DE1524945B2 - Integrierter Festwertspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Festwertspeicher in Form einer integrierten Schaltung in einer Halbleiterscheibe mit mehreren gegenseitig isolierten Eingangsleitern und mehreren diese kreuzenden Ausgangsleitern auf einer Seite der Halbleiterscheibe, wobei mindestens an vorgegebenen Kreuzungspunkten Transistoren in der Halbleiterscheibe zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitern angeordnet sind, deren Steuerelektrode mit den Ausgangsleitern und deren andere Hauptelektrode gemeinsam mit einer Spannungsquelle verbunden sind.

Ein solcher Festwertspeicher ist aus »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Vol. 7, Nr 11 (April 1965), S. 1107 und 1108 bekannt. Die Transistoren sind dabei durch Feldeffekt-Transistoren gebildet, bei denen alle Elektroden zwangläufig auf der gleichen Seite der Halbleiterscheibe angeordnet sind und angeschlossen werden müssen. Dadurch sind eine große Anzahl einander kreuzender Leiter auf der Oberseite der Halbleiterscheibe notwendig, wodurch ein erheblicher Platzbedarf entsteht und außerdem die Herstellung einer solchen Anordnung dadurch erschwert wird, daß die einzelnen Leiter sich gegeneinander isoliert kreuzen müssen. Ferner tritt bei der bekannten Anordnung das Ausgangssignal mit invertierter Polarität auf, so daß noch weitere Umkehrverstärker notwendig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Festwertspeicher anzugeben, bei dem nur eine minimale Anzahl von Leitern und Leiterkreuzungen notwendig ist und die Notwendigkeit einer nachfolgenden Umkehr der Signalpolarität vermieden ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kollektoranschlüsse auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe entfallen die entsprechenden Leiterbahnen auf der einen Seite der Halbleiterscheibe und damit auch die entsprechenden Kreuzungen, so daß sich ein sehr einfacher Aufbau der Leiterbahnen für die Eingangsleiter und Ausgangsleiter ergibt. Da die Kollektoren nicht gegeneinander isoliert sein müssen, kann die Dotierung der Halbleiterscheibe gleich der Dotierung der Kollektorzonen gewählt werden, so daß nahezu die gesamte Halbleiterscheibe die Kollektorelektrode darstellt und somit leicht angeschlossen werden kann. Auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung bleibt die verstärkende Wirkung der Transistoren erhalten, so daß für die Eingangsleiter nur eine geringe Steuerleistung notwendig ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Anordnung der Transistoren,

F i g. 2 eine Aussicht einer Transistorstruktur an einem Kreuzungspunkt,

F i g. 3, 4, 5 Querschnitte der Transistcrstruktur nach F ig. 2.

Die Speichermatrix nach F i g. 1 enthält mehrere vertikale Leiter Vi bis V4 und mehrere horizontale Leiter H bis Ha.

Die horizontalen und vertikalen Leiter sind in vorbestimmten Kreuzpunkten durch Transistoren 711, 712 usw. miteinander gekoppelt, wobei die Basiselektroden mit den vertikalen Leitern und die Emitterelektroden mit den horizontalen Leitern verbunden sind, während die Kollektorelektroden miteinander und mit einer Spannungsquelle + K verbunden sind. So ist z. B. der Leiter Ki mit den horizontalen Leitern H\, Hi und Hi über die Transistoren 71i, T21 und 73i,der Leiter V2 mit den Leitern H\, Hi und Hn über die Transistoren 712, Tn und Γ42 gekoppelt, usw.

Die Wirkungsweise dieser Matrix ist wie folgt: Wenn einem der als Eingangsleiter wirksamen vertikalen Leiter, z. B. K2, ein positiver Impuls zugeführt wird, werden die mit diesen Leitern verbundenen Transistoren leitend, in diesem Falle 7h, 7*32 und T42, wobei ein Impuls nach den horizontalen Ausgangsleitern Wi, Hz und W» weitergegeben wird. Infolge der in den Transistoren auftretenden Stromverstärkung werden die den horizontalen Leitern zugeführten Kollektorströme größer sein als die Basisströme, so daß an den vertikalen Leitern eine verhältnismäßig geringe Steuerenergie genügt im Vergleich zu bekannten Schaltungen mit Kopplungsdioden in den Kreuzpunkten, bei denen die gesamte Ausgangsenergie für die Ausgangsleiter von den Steuerleitern geliefert werden muß.

