffekttransistor-

f) eine Speiseleitung und eine Erdleitung, die durch ⁵ kippkreises, der gemäß der vorliegenden Erfindung einen Metallüberzug auf der Oberfläche der beiden ^al« integrierte Schaltung verwirklicht werden kann, zweiten Bereiche mit η-Leitung gebildet werden; F i g. 8 und 9 den Aufbau der integrierten Schaltung

g) integrierte Widerstände, die zwischen die als eines Kippkreises gemäß F i g. 7 mit einer Darstellung Senke wirkenden Hauptelektroden und die Speise- von zwei einander entgegengesetzten Seiten des leitung geschaltet sind, integrierte Widerstände ¹⁰ Halbleiterkorpers.

zwischen den als Quelle wirkenden Hauptelek- . P¹! betrachtete Feldeffekthalbleiteranordnung ist

troden und der Erdleitung sowie integrierte ^^aoch _u f.⁰™¹*¹ ^sichtlich ihres Aufbaues als auch

Widerstände, zwischen den Steuerelektroden und hinsichtlich der physikalischen Vorgange beim Betneb

der Erdleitung mit den sogenannten Analogtransistoren verwandt, die

15 wiederum Vakuumelektrodenröhren analog sind.

Beim Aufbau von integrierten Halbleiterschaltungs- Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, besteht die Feldanordnungen bieten Feldeffekttransistoren im allge- effekthalbleiteranordnung aus einem Gitter 1 eines meinen den Vorteil einer wesentlich geringeren Halbleiters vom Leitfähigkeitstyp p, das in eine Temperaturempfindlichkeit im Gegensatz zu bipolaren Platte 2 aus einem Halbleiter vom Leitfähigkeitstyp η Transistoren. Daraus ergibt sich eine wesentliche 20 eindiffundiert ist, die mit einer Schicht 3 aus einem Vereinfachung des Schaltungsaufbaus, da aufwendige Halbleiter vom Leitfähigkeitstyp η bedeckt ist, die Temperaturkompensationsschaltungen entfallen kön- ihrerseits durch epitaktisches Wachstum oder durch nen, wodurch die Verwirklichung integrierter Halb- doppelte Diffusion erzeugt wird. Das Gitter 1 ist aus leiterschaltungsanordnungen entscheidend erleichtert der Schnittdarstellung in F i g. 3 ersichtlich. Es wird. 25 erstreckt sich nicht über die ganze Fläche der Platte,

Der hohe Eingangswiderstand, wie er durch die in sondern ist von einem Rand 10 umgeben. Das Gitter der vorliegenden Halbleiterschaltungsanordnung ver- besteht aus rechtwinklig zueinander verlaufenden, wendeten Feldeffekttransistoren gegeben ist, bringt den die Form von Gitterstegen 8 aufweisenden Halbleiterweiteren Vorteil, daß dadurch die Kapazität der zonen vom Leitfähigkeitstyp p. Diese Gitterstege Koppelkondensatoren zwischen den Verstärkerstufen 30 umgeben beim Ausführungsbeispiel eine quadratische im Vergleich zu der notwendigen Kapazität bei bipo- Form aufweisende Maschenbereiche 9, die wie die laren Transistoren wesentlich herabgesetzt werden ganze Platte 2 vom Leitfähigkeitstyp η sind. Die kann. Auf diese Weise wird der Aufbau derartiger Maschenbereiche 9 erstrecken sich in einer Richtung Kapazitäten im Innern der integrierten Schaltung senkrecht zu den Begrenzungsflächen der Platte und beachtlich vereinfacht, während der Aufbau relativ 35 sind stäbchenförmig ausgebildet. Diese Stäbchen bilden großer Kapazitäten, die zur Verbindung zwischen eine Vielzahl von parallel zueinander zwischen den Stufen mit bipolaren Transistoren notwendig sind, Bereichen 2 und 3 verlaufenden Leiterkanälen, und erhebliche Schwierigkeiten bereitet. ihr wirksamer Querschnitt hängt vom Potential des

