DE1764241B2 - Monolithisch integrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Monolithisch integrierte Halbleiterschaltung

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Description

Fig. 1 die elektrische Schaltung einer vorgeschlagenen Speicherzelle,
F i g. 2 eine monolithische Matrix von Speicherzellen entsprechend einer elektrischen Schaltung nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der in Fig. 2 gezeigten monolithischen Speicherzelle.
Vor der Beschreibung des topologischen Entwurfs einer monolithisch integrierten Halbleiterschaltung nach der Erfindung soll kurz aaf die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Speicherzelle eingegangen werden.
Diese an anderer Stelle vorgeschlagene Speicherzelle besteht einerseits aus einem speichernden Element, nämlich einem direkt kreuzgekoppelten Transistor-Flip-Flop 10. Dieser enthält zwei Transistoren T3 und Ti mit gemeinsamem Emitterpotential V0. Über zwei Kollektorwiderstände R1 und R9 (etwa I kOhm) sind die Kollektoren der beiden Transistoren mit dem Betriebspotential Vcc verbunden. Es ist jeweils einer der beiden Zweige stromführend, wodurch zwei verschiedene gespeicherte Informationen dargestellt werden können. Zum Lesen und Schreiben dieser Informationen denen die drei weiteren Transistoren Tx, T2 und T.. Zum Lesen und Schreiben muß die Zelle adressiert werden durch einen positiven Impuls auf der Af-Leitung und einen negativen Impuls auf der K-Leitung, wodurch der Transistor T- leitend wird. Ausgelesen wird folgendermaßen: Das Potential der beiden Emitter der Transistoren T1 und T2 wird abgesenkt bei Adressierung des Transistors T5; damit wird ein in Fig. 1 nicht dargestellter, einer Vielzahl von Speicherzeilen gemeinsamer Emitterwiderstand mit den Emittern der beiden Transistoren T1 und T2 verbunden. Über diesen Emitterwiderstand werden sie mit einer Spannungsquelle negativen Potentials verbunden, und die ganze Anordnung außerhalb des Flip-Flops 10 arbeitet als Differentialverstärker, d. h., es fließt ein Lesestrom beim B0 oder B1 in Abhängigkeit von den Potentialen an den Kollektoren des Flip-Flops.
Das Einschreiben von Informationen in diese Zelle erfolgt dadurch, daß das Potential an einer der Klemmen B0 (oder B1) so weit abgesenkt wird, daß über die Basis zum Kollektor des Transistors T1 (T1) ein Basisstrom fließt, der eine Absenkung des Basispotentials am Transistor Tt (T3) und damit dessen Sperrung zur Folge hat.
Ein topologischer Entwuif einer solchen Speicherzelle, wie sie oben beschrieben ist, in der der inverse
ίο Betrieb einiger Transistoren ausgenutzt wird, wird in einer Matrix in F i g. 2 innerhalb der punktierten Linie 11 und Fig. 3 dargestellt. Die Transistoren T3 und T4, die den Multivibrator bilden, sind invers dargestellt, d. h., es sind die beiden Kollektoren C3 und C4 in den Basisdiffusionen B3 und B4 innerhalb einer gemeinsamen Emitter-n-Epitaxieschicht gezeigt. Die beiden Kollektorwiderstände finden sich als Bahnwiderstände Rt und R1, in einer getrennten Isolationsinsel. In einer dritten Isolationsinsel befinden sich die restlichen drei Transistoren T1, T2, T., von denen T1 und T2 ebenfalls invers dargestellt sind, so daß sie eine gemeinsame Emitterdiffusion (η-Epitaxie) und getrennte Basis- (B1, B2) bzw. Kollektordiffusionen (C1, C) aufweisen. Die gemeinsame Emitterdiffusion
wird außerdem noch gleichzeitig als Kollektordiffusion des normal betriebenen Transistors T5 ausgenutzt, von dem die Basis B. und der Emitter E-zu sehen sind.
