DE1906324C3

DE1906324C3 - Integrierte Halbleiteranordnung mit vier auf dem gleichen Halbleitersubstrat angeordneten und elektrisch miteinander verbundenen Feldeffekttransistorelementen

Info

Publication number: DE1906324C3
Application number: DE19691906324
Authority: DE
Inventors: Alexandre Paris Sev
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-02-09
Filing date: 1969-02-08
Publication date: 1983-12-29
Also published as: GB1223543A; DE1906324B2; NL6901879A; FR1563879A; DE1906324A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Es sind, beispielsweise aus der DE-AS 12 34 856 und aus der Zeitschrift »SCP and Solid State Technology«, März 1966, Seiten 23 bis 29, Halbieiteranordnungen dieser Art bekannt, bei denen vier Feldeffekttransistoren auf dem gleichen Halbleitersubstrat integriert werden, die paarweise punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei einzelne Anschlüsse (Source-, Drain- und Steuerelektroden) verschiedener Feldeffekttransistoren zur Ausbildung bestimmter elektronischer Schaltungen direkt miteinander verbunden sind. Die einzelnen Feldeffekttransistoren behalten aber in diesen Schaltungen den Charakter getrennter Schaltungselemente, und deshalb dürfen zwei Feldeffekttransistoren höchstens an zwei einander entsprechenden Anschlüssen direkt miteinander verbunden sein.

. Es gibt Anwendungsfälle, bei denen zwei Feldeffekttransistoren mit möglichst gleichen Eigenschaften benötigt werden. Bei Verwendung diskreter Feldeffekttransistoren besteht eine bekannte Lösung dieses Problems darin, daß Paare von möglichst gleichen Feldeffekttransistoren durch Messungen herausgesucht werden. Für auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integrierte Transistoren ist ein solches Verfahren aus der NL-OS 64 03 583 bekannt. Dieses Verfahren ist mühsam und !euer.

Auch bei der Integration mehrerer Feldeffekttransistoren auf dem gleichen Halbleitersubstrat kann es vorkommen, daß ihre Eigenschaften verschieden sind, weil die physikalischen Eigenschaften sowohl des Halbleitermaterials selbst als auch der die Steuerelektrode isolierenden Schicht (die im Fall eines MOS-Feldeffekttransistors beispielsweise aus einem Oxid des Halbleitermaterials besteht) an verschiedenen Stellen des Substrats verschieden sein köunen. Dies

ίο betrifft insbesondere den spezifischen Oberflächenwiderstand des Halbleitermaterials und die in der Isolierschicht gespeicherte Ladungsmenge.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Halbleiteranordnung mit zwei auf dem gleichen HaIb-

is Ieitersubstrat integrierten Feldeffekttransistoren, die weitgehend gleiche Eigenschaften haben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Halbleiteranordnung nach der Erfindung wirken jeweils die beiden an ihren Sourceelektroden, Drainelektroden und Steuerelektroden miteinander verbundenen Feldeffekttransistorelemente zusammen für die äußere Beschallung wie ein einziger FeIdeffekttransistor mit drei Anschlüssen, der wie ein normaler Feldeffekttransistor verwendet werden kann. Die Bestandteile dieses Feldeffekttransistors (Sourcezone, Drainzone, Stromkanal, Source-, Drain- und Steuerelektrode) sind aber jeweils in zwei räum-

jo lieh getrennte Hälften unterteilt, die nur elektrisch miteinander verbunden sind. Da die beiden den Feldeffekttransistor bildenden Feldeffekttransistorelemente an verschiedenen Stellen des Halbleitersubstrats liegen, können sie unterschiedliche Eigenschaften haben; die Eigenschaften des Feldeffekttransistors entsprechen dann den Mittelwerten der Eigenschaften der beiden Feldeffekttransistorelemente. Infolge der symmetrischen Anordnung der vier Feldeffekttransistorelemente, die jeweils über K,r?.uz paarweise zu einem Feldeffekttransistor verbunden sind, gleichen sich örtlich unterschiedliche Eigenschaften des Halbleitermaterials und/oder der Isolierschicht gegenseitig aus, so daß die beiden auf diese Weise gebildeten integrierten Feldeffekttransistoren weitgehend gleiche Eigenschaften haben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Dr&ufsicht auf eine erste Ausführungsform der Halbleiteranordnung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eines der Feldeffekttransistorelemente längs der Linie 2-2' in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils die Draufsicht auf eine zweite bzw. eine dritte Ausführungsform, und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5' in Fig. 4. Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Halbleiteranordnung. Diese Anordnung enthält vier geometrisch gleiche Feldeffekttransistorelemente vom Typ MOS (Metall-Oxid-Halbleiter), die an den vier Ecken eines Rechtecks mit dem Mittelpunkt M liegen. Die einander diagonal gegenüberliegenden Fcldeffekiiransislorelemente /4-Dbzw. B-Csind jeweils einander parallelgeschaltet.