Infolge seiner großen Steilheit bildet der in der Halbleitergitters 1 ab. Die Zahl der parallel zueinander

integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gemäß der 40 verlaufenden Kanäle ist sehr groß, und es ergibt sich

vorliegenden Erfindung verwendete Feldeffekttran- daraus eine stark erhöhte Steilheit, die die Größen-

sistor das einzige aktive Element, d. h., es ist nicht Ordnung von Hunderten von Milliampere pro Volt

mehr wie bisher erforderlich, Feldeffekttransistoren auf einer Fläche von 1 mm² erreichen kann,

infolge ihrer geringen Steilheit nur in Verbindung mit Die Platte 2 ist auf ihrer großen Fläche mit n⁺-La-

bipolaren Transistoren zu verwenden. 45 dungsträgern überdotiert. Die gestrichelte Linie 7

Wie in elektronischen Schaltkreisen mit mehreren zeigt die Grenze des überdotierten Bereiches an. Auf aktiven Elementen sind bei der vorliegenden inte- diesen überdotierten Bereich ist eine ohmsche Elekgrierten Halbleiterschaltungsanordnung die direkten trode 6 aufgedampft. Das Halbleitergitter kann durch oder kapazitiven Verbindungen zwischen der Steuer- doppelte Diffusion erhalten werden, wobei das eine elektrode eines Elements und einer der Hauptelektro- 50 Diffusionsverfahren mit einer Majoritätsverunreiniden des vorhergehenden Elements angeordnet. Bei der gung mit einem geringen Diffusionskoeffizienten und Anordnung nach der Erfindung ist es nicht erf order- das andere Diffusionsverfahren mit einer Minoritätslich, daß die Verbindungen von einer Oberfläche der verunreinigung mit einem viel höheren Diffusions-Platte zur anderen verlaufen; außerdem ist auch kein koeffizienten, jedoch ausgehend von einer schwächeren Überkreuzen auf derselben Oberfläche zwischen zwei 55 Oberflächenkonzentration ausgeführt wird, und wobei Schaltlementen notwendig, d. h., daß die Verbindungen die Minoritätsverunreinigung durch eine durchzwischen zwei Schaltelementen in besonders einfacher broehene Maske hindurch diffundiert wird. In der Weise zustande kommen. tieferliegenden Halbleiterzone, die nur von der Mino-

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der ritätsverunreinigung erreicht wird, wird das Halbleiternachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der 60 gitter gebildet. Der Oberflächenbereich behält die Zeichnung. Im einzelnen zeigen Leitfähigkeit vom Majoritätstyp außer auf drei Seiten

F i g. 1 bis 3 den Aufbau eines Feldeffekten- des Gitterrandes bei. Die Diffusion von n-Leitfähigkeit

transistors (Gridistor) mit einer Darstellung seiner erzeugendem Dotierungsmaterial erfolgt über der

oberen Seite und seiner unteren Seite und eines Stelle, die für das Halbleitergitter 1 vorgesehen ist und

Schnittes entlang der Linie A-B in Fig. 1, 65 von einer Seite des Randes 10 her durch eine passende

F i g. 4 das Schaltbild eines Feldeffekttransistor- Öffnung hindurch (z. B. durch eine aus einer Oxydverstärkers, der gemäß der vorliegenden Erfindung als maske ausgespartes Fenster); die Diffusion von integrierte Schaltung gebaut werden kann, p-LeitfähigkeiterzeugendemDotierungsmaterialerfolgt