Je nach dem gewählten Kopplungsmuster werden also bei Zuführung eines Impulses zu einem Eingangsleiter bestimmte Kodekombinationen von Ausgangsimpulsen entstehen.

In der Praxis wird die Zahl der horizontalen und vertikalen Leiter größer sein, z. B. je 10.

Eine solche Matrix von 10 χ 10 = 100 Kreuzpunkten kann z. B. auf einem Siliziumkristall von 1,5 x 1,5 mm² als Träger integriert werden.

Naturgemäß ist es nicht notwendig, daß die Zahl der Eingangsleiter gleich der Zahl der Ausgangsleiter ist.

Die F i g. 2 bis 5 zeigen ein Beispiel eines auf einer Platte K aus η-Silizium integrierten Kreuzpunktes der Leiter K und H sowie eines mit den beiden Leitern gekoppelten Transistors T.

Der Transistor 7"besteht aus einer Emitterzone £aus η-Silizium, einer Basiszone B aus p-Silizium, während die Kollektorelektrode vom Substrat K gebildet wird, so daß die Kollektorelektroden sämtlicher Transistoren über das Substrat K miteinander verbunden sind.

Der Leiter K besteht dann gleichfalls aus einer transistorförmigen Struktur mit einer Zone N aus n-Silizium und einer Zone Paus p-Silizium, wobei diese Zonen sich über die ganze Länge des Leiters K allen Kreuzpunkten entlang erstrecken.

Die verschiedenen Zonen werden in bekannter Weise durch aufeinanderfolgende Diffusionsvorgänge gebildet. Dazu wird die Platte K aus η-Silizium zunächst mit einer Isolierschicht R aus Siliziumdioxyd bedeckt, in der durch Photoätzung Öffnungen geformt werden, worauf die p-Zonen Sund Pdadurch gebildet werden, daß die Platte einer p-Diffusion unterworfen wird. Anschließend wird die Platte wieder mit Siliziumdioxyd bedeckt und in ihr wieder Öffnungen geformt, worauf durch eine η-Diffusion die η-Zonen E und N in den Zonen B und P gebildet werden. Die Siliziumdioxydschicht R dient bei diesen Diffusionsvorgängen als Maske.

Anschließend wird erneut eine Siliziumoxydschicht aufgebracht, in der Öffnungen zum Anbringen leiternder Verbindungen mit Basis- und Emitterelektroden der Transistoren und mit den vertikalen Leitern V gebildet werden. Diese Verbindungen werden dadurch hergestellt, daß die Platte durch Aufdampfen mit einer dünnen Aluminiumschicht bedeckt wird, worauf durch Photoätzung die ungewünschten Teile entfernt werden, so daß die gewünschten Verbindungen bestehen bleiben. Die Emitterzone £ist dann über einen Zweigleiter /4£mit den horizontalen Leiter Hund die Basiszone B über einen Zweigleiter AB mit dem vertikalen Leiter K verbunden.

Wie bereits bemerkt wurde, wird der vertikale Leiter K von der p-Zone P und der η-Zone N gebildet. Insbesondere die Zone N hat eine hohe Leitfähigkeit, da sie gleichzeitig mit der Emitterdiffusion des Transistors gebildet wurde. Außerdem erstreckt sich der Zweigleiter AB teilweise in der Längsrichtung und macht dabei Kontakt mit dem Leiter V, wodurch der Widerstand dieses Leiters weiter herabgesetzt wird.

Der Zweigleiter AB macht Kontakt sowohl mit der Zone N als auch mit der Zone P. Dadurch, daß dem Leiter Keine Spannung gegeben wird, die stets negativ ist gegenüber der des Substrats K, ist die Sperrschicht zwischen der Zone Fund dem Substrat stets gesperrt, und der Leiter V ist also gegen die miteinander verbundenen Kollektorelektroden der Transistoren isoliert. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß im Kreuzpunkt der beiden Leiter Kund Hder Leiter //mittels einer isolierenden Siliziumdioxydschicht R gegen den Leiter Kisoliert ist.

Wie bereits bemerkt wurde, müssen die Kopplungstransistoren nur in vorbestimmten Kreuzpunkten wirksam sein. Eine Möglichkeit wäre nun, bei den Diffusionsvorgängen die ungewünschten Transistoren einfach wegzulassen.

Vorzugsweise werden aber im Prinzip sämtliche Transistorstrukturen gebildet, jedoch ausschließlich werden nur diejenigen angeschlossen, welche wirksam sein müssen. Dabei ergeben sich wieder verschiedene Möglichkeiten.