In F i g. 3 ist ein Schnitt durch die monolithische Schaltung der F i g. 2 gezeigt. Hier sind die Diffusionen unterschiedlicher Leitfähigkeit klar zu erkennen. Auf einem p-Substrat befinden sich in durch p+ Diffusionen isolierten n-Epitaxieinseln zum ersten die Bahnwiderstände R1, R2, zum zweiten der invers betriebene Transistor Tv dessen Kollektor C4 ein Fenster zur Kontaktierung aufweist, der invers betriebene Transistor T2 mit seiner Basis B2 und dem Kollektor C9, die beide' durch ein Oxydfenster kontaktiert werden können, und der normal betriebene Transistor T. mit der Basis B5 und dem Emitter E- und den zugehörigen Oxydfenstern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Emitter in einer weiteren Diffusionsschicht oberhalb Patentansprüche: der Basis zu liegen kommen. Zwei Transistoren müs- seü im allgemeinen voneinander isoliert werden durch
1. Monolithisch integrierte Halbleiterschaltung, eine ρ + Diffusion, die die η-Epitaxie (Kollektoren) die mindestens eine Speicherzelle mit jeweils fünf 5 unterbricht. Nur im Falle von gemeinsarnem KoUekbipolaren Transistoren enthält, bei der zwei be- torpotential oder bei Verbindung der beiden Kollekzüglich Basis und Kollektor über Kreuz gekop- toren über einen Epitaxiewiderstand ist eine solche pelte, emitterseitig miteinander verbundene Tran- Isolierung nicht notwendig. Es ist auch bekannt, m sistoren eine Füp-Flop-Schaltung und zwei wei- Planartechnik hergestellte emitterseitig miteinander tere emitterseitig miteinander verbundene Transi- io verbundene Transistoren invers zu betreiben, d. h. die stören einen von den unterschiedlichen Kollektor- Emitter sind in einer gemeinsamen Isolationsinsel in Potentialen der kreuzgekoppelten Transistoren der η-Epitaxieschicht und die Kollektoren als gegesteuerten Differentialverstärker bilden, wobei trennte Diffusionen innerhalb der Basisdiffusionen die Kollektoren der Transistoren des Differential- dargestellt, vgl. ITS-PS 3 244 950. Zur Erhöhung der Verstärkers jeweils an eine Klemme mit zum ZIn- 15 bei invers betriebenen Transistoren in der Regel geschreiben veränderbarem Potential und ihre Emit- ringeren Stromverstärkung werden dort allerdings in ter an den Kollektor eines fünften, zum Lesen der n-feitenden epitaktischen Schicht zusätzliche ansteuerbaren Transistors angeschlossen sind, höher dotierte Gebiete selektiv eingebracht. Der hierdadurchgekenuzeichnet,daßdie Emit- für erforderliche Prozeßschritt erhöht jedoch den terbereiche der kreuzgekoppelten Transistoren »o Aufwand für die Herstellung der Transistoren be- (T3, T1) der Flip-Flop-Schaltung einerseits sowie trächtlich und kann die durch die Einsparung der die Emitterbereiche der Transistoren (T1, T2) des Isolationszonen gewonnenen Vorteile wieder auf-Differentialverstärkers und der Kollektorbereich wiegen.
des fünften Transistors (J5) andererseits jeweils Schließlich sind auch Schaltungen mit zwei in
aus einer gemeinsamen Halbleiterdiffusionszone 35 Reihe geschalteten Transistoren bekannt, bei denen
eines Leitungstyps bestehen. der Emitter des einen Transistors mit dem Kollektor
2. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, da- des anderen Transistors auf gleichem Potential liegt, durch gekennzeichnet, daß die beiden Halbleiter- wobei jedoch die Transistoren in der Halbleiterschaldiffusionszonen jeweils in einer Isolationswanne tung gegeneinander isoliert angeordnet sind und die einer auf einem P-leitendeu Substrat befindlichen 30 Kollektor-Emitterverbindung als Leiterzugverbindung N-leitenden epitaktischen Schicht angeordnet auf dem Halbleiterkörper ausgebildet ist, vgl. US-PS sind. 3 197710. Hier wiederum gilt, daß die Isolations-
3. Halbleiterschaltung nach Anspruch 2, da- streifen infolge ihres seitlichen Auswanderns beim durch gekennzeichnet, daß die die Transistoren Diffusionsvorgang relativ viel Halbleiterfläche er- (T1, T2) des Differentialverstärkers und den fünf- 35 fordern.
ten Transistor (T6) enthaltende Isclationswanne Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine
in Form eines »L« ausgebildet ist. _ Schaltung der eingangs genannten Art eine integrierte
4. Halbleiterschaltung nach Anspruch 3, da- Halbleiterschaltungsanordnung anzugeben, die bedurch gekennzeichnet, daß die »L«-förmigen Iso- züglich der benötigten Halbleiterfläche sowie hin-Iationswannen zweier benachbarter Speicherzellen 40 sichtlich ihrer Herstellung einen möglichst geringen so ineinandergreifen, daß sie ein Rechteck bilden. Aufwand erfordert. Insbesondere sollen solche Platzverluste durch Isolationszonen bei zwei in Serie geschalteten Transistoren, bei denen der Emitter des
einen mit dem Kollektor des anderen Transistors
45 verbunden ist, vermieden und Metallisierungen für
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte die galvanisch·*;·, Verbindungen eingespart werden.
Halbleiterschaltung, die mindestens eine Speicher- Diese Auf ■;««■ wird bei einer Schaltung der einrelle mit jeweils fünf bipolaren Transistoren enthält, gangs genam«^ 1 Art erfindungsgemäß dadurch gebei der zwei bezüglich Basis und Kollektor über löst, daß uj~ r.Tiitterbereiche der kreuzgekoppelten Kreuz gekoppelte, emitterseitig miteinander verbun- 50 Transistoren der Flip-Flop-Schaltung einerseits sowie dene Transistoren eine Flip-Flop-Schaltung und zwei die Emitterbereiche der Transistoren des Differentialweitere emitterseitig miteinander verbundene Tran- Verstärkers und der Kollektorbereich des fünften sistoren einen von den unterschiedlichen Kollektor- Transistors andererseits jeweils aus einer gemeinpotentialen der kreuzgekoppelten Transistoren ge- samen Halbleiterdiffusionszone eines Leitungstyps steuerten Differentialverstärker bilden, wobei die KoI- 55 bestehen.
lektoren der Transistoren des Differentialverstärkers Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfinjeweils an eine Klemme mit zum Einschreiben ver- dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, änderbarem Potential und ihre Emitter an den KoI- Durch die gleichzeitige Verwendung von normal und lektor eines fünften, zum Lesen ansteuerbaren Tran- invers betriebenen Transistoren ergibt sich somit eine sistors angeschlossen sind. 60 elegante und platzsparende integrierte Schaltungs-Speicherzellen mit einer Flip-Flop-Schaltung sind realisierung, wobei bezüglich der Betriebseigenschafan sich bekannt, vgl. US-PS 3 218 613. Die Ausfüh- ten einer derartigen Halbleiterschaltung keine aus der rung in monolithischer Technik geht bisher beim Tatsache einer geringeren Stromverstärkung von in-Aufbau eines Transistors von der Planartechnik aus. vers betriebenen Transistoren an sich zu erwartenden Unabhängig von ihrer Zusammenschaltung werden 65 Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
Transistoren im allgemeinen so dargestellt, daß der Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Kollektor in der epitaxialen Schicht auf dem Substrat, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles die Basis in einer darauffolgenden Diffusion und der näher erläutert. Es zeigt
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