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über der Stelle, die für das Halbleitergitter 1 und seinen Aufteilung erfolgt durch, ein Diffusionsverfahren, das Rand 10 vorgesehen ist. An der für das Halbleitergitter bei hoher Temperatur mit einer p-Leitfähigkeit und eine Seite des Randes vorgesehenen Stelle bildet erzeugenden Verunreinigung (beispielsweise Bor) von sich das Halbleitergitter im tiefen Bereich aus, und der den beiden Oberflächen aus durch in einer Oxydmaske Oberflächenbereich bleibt vom Leitfähigkeitstyp n. 5 gemäß der bekannten Technik ausgesparte Fenster über den drei anderen Seiten des Rahmens nimmt der hindurch erfolgt und zur Bildung einer p-leitenden Oberflächenbereich den Leitfähigkeitstyp ρ an und Halbleiterzone in der Form des Buchstabens H führt, dieser Bereich erstreckt sich bis zum Halbleitergitter. Andererseits wird eine η-Leitfähigkeit erzeugende Eine bandförmige ohmsche Elektrode 4, die über der Verunreinigung (beispielsweise Phosphor) in die Beeiner Diffusion von η-Leitfähigkeit erzeugendem io reiche 28 und 29 diffundiert, um in jedem dieser Be-Dotierungsmaterial unterzogenen Rahmenseite, die reiche eine überbesetzte n⁺-leitende Schicht zu bilden, dementsprechend an der Oberfläche den Leitf ähigkeits- Die eine dieser Schichten im Bereich 28 ist mit der typ η hat, angeordnet ist, dient als eine der Haupt- Bezugsziffer 32 bezeichnet. Die andere Schicht wird elektroden, und eine bandförmige ohmsche Elektrode 5, von der entgegengesetzten Seite aus im Bereich 29 die über der entgegengesetzten, einer einzigen Diffusion 15 gebildet, ist jedoch aus den Figuren nicht ersichtlich, von p-Leitfähigkeit erzeugenden Dotierungsmaterial In diesen Bereichen 28 und 29 wird jeweils ein Feldunterzogenen Rahmenseite angeordnet ist, dient als effekttransistor durch eine doppelte Diffusion gebildet, Steuerelektrode. Man sieht, daß obgleich das Halb- wie sie vorstehend an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieleitergitter in einem tiefen Bereich der Platte 2 ange- ben worden ist. Die Feldeffekttransistoren haben ordnet ist, kein Abätzen nach Mesa-Art notwendig ist, 20 Haupt- und Steuerelektroden 11a, Ub, lic und 12a, um dort einen Elektrodenanschluß zu kontaktieren. 12 b, 12 c und sind entgegengesetzt gemäß einer der

F i g. 4 zeigt das Schaltbild eines Verstärkers, der wesentlichen Besonderheiten der Erfindung anein-

mit Hilfe von Feldeffekttransistoren leicht als inte- andergelegt.

grierte Schaltung ausgeführt werden kann. Dieser Diese besondere Anordnung erleichtert außerordent-

Verstärker besteht aus zwei Stufen, von denen jede 25 lieh die Verwirklichung der Verbindung zwischen den

einen Feldeffekttransistor 11 oder 12 enthält. Jeder einzelnen Stufen innerhalb der integrierten Schaltung,

Feldeffekttransistor besteht aus einer Hauptelektrode d. h. die Verbindung zwischen der Hauptelektrode 11a

Ha oder 12a, einer Steuerelektrode 11b oder 12b und und der Steuerelektrode 12b über den Kondensator 24,

einer Hauptelektrode 11 c oder 12c. wie in Fig. 6 dargestellt. Dieser Kondensator wird

Die Halbleitergitter sind mit ohmschen Elektroden 30 folgendermaßen gebildet: der Bereich 32 vom Leit-(Steuerelektroden) 11 b und 12b versehen und über die fähigkeitstyp n⁺ wird auf der Oberfläche in Form einer Ableitwiderstände 14 und 15 mit der Masseschiene 13 quadratischen oder rechteckigen Zunge 33 mittels einer verbunden. Die Ableitwiderstände 14 und 15 haben Diffusion mit geringer Tiefenwirkung verlängert. Diese einen relativ großen Widerstandswert in der Größen- Zunge ragt in den Quersteg des vom p-leitenden Beordnung von Megohm. Die Hauptelektroden 11a und 35 reich gebildeten H hinein. Die Zunge 33, die eine der 12a sind mit der von der Spannungsquelle 17 korn- Platten des Kondensators 24 bildet, ist mit einer isomenden Speisespannungsleitung 16 über die Belastungs- lierenden Siliciumdioxydschicht bedeckt, welche die widerstände 18 und 19 mittlerer Größe — beispiels- Zunge auf beiden Seiten überragt und das Dielektriweise in der Größenordnung von einigen hundert kum des Kondensators bildet. Diese Oxydschicht ist Ohm·—verbunden. Die Hauptelektroden lic und 12 c 40 ihrerseits von einer metallischen Zunge 34 bedeckt, sind mit der Masseschiene jeweils über einen Wider- die eine Verlängerung der Steuerelektrode 12b darstand 20 oder 21 von relativ geringer Größe — bei- stellt und gleichzeitig mit dieser Elektrode gebildet spielsweise in der Größenordnung von einigen Ohm wird.