Man kann z. B. die Anschlüsse von unwirksam zu machenden Transistoren weglassen, indem die metallischen Zweigleiter nicht angebracht und/oder die Anschlußöffnungen in der Isolierschicht aus Siliziumdioxyd weggelassen werden. Man kann auch sämtliche Anschlüsse anbringen und nachher bestimmte Zweigleiter, z. B. durch Ätzen oder Wegbrennen, entfernen.

Im Prinzip ist es für das unwirksammachen der Transistoren nicht notwendig, den Anschluß mit den beiden Elektroden wegzulassen. Es wird auch genügen, wenn nur die Emitterelektrode nicht angeschlossen wird und die Basiselektrode stets angeschlossen ist. Dies bietet den Vorteil, daß es im Prinzip nicht notwendig ist, die Basiselektrode über einen metallischen Zweigleiter anzuschließen; man kann z. B. die Basiszone B bis in die Zone P des Leiters K durchlaufen lassen oder, mit anderen Worten, diese als ein Ganzes herstellen.

Es ist weniger erwünscht, die Emitterelektrode eines unwirksam zu machenden Transistors anzuschließen und die Basiselektrode nicht, da die Basiselektrode dann ein schwebendes Potential annehmen würde und somit ein verstärkter Arbeitsstrom durch den Transistor fließen würde.

Statt der Emitterelektrode könnte grundsätzlich auch die Basiselektrode mit dem metallischen Leiter H verbunden werden.

In diesem Falle kann der metallische Leiter unmittelbar über den Anschlußöffnungen auf den Basiselektroden angebracht werden, während die Emitterelektrode dann mit dem Leiter Kverbunden wäre.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Festwertspeicher in Form einer integrierten Schaltung in einer Halbleiterscheibe mit mehreren gegenseitig isolierten Eingangsleitern und mehreren diese kreuzenden Ausgangsleitern auf einer Seite der Halbleiterscheibe, wobei mindestens an vorgegebenen Kreuzungspunkten Transistoren in der Halbleiterscheibe zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitern angeordnet sind, deren Steuerelektrode mit den Eingangsleitern und deren eine Hauptelektrode mit den Ausgangsleitern und deren andere Hauptelektrode gemeinsam mit einer Spannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren bipolare Transistoren sind, deren Emitter- und Basiszonen auf einer Seite der Halbleiterscheibe angeordnet und mit den Eingangs- und Ausgangsleitern verbunden sind und deren Kollektoren auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe miteinander und mit der Spannungsquelle verbunden sind.

2. Festwertspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangsleiter über eine isolierende Zwischenschicht auf der Halbleiterscheibe angebracht sind und die Emitter- und Basiszonen auf dieser Seite durch örtliche Diffusion unter Verwendung der Isolierschicht als Maske erzeugt sind und durch öffnungen in der Isolierschicht elektrisch mit den Eingangs- und Ausgangsleitern verbunden sind und daß die Kollektorzonen vom übrigen Teil der Halbleiterscheibe gebildet sind.

3. Speichermatrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter- und Basiszonen der Transistoren neben den Kreuzungsstellen der Leiter angeordnet sind und über eine oder mehrere Abzweigungen dieser Leiter mit den Leitern verbunden sind.

4. Festwertspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Leiter an den Kreuzungsstellen über der Isolierschicht auf der Halbleiterscheibe verlaufen und die anderen Leiter an den Kreuzungsstellen über wenigstens eine Diffusionsschicht, die wenigstens einen pn-übergang mit der Kollektorzone bilden.

5. Festwertspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschicht an den Kreuzungsstellen aus zwei Diffusionszonen mit der Emitter- und der Basiszone entsprechenden Dotierung bestehen und mit diesen Zonen gleichzeitig hergestellt sind und daß die Leiter wenigstens durch die Diffusionszone mit der höheren Leitfähigkeit gebildet ist.

6. Festwertspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Kreuzungspunkt eine Transistorstruktur angeordnet ist und daß bei den Transistoren an solchen Kreuzungspunkten, bei denen keine Kopplung zwischen den kreuzenden Leitern herstellbar sein soll, keine leitende Verbindung zwischen der Emitterzone und dem betreffenden Ausgangsleiter vorhanden ist.

7. Festwertspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszonen aller Transistoren mit dem entsprechenden Eingangsleiter verbunden sind.

8. Festwertspeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Transistoren an Kreuzungsstellen ohne Kopplung mindestens bei den Emitterzonen die isolierende Schicht ununterbrochen durchläuft.