Die Feldeffekttransistorelemente A, B, C und D h> sind alle gleich ausgebildet und auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integriert. Das im Schnitt längs der Ebene 2-2' in Fig. 1 dargestellte Feldeffekttransistorelement B weist in bekannter Weise auf dem Sub-

strat 13 aus Silicium vom Typ η (Fig. 2) eine Sourceelektrode 4 und eine Drainelektrode 6 vom Leitungstyp ρ⁺ auf, die durch Diffusion eines dotierenden Störstoffs gebildet sind. Eine Schicht 14 aus Siliciumdixoid ist auf die Oberfläche des Plättchens aufge- > bracht und an den Stellen der verschiedenen Source- und Drainelektroden unterbrochen. Ein metallischer Niederschlag 5 ist zwischen der Sourceelektrode 4 und der Drainelektrode 6 auf dieser Schicht angebracht. Dieser Niederschlag bildet die Steuerelek- m trode des Feldeffekttransistorelements. Das Feldeffekttransistorelement A hat eine Sourceelektrode 1, eine Steuerelektrode 2 und eine Drainelektrode 3. Das Feldeffekttransistorelement B hat eine Sourceelektrode 4, eine Steuerelektrode 5 und eine Drain- elektrode 6. Das Feldeffekttransistorelement C hat eine Sourceelektrode 7, eine Steuerelektrode 8 und eine Dnunelektrode 9, und das Feldeffekttransistorelement D hat eine Sourceelektrode 10, eine Steuerelektrode 11 und eine Drainelektrode 12.

Die folgende Tabelle gibt die die Parallelschaltung bewirkenden Verbindungen dieser versrhiederen Feldeffekttransistorelemente wieder: 1-10, 2-11, 3-12 4- 7, 5- 8, 6- 9.

Der gegenwärtige Stand der Technik ermöglicht in einfacher Weise die Herstellung von Feldeffekttransistorelementen, weiche in Abständen von 200 um angeordnet sind. Man erhält so eine zusammengesetzte Struktur mit zwei Feldeffekttransistoren A-D und jo B-C mit nahezu vollständig gleichen Eigenschaften.

Man hat die Sättigungsströme der beiden Feldeffekttransistoren A-D und B-C für eine an die Steuerelektrode angelegte Vorspannung von — 6 V gemessen. Man hat bei einer längeren Versuchsreihe festgestellt, daß bei 75% der Feldeffekttransistoren für Sättigungsstromwerte bis zu 300 μΑ die Unterschiede weniger als 10 μΑ betragen.

Man hat außerdem sehr geringe Unterschiede in der Temperaturdrift festgestellt.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, wobei

die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet sind.

Die Feldeffekttransistorelemente A und D einerseits, B und C andererseits sind hier bezüglich der durch den Punkt M gehenden Achse y-y zueinander symmetrisch und gehen nicht, wie in Fig. 1 durch Verschiebung auseinander hervor.

Die Verbindungen zur Parallelschaltung von jeweils zwei Feldeffekttransistorelementen sind wie bei der Anordnung von Fig. 1 hergestellt.

Fig. 4 und Fig. 5 stellen eine Ausführungsform dar, weiche insbesondere für eine Eingangsstufe eines Differenzverstärkers bekannter Bauart bestimmt ist. Für diesen Anwendungszweck sind MOS-Feldeffekttransistorelemente besonders gut geeignet.

Die Eingangsimpedanz von MOS-Feldeffekttransistorelementen ist praktisch unendlich groß. Sie können daher praktisch ohne Änderung der Schaltung die bekannten Röhren in allen Anwendungsarten ersetzen. Da die Herstellung von Differenzverstärkern die Verwendung von Schaltungselemeuien erfordert, deren Eigenschaften so ähnlich wie möglich sind, ist die beschriebene Halbleiteranordnung hierfür besonders gut anwendbar.

In Fig. 4 und 5 haben die vier Feldeffekttransistorelemente A-B und C-D eine gemeinsame Sourceelektrode 20, welche sich in einer der Symmetrieachsen der Anordnung erstreckt. Die Feldeffekttransistorelemente sind im übrigen in der anhand von Fig. 1 erläuterten Weise paarweise parallel geschaltet. Das Feldeffekttransistorelement A besteht aus der Sourceelektrode 20, der Drainelektrode 21 und der Steuerelektrode 25. Das Feldeffekttransistorelement B besteht aus der Sourceelektrode 20, der Drainelektrode 22 und der Steuerelektrode 26. die Feldeffelkttransistorelemente A und B sind im Schnitt in Fig. 5 dargestellt.

Das Feldeffekttransistorelernent C besteht aus der Sourceelektrode 20, der Steuerelektrode 27 und der Drainelektrode 24.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Integrierte Halbleiteranordnung mit vier auf dem gleichen Halbleitersubstrat angeordneten und elektrisch miteinander verbundenen Feldeffekttransistorelementen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von zwei Feldeffekttransistoren mit weitgehend gleichen Eigenschaften jeweils ein Feldeffekttransistorelement an einem von vier zentrosymmetrisch um ein Symmetriezentrum (M) gelegenen Bezugspunkten angeordnet ist und jeweils zwei an zentrosymmetrisch zueinander liegenden Bezugspunkten angeordnete Feldeffekttransistorelemente (A, D; B, C) an ihren Source-, Drain- und Steuerelektroden (I₁ 10, 4, 7; 3,12, 6, 9; 2,11, 5, 8) miteinander verbunden sind.

Z Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransisterilemente (A, B, C, D) derart ausgebildet sind, daß sie durch Verschiebung ineinander überführbar sind.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nicht zum gleichen Feldeffekttransistor gehörende Feldeffekttransistorelemenie (A, B; C, D) symmetrisch zueinander in bezug auf eine durch das Symmetriezentrum (M) gehende Achse (y-y) ausgebildet sind.

4. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feideffektßansistt; elemente (A, B, C, D) MOS-Strukturen sind.