bis zu einigen zehn Ohm — verbunden, denen Konden- Die Bereiche 30 und 31 vom Typ η tragen die Massesatoren 22 oder 23 parallel geschaltet sind. Die eine 45 schiene 13 bzw. die Zuleitung 16, die beide durch Hauptelektrode Hader ersten Stufe ist mit der Steuer- Metallisieren gebildet werden. Die Schiene 13 ist mit elektrode 12b der zweiten Stufe über einen Konden- den Hauptelektroden 11 c und 12 c über die Widersator 24 mit relativ geringer Kapazität verbunden, die stände 20 und 21 verbunden, und mit den Steuer-ICOO Picofarad nicht überschreitet und im allgemeinen elektroden Hb und 12b der Feldeffekttransistoren einen etwas geringeren Wert hat. 50 über die Widerstände 14 und 15. Die Leitung 16 ist

Die Eingangsklemmen sind mit 25a und 25b und mit den Hauptelektroden Ha und 12a über die Widerdie Ausgangsklemmen mit 26 a und 26b bezeichnet. stände 18 und 19 verbunden. Diese Widerstände wer-

Die Speisespannungsquelle 17 ist vorzugsweise durch den durch eine Oberflächendiffusion mit einer Vereinen Entkopplungskondensator überbrückt, der in unreinigung vom Leitfähigkeitstyp n⁺ (z. B. mittels der Zeichnung gestrichelt eingetragen ist. Dieser 55 Phosphor wie bei der Bildung der Zunge 33) oder Kondensator wird nur in einer der Verstärkerstufen eventuell durch Aufbringen einer leitenden Tinte (beider integrierten Schaltung verwirklicht, vorzugsweise spielsweise auf der Basis von kolloidalem Kohlenstoff) in der letzten Stufe, und ist daher in den nur die beiden gebildet. Die Entkopplungskapazitäten 22 und 23, die ersten Verwärkerstufen darstellenden F i g. 5 und 6 parallel zu den Widerständen 20 und 21 gemäß der vorhanden. 60 Schaltung nach F i g. 4 verlaufen, sind in den F i g. 5

Die Verwirklichung der Schaltung nach F i g. 4 als und 6 nicht dargestellt, da sie nur implizit infolge der

integrierte Schaltung in einem Halbleiterblock ist aus zwischen den Widerständen 20 oder 21 und dem

den F i g. 5 und 6 ersichtlich, die zwei einander ent- p-leitenden Bereich 27, in den diese Widerstände ein-

gegengesetzte Oberflächen der integrierten Schaltung diffundiert sind, herrschenden Kapazität vorhanden

zeigen. Die Grundplatte 27 ist ein monokristalliner 65 sind.

Halbleiter, beispielsweise aus Silicium vom Leitfähig- Schließlich sind noch die Eingangs- und Ausgangskeitstyp n, der in vier getrennte Bereiche 28, 29, 30 klemmen 25a und 256 bzw. 26a und 26b dargestellt, und 31 vom Leitfähigkeitstyp η aufgeteilt ist. Die Diese Klemmen sind allein zugänglich und bilden

äußere Verbindungen zu der integrierten Schaltung, bereiche 57a - und, .57i> durch: elektrolytisches

die jedoch in den Figuren nicht dargestellt sind. Um chemisches Profilieren getrennt. Man bildet dann in

einen Anhaltspunkt für die Größenordnung zu geben, jedem der Bereiche;54 und 55 eine überdotierte HaIb-

sei bemerkt, daß eine integrierte Schaltung gemäß den leiterzone n⁺, von denen nur eine einzige. Halbkiter-

F i g. 5 und 6 mit einem Volumen von 2 · 1.· 0,1 mm³ 5 zone 58 dargestellt ist. Außerdem wird die Bildung der

verwirklicht werden kann. 'Feldeffekttransistoren 35a, 35b, 35c und 36«,. 36bi

In F i g. 7 ist ein anderes Schaltbild eines gemäß der 36c wie vorstehend erläutert vorgenommen.
Erfindung in Form einer integrierten Schaltung real·'- Man diffundiert dann die Widerstände 40,41,42,43, sierbaren Schaltkreises dargestellt. Die Schaltung stellt 44 und 45 und· bildet die Kondensatoren 46 und 47, eine klassische Kippstufe dar, in der die aktiven EIe- io indem man die Widerstände 44 und 45 mit einer mente Feldeffekttransistoren 35 und 36 sind, die mit Siliciumdioxydscbjcht bedeckt und anschließend die Haupt- und Steuerelektroden 35a, 35b, 35c und 36a, Zungen 59 und 60 durch Verlängern der Steuereleki- 36b, 36c versehen sind. Die Kippstufe wird von den troden35Z> und 36b formt. Das Herstellungsverfahreüi Spannungsquellen 37 und 38 gespeist, die in Reihe wird beendet, indem man durch einen Metallnieder? geschaltet Sind und deren Verbindungspunkt mit der 15 schlag die Kontaktstreifen 50, 51, 39 a und 39 b bildet Masseschiene 39 verbunden ist. Die Spannungsquelle und die letzteren durch eme Leitung 52 miteinander 37 gewährleistet die Polarisation der Halbleitergitter verbindet. Außerdem werden leitende Verbindungen 61 über die Widerstände 40 und 41 von der Größen- und 62 zwischen, den'Hauptelektrpden 35c undi'36c Ordnung von einigen zehn Kiloohm. Dieser Wider- und den Masseschienen 39 a und'39b angebracht Es standswert ist klein, im Verhältnis zu dem Eingangs- 20 ist vorteilhaft» .die Verbindungsleitüngen 61 unÖ 62 widerstand Steuerelektrode—Kathode. im. Sperrzu- mittels einer Oxydschicht von dem Rahmen mit dem stand. Die Verbindung Steuerelektrode—Kathode Leitfähigkeitstyp jp' zu· isolieren. Zu diesem 'Zweck wirkt im umgekehrten Sinne, so daß nahezu die ge- Wird vor dem Anbringen' aller Metallniederschläge die samte Polarisationsspannung nun zwischen die Steuer- ganze integrierte Schaltung mit einer Öxydschicht elektrode und die als Kathode wirksame Hauptelekr 25 überzogen und anschließend entsprechende, zu den trode zu h'egen kommt und einen Stromfluß sperrt. Im Haupt- und Steuerefektroden sowie zu der Masse-Gegensatz dazu ist dieser Widerstand im leitenden schiene und auch zu den Speiseleitungen führende Zustand sehr groß gegenüber, dem Widerstand Steuer- Fenster ausgespart.'Das innere dieser Fenster wird mit elektrode—Kathode, bei dem die Verbindung dann MetallbelagenäusgeFüllt, diemit den Zungen 59 und 60 in direktem Sinne wirkt, so daß die Spannungsquelle 37 30 vervollständigt werden und mit den Korrtaktbf ücken61 den Fluß des Anodenstromes überhaupt nicht stört. und 62, die auf die Oxydschicht zu liegen kqqjmen.

Die Widerstände 42 und 43, sind in der, Größen- · Die. vorstehend beschriebene. Kippstufe Jcann die Ordnung von einigen hundert Ohm bis zu 1000 Ohm. gleiche Baugröße wie der, eingangs beschriebene Ver-Die Querverbindungen zwischen der Steuerelektrode stärker gemäß F i;g.J 5 und6 auf weisen, also-ein Vo-35Z > und der Hauptelektrode36a und umgekehrt 35 lumen von etwa 2 ·:1;· 6,1 mm^a» Die. Ausbildung von zwischen der Hauptelektrode35a und der Steuer- integrierten Schaltungen,.wie sie an Hand der Fig. 5 elektrode 36Z? führen über die Widerstände 44 und 45, und 6 einerseits un;d,' der..Fig. S und 9 andererseits denen Kondensatoren 46 bzw. 47 parallel geschaltet beschrieben worden, sind,, ;kann-natürlich mannigfach sind. Die Widerstände können eine Größenordnung abgewandelt werden,;; _: -.-.:.....";■ -.-.:·,..-.: \..t
von einigen zehn Kiloohm haben, und die Konden- 4p ·. .'So können z. B..'zur Anwendung einer höheren Besatoren eine Kapazität in der Größenordnung von triebsspannung;die <Jurch Auftragen einer, Tinte vereinigen Fitiofarad.: Schließlich besitzt .die Kippstufe wirklichten Widerstände; vom .Halbleiterträge.r mittels Ausgangsklemmen 48 und 49 sowie Klemmen zum einer Oxydschicht isoliert werden. Bei einer anderen Speisen der Anode 50, Klemmen für die Masse 39 und abgewandelten Ausbildungsform, bei der man die eine Polarisationsklemme 51. 45 Technik der Bildung der Widerstände durch Diffusion

Die Verwirklichung dieser Kippstufe als integrierte beibehält, bringt man zuerst auf den Rahmen vom

Schaltung ist in den F i g. 8 und 9 dargestellt. Sie ist Leitfähigkeitstyp ρ beispielsweise durch epitaktisches

ähnlich wie der Verstärker gemäß den F i g. 5 und 6 Wachstum eine Halbleiterschicht desselben Leitfähig-

verwirklicht, doch wird wegen der Polarisations- keitstyps, aber mit einem merklich höheren spezi-

leituhg 51 ein Auftrennen der Masseschiene 39 und ein 50 fischen Leitungswiderstand auf, wodurch ein wesent-

Profilieren der entsprechenden Kante der Platte er- lieh besseres Verhalten bei Sperrspannung am pn-

forderlich, dergestalt, daß für die Leitung 51 ein Platz Übergang Widerstandsmaterial-Halbleiterkörper er-

auf der p-leitenden Halbleiterzone geschaffen wird, der zielbar ist. Die Widerstände können jedoch an Stelle

von den η-leitenden Bereichen der beiden Abschnitte durch Diffusion auch durch Auf dampf en eines dünnen

der Masseschiene 39 isoliert ist. Daraus erfolgt, daß 55 Metallfilmes gebildet werden. Sollte die integrierte

die beiden Abschnitte 39a und 39Z> der Masseschiene39 Schaltung induktive Elemente enthalten, so könnten

über eine Außenleitung 52 miteinander verbunden diese durch Anbringen eines ferromagnetischen Belags

werden müssen. auf dem Halbleiterkristall und durch ein Aufdampfen

Bei der Herstellung geht man wiederum beispiels- einer Metallspirale auf diese Schicht verwirklicht

weise von einer Platte aus monokristallinem Silicium 60 werden.

vom Leitfähigkeitstyp η aus, betreibt durch Diffusion Diese Varianten erleichtern die Erweiterung einer

die Bildung des Bereiches 53 vom Leitfähigkeitstyp ρ Vorrichtung nach der Erfindung auf wesentlich ver-

in der Form des Buchstabens H, der vier η-leitende wickeitere Schaltungen mit Feldeffekttransistoren, die

Bereiche begrenzt, nämlich zwei zentrale Bereiche 54 wechselweise aneinander gereiht sind. Die Rahmen

und 55, in denen die Feldeffekttransistoren gebildet 65 vom Leitfähigkeitstyp ρ in Form des Buchstabens H

werden, und zwei seitliche Bereiche 56 und 57, welche werden nacheinander ausgebildet und bilden zusammen

die Anodenzuleitung 50 und die Masseschiene 39 auf- die Form einer Leiter,

nehmen. Der Bereich 57 wird dann in zwei Teil- Natürlich können kompliziertere Schaltungen auch

durch eine einfache Verbundanordnung von einfachen elementaren Schaltkreisen, beispielsweise solchen nach F i g. 5 und 6 oder 8 und 9 gebildet werden oder mit anderen Grundschaltungen.

Die Erfindung soll auch nicht auf ein einziges spezielles Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silicium) beschränkt sein, sondern erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtungen können auch mit anderen Halbleitermaterialien, wie Germanium oder intermetallischen Verbindungen der Gruppen III und V des Pe- ίο riodensystems der Elemente verwendet werden. Auch können die Ausführungsformen geändert werden, ohne daß damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung überschritten würde.

Claims

Patentansprüche:

1. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung, die in und auf einer quaderförmigen Halbleiterplatte ausgebildet ist, gekennzeichnet d u r c h die Kombination folgender Merkmale:

a) ein H-förmiger Bereich (27) mit p-Leitung, der zwei entlang zweier Seiten der Platte parallel verlaufende Längsstreifen und in der Mitte einen Querstreifen aufweist, zwei erste zu beiden Seiten des Querstreifens gelegene Bereiche (28, 29) mit η-Leitung, zwei zweite Bereiche (30, 31) mit η-Leitung, die parallel zu den Längsstreifen verlaufend in die Ränder der Platte eingeschlossen sind;

b) ein in jedem der Bereiche (28, 29) mit n-Leitung befindlicher Feldeffekttransistor, der aus mehreren Bereichen mit η-Leitung in Form von genau senkrecht zu den Hauptflächen der Platte stehenden Halbleiterstäbchen besteht, welche von einer inneren p-leitenden Schicht umgeben sind und die η-leitenden Oberflächenschichten (32 und die dazu symmetrische) der beiden Hauptflächen der Platte verbinden, wobei die Feldeffekttransistoren bezüglich der in der Mitte der Platte liegenden Fläche symmetrisch zueinander angeordnet sind;

c) eine als Quelle wirkende Hauptelektrode (lic, 12c) und eine Steuerelektrode (lib, 12b) für jeden der Feldeffekttransistoren, die mit einer der η-leitenden Oberflächenschichten (32 und die dazu symmetrische) und der besagten inneren Schicht verbunden sind;

d) eine als Senke wirkende Hauptelektrode (11a, 12a) für jeden der Feldeffekttransistoren, die mit der anderen der Oberflächenschichten verbunden ist, wobei sich die als Senke wirkende Hauptelektrode (lla) des einen Feldeffekttransistors auf derselben Seite der Platte wie die als Quelle wirkende Hauptelektrode (12 c) und die Steuerelektrode (12b) des anderen Feldeffekttransistors neben dieser Steuerelektrode befindet.

2. Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender weiterer Merkmale:

e) Mindestens ein Koppelkondensator (24), welcher auf der Platte als integriertes Bauelement ausgebildet ist und einerseits mit der als Senke wirkenden Hauptelektrode (Ha) des einen Feldeffekttransistors und andererseits mit der Steuerelektrode (12 b) des anderen Feldeffekttransistors verbunden ist;

f) eine Speiseleitung (16) und eine Erdleitung (13), die durch einen Metallüberzug auf der Ober-

• fläche der beiden zweiten Bereiche mit n-Leitung (30 bzw. 31) gebildet werden;

g) integrierte Widerstände (18, 19), die zwischen die als Senke wirkenden Hauptelektroden (Ua, 12a) und die Speiseleitung (16) geschaltet sind, integrierte Widerstände (20, 21) zwischen den als Quelle wirkenden Hauptelektroden (Hc, 12 c) und der Erdleitung (13) sowie integrierte Widerstände (14, 15) zwischen den Steuerelektroden (11 έ, 12 b) und der Erdleitung (13).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen