DE1954444B2 - Integrierte halbleiterschaltung mit mindestens drei in reihe angeordneten feldeffekttransistoren mit isolierter steuerelektrode - Google Patents

Integrierte halbleiterschaltung mit mindestens drei in reihe angeordneten feldeffekttransistoren mit isolierter steuerelektrode

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DE1954444B2 DE19691954444 DE1954444A DE1954444B2 DE 1954444 B2 DE1954444 B2 DE 1954444B2 DE 19691954444 DE19691954444 DE 19691954444 DE 1954444 A DE1954444 A DE 1954444A DE 1954444 B2 DE1954444 B2 DE 1954444B2
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Description

außer den von den Elektroden gesteuerten Strömen Leekströme /.wischen den Elektrodenzonen fließen können. Die Eleklrodenzonen sind trot/ ihres geringen gegenseitigen Abslandes auf einfache Weise gegeneinander isoliert, wodurch die zur Verfügung stehende Oberfläche optimal ausgenutzt werden kann.
Vorzugsweise sind die Kanalgebiete und die Steuerelektroden mäanderförmig gestaltet, wodurch Kanalgebiete großer Breite erhalten werden können, ohne daß die Transistoren einen erheblich größeren Raum beanspruchen.
Die Kanalunterbrecher können auf vielerlei Weise erhalten werden. Bekanntlich spielen bei Kanalbildung oder Inversion an der Halbleiteroberfläche bestimmte Eigenschaften der Isolierschicht, wie die Anzahl Oberfliichen/.ustiinde und die Ladungskonzentration in der Isolierschicht, eine wichtige Rolle. Es ist an sich bekannt, daß durch örtliche Beeinflussung der Eigenschaften der Isolierschicht Kanalunterbrechcr erhalten werden können; /.. B. kann eine Isolierschicht aus Siliziumoxid angewandt werden, die örtlich durch thermische Oxydation und zum übrigen Teil durch Niederschlag aus der Dampfphase angebracht ist; die letztgenannte Behandlung kann bei einer viel niedrigeren Temperatur durchgeführt werden. Der übrige Teil kann dann als Kanalunterbrecher wirken, Ferner kann eine Siliziumoxidschicht z. B. örtlich mit Siliciumnitrid überzogen werden, wobei der gewünschte Unterschied in Eigenschaften durch eine geeignete Nachbehandlung bei verhältnismäßig niedriger Temperatur erhalten weiden kann. Der mit Siliziumnitrid überzogene Teil der Isolierschicht kann dabei einen Kanalunterbrecher bilden.
Vorzugsweise sind die Kanalunterbrecher jedoch Oberflächenzonen von dem gleichen einen Leitungstyp wie das Substrat; diese Zonen erstrecken sich von der Oberfläche her im Substrat und weisen eine größere Verunreinigungskonzentration als dieses Substrat auf.
Derartige Kanalunterbrechcr lassen sich auf sehr einfache Weise durch Diffusion erhalten, wahrend die Güte nicht von den erwähnten kritischen Eigenschaften der Isolierschicht abhängig ist, was bei der Herstellung unter anderem wegen der größeren Freiheit in der Wahl der Reihenordnung der unterschiedlichen Behandlung während der Herstellung vorteilhaft ist.
Eine Ringanordnung von Feldeffekttransistoren mit isolierter Torelektrode kann unter anderem als Zerhacker angewandt werden, wie z. B. in der NL-OS 67 16 623 beschrieben worden ist. Diese Zerhackerschaltung enthält vier Feldeffekttransistoren.
Eine besondere Ausführungsform der Halbleiterschaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe vier Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode enthält, wobei der zweite Kanalunterbrecher ein Rechteck umschließt, während der erste Kanalunterbrecher in der Mitte dieses Rechtecks liegt und jede der Steuereleklroden sich von den Eckpunkten des Rechtecks über den ersten Kanalunterbrecher hinaus erstreckt, und wobei die Elektrodenzonen und die Steuerelektroden Kontaktflächen aufweisen, wobei dieKontaktflächcn der Steuerelektroden an den Eckpunkten des Rechtecks liegen und sich teilweise über den zweiten Kanalunterbrecher hinaus erstrecken, während die Kontaktflächen der Elektrodenzonen sich innerhalb des Rechtecks in unmittelbarer Nähe der Seitenmitten des Rechtecks befinden.
Mit dieser gedrängten Struktur wird die zur
Verfügung stehende Oberfläche optimal ausgenutzt. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß ein Halbleiterkristall mit einer integrierten Schaltung meist eine rechteckige und oft sogar eine quadratische Gestalt aufweist. FIs ist einleuchtend, daß mit der angegebenen Struktur die integrierte Schaltung einen möglichst großen Teil eines derartigen rechteckigen Kristalls beanspruchen kann.
In der Regel werden die Kontaktflächen der Steuerelektroden sich nur zu einem geringen Teil über den zweiten Kanalunterbrecher hinaus erstrecken, weil die Kapazität den Steuerelektrode!! und dem Substrat pro Oberflächeneinheit für die über den stärker dotierten Kanalunterbrecher liegenden Teile der Steuerelektrode größer als für die übrigen Teile ist. Ferner kann es im Zusammenhang mit dieser Kapazität günstig sein, wenn eine Isolierschicht verwendet wird, deren Dicke unter den Kontaktflächen größer als unter dem übrigen Teil der Steuerelektrode ist.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. F.s zeigt:
Fig. 1 schemalisch eine Draufsicht iuif eine tnlegr'icr-Ie Halbleiterschaltung nach der Erfindung,
F i g. 2 schematisch einen Querschnitt längs der Linie 11-11 der F ig. 1 und
F" i g. 3 schematisch einen Querschnitt längs der Linie IlllllderFig. 1.
Die integrierte Halbleiterschaltung nach den Fig. 1,2 und 3 enthält einen Halbleiterkörper 1 mit einem an einer nahezu ebenen Oberfläche 2 angrenzenden Gebiet } vom einen Leitungstyp, das ein Substrat bildet. Im Substrat 3 erstrecken sich von der Oberfläche 2 her eine Anzahl in Abstand voneinander liegender Elektrodenzonen 4-7, die zu den Source- und Drain-Elektroden einer Anzahl in einer Reihe angeordneter aufeinanderfolgender Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuer elektrode gehören, wobei die Drain-Elektrode eines der Transistoren der Reihe zugleich die Source-Elektrode des folgenden Transistors der Reihe bildet. Auf der Oberfläche 2 ist eine Isolierschicht 8 angebracht (die in Fig. t annahmt weise durchsichtig ist, so daß die darunterliegenden Zonen sichtbar sind), auf der sich ein Muster von Leiterbahnen befindet, das die isolierten Steuerelektroden 9-12 enthält. Unter diesen Steuerelektroden erstrecken sich an der Oberfläche 2 angrenzende Kanalgebiete 13-16.
Nach der Erfindung sind die Elektrodenzonen 4-7 rings um einen zentral angeordneten Kanalunterbrecher 17 angebracht, wobei die Drain-Elektrode des letzten Transistors der Reihe zugleich die Source-Elektrode des ersten Transistors der Reihe bildet, so daß die Transistoren in einem Ring angeordnet sind, während die Elektrodenzonen 4-7 an der Oberfläche 2 ferner von einem zweiten Kanalunterbrecher 18 umgeben sind.
Die integrierte Schaltung nach den F i g. 1 bis 3 enthält einen Ring von vier Feldeffekttransistoren. Neben vier Steuerelektroden 9-12 enthält das Halbleiterbauelement vier Elektrodenzonen 4-7, wobei jede der Elektrodcnzonen zwei Transistoren des Ringes gemeinsam, '.st.
Durch Verwendung der Kanalunterbrecher 17 und 18 'vird erreicht, daß die Transistoren in einem geringen gegenseitigen Abstand angebracht werden können, weil das Auftreten unkontrollierter Leckströme zwischen den Elektrodenzonen von den Kanalunterbrechern nahezu völlig verhindert wird. Dadurch kann eine gedrängte Struktur der integrierten Schaltung erzielt werden, ohne daß eine Herabsetzung der Güte der
Transistoren infolge des geringen gegenseitigen Abstandes auftritt.
Die Steuerelektroden 9-12 und die Kanalgebiete 13-16 sind mäanderförmig gestaltet, wodurch die Breite der Kanalgebicte im Verhältnis zu dem Flächeninhalt der Elektrodenzonen groß ist. Die mäanderförmigcn Kanalgebietc befinden sich zwischen den Elcktrodenzonen 4 — 7, die ein intcrdigitalcs Muster bilden.
Die Kanalunterbrecher 17 und 18 sind Oberflächenzonen, die sich von der Oberfläche 2 her im Substrat 3 erstrecken.
Diese Oberflächenzonen 17 und 18 weisen den gleichen Leitungstyp wie das Substrat 3 auf, aber haben eine größere Verunreinigungskonzentration, wodurch Inversion an der Oberfläche dieser Zonen vermieden wird.
Es sei bemerkt, daß die beschriebenen Schaltungen in der Praxis im allgemeinen gleichzeitig in großen Anzahlen in der selben Halbleiterscheibe hergestellt werden, wonach eine derartige Scheibe in kleinere Einheiten unterteilt wird. Infolge dieser Unterteilung ist ein Halbleitcrkristall mit einer integrierten Schaltung meistens rechteckig und vorzugsweise sogar quadratisch. Auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper 3 rechteckig. Im Zusammenhang mit dieser Form ist es wichtig, daß der Kanalunterbrecher
18 gleichfalls rechteckig gestaltet ist. Dabei liegt der Kanaluntcrbrcchcr 17 in der Mitte des rechteckigen Kanalunlcrbrcchcrs 18.
Die Steucrclcktrodcn 9-12 sind mit Kontaktflächen
19 —22 versehen. Die Elektrodenzonen 4 — 7 bilden über Fenster in der Isolierschicht 8 einen Kontakt mit Kontaktschichten 23 — 26, wobei durch örtliche Erweiterungen der Kontaktschichlen Kontaktflächen gebildet werden.
Die Steucrclckiroden 9-12 erstrecken sich von den Eckpunkten des vom Kanalunlerbrecher 18 umschlossenen Rechtecks über den zentral angeordneten Kanaluntcrbrcchcr 17 hinaus, wobei die Kontaktflächen 19-22 an den Eckpunkten des Rechtecks liegen und sich teilweise über dem Kanaluntcrbrccher 18 befinden. Die örtlichen Erweiterungen der Kontaklschichten 23-26 der Elckti'odcnzonen 4-7 liegen innerhalb des Rechtecks und in unmittelbarer Nähe der Mitten der Seiten dieses Rechtecks.
Mit dieser Struktur kann ein möglichst großer Teil der Oberfläche des Substrats 3 benutzt werden. Dabei ist es im Zusammenhang mit der Kapazität zwischen den Steuerelektrode^ und dem Substrat erwünscht, dab sich die Stcuerelektroclcn nur zu einem geringen Teil ihrer Oberfläche über den Knnnluntcrbrechcr hinaus erstrecken, weil der über dem stUrkcr dotierten Kanaluntcrbrcchcr liegende Teil einen verhältnismäßig großen Beilrag zu dieser Ktipnziillt liefert. Aus demselben Grunde kann es erwünscht sein, daß die Isolierschicht 8 unter den Kontaktflächen 19-22 eine größere Dicke als unter den Steucrclcktrodcn 9-12 aufweist.
Die beschriebene integrierte Halbleiterschaltung Oo kann völlig auf in der Hulblcitcrtcchnlk übliche Weise hergestellt werden. Es kann von einer N-Icitonden Slliziumschcibe mit einem spezifischen Widerstand von
z. B. 4 ß.cm ausgegangen werden. Auf dieser Scheib wird auf übliche Weise eine Siliziumoxidschich angebracht, in der durch übliche Photoätztechnike Fenster zur Diffusion der Elcktrodenzonen 4-] angebracht werden können. Diese Elcktrodenzonei sind z. B. mit Bor dotiert und haben z. B. einei Flächenwiderstand von etwa 125 W D und erstrecket sich z. B. bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 μηι im Substra 3. Während oder nach der Diffusionsbehandlun| werden die Diffusionsfenster durch thermische Oxida tion verschlossen. Danach können auf übliche Weisi Diffusionsfenster für die Kanalunterbrecher 17 und 18 ii der Isolierschicht angebracht werden. Diese Oberflä chenzonen können z. B. mit Phosphor dotiert werden wobei der Flächenwiderstand der diffundierten Schich z. B. etwa 20 W Π betragen kann.
Nach dieser Diffusionsbehandlung kann die Isolier schicht entfernt werden, wobei gegebenenfalls Teilt dieser Schicht an denjenigen Stellen beibehaltet werden können, an denen endgültig eine Isolierschich mit einer größeren Dicke verlangt wird. Auf der ganzei Oberfläche kann dann eine neue Isolierschicht, z. H gleichfalls durch thermische Oxidation, angebrach werden. In dieser neuen Isolierschicht, die z. B. ein» Dicke von etwa 0,2 μιη aufweisen kann, werden dam Kontaktfenster für die Elcktrodenzonen angebracht während anschließend z. B. durch Aufdampfen eini leitende Schicht aus z. B. Aluminium angebracht wird Aus dieser leitenden Schicht kann auf übliche Weis« durch Ätzen ein Muster von Leiterbahnen erhaltet werden, das die Slcucrclektroden 9 - 12 mit Kontaktflä chcn 19-22 sowie die Kontaklschichten 23-26 de Elcktrodenzonen enthält.
Schließlich kann der Halbleitcrkristall 3 aiii üblich« Weise in einer üblichen Hülle montiert werden, wobc die Kontaktflächen über Leiter mit den Stiften eine derartigen Hülle verbunden werden können.
Selbstverständlich kann statt eines N-leitendei Substrates auch ein P-Icitcndes Substrat angcwand werden, wobei der Leitungstyp der Zonen glcichfall: geändert werden kann.
Ferner kann eine integrierte Halbleiterschaltung nacl der Erfindung auch einen Teil einer integrierte! Schaltung bilden, die noch andere Schaltungselement! enthält. Die Steucrclcktrodcn und die Elektrodenzonci können dann über auf der Isolierschicht liegend! Leiterbahnen mit dem übrigen Teil der Schaltunj verbunden sein, wobei die Sleuerclcktrodcn und dii Elektrodcnzoncn nicht mit Kontaktflächen versehen zi sein brauchen, während das Substrat 3 eine isoliert! Insel sein kann. Ferner kann das Substrat 3 durch eini opitttktischc Schicht oder einen Teil derselben gcbildc werden, wobei diese epitaktische Schicht auf eine Unterlage von dem gleichen oder dem entgegcngcsetz ton Leiiungstyp angebracht sein kann. Auch könnet andere Halbleitermaterialien, wie Germanium ode AniBV-Vcrbindungcn, verwendet werden. Dio Isolier schicht kann z. B. uuch aus Siliziumnitrid oder einen anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen. Dii Leiterbuhnen können statt uus Aluminium aus einen undercn leitenden Material, wie Molybdän, besteher das z. B. mit einer Goldschicht überzogen sein kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

  1. Patentansprüche:
    I. Integrierte Halbleiterschaltung mit mindestens drei in Reihe angeordneten Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, weiche Halbleiterschaltung ein Halbleitersubstrat mit einem an einer nahezu ebenen Oberfläche angrenzenden Gebiet vom einen Leitungslyp aufweist, in dem sich von der erwähnten Oberfläche her eine Anzahl von in Abstand voneinander liegenden, zur Quellen- und Senkenelektrode der Feldeffekttransistoren gehörigen Elektrodenzonen vom entgegengesetzten Leitungstyp erstreckt, wobei je zwei aufeinanderfolgende Transistoren der Reihe eine Elektrodenzone gemeinsam haben und bei dem sich auf der erwähnten Oberfläche eine Isolierschicht befindet, auf der ein Muster von Leiterbahnen, das die isolierten Steuerelektroden der Transistoren enthält, angebracht ist, wobei sich unter den Steuerelektroden an der erwähnten Oberfläche angrenzende Kanalgebiete befinden, die sich je zwischen zwei der genannten FJektroden/onen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenzonen (4 — 7) rings um einen zu ihnen /cniral ungeordneten ersten Kanalunterbrecher (17) angeordnet sind, so daß die letzte Flektrodenzone (4) des letzten Transistors der Reihe zugleich die erste Elcktroden-/one (4) des ersten Transistors der Reihe bildet, und daß die Flektrodenzonen (4-7) an der Oberfläche (2) von einem zweiten Kanalunterbrecher (18) ringförmig umgeben sind, wobei sich die Kanalgebiete (13-16) der Transistoren im Halbleitersubstrat (3) je von dem ersten (17) zu dem zweiten Kanalunterbrecher (18) und die Steuerelektroden (9- 12) auf der Isolierschicht (8) je üDer diese beiden Karialunterbrechcr hinaus erstrecken.
  2. 2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalgebiete (13- 16) und die Steuerelektroden (9- 12) der Transistoren mäanderförmig gestaltet sind.
  3. J. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalunterbrecher (17, 18) Oberflächenzonen vom einen Leitungstyp sind, die sich von der Oberfläche (2) her im Substrat (3) erstrecken und eine größere Verunreinigungskonzentration als das Substrat (3) aufweisen.
  4. 4. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe vier Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode enthält, wobei der zweite Kanalunterbrecher (18) ein Rechteck umschließt, während der erste Kanalunterbrecher (17) in der Mitte dieses Rechtecks liegt und jede der Steuerelektroden (9-12) sich von den Eckpunkten des Rechtecks über den ersten Kanalunterbrecher
    (17) hinaus erstreckt, und wobei die Elektrodenzonen (4-7) und die Steuerelektroden (9-12) Kontaktflächen (23-26 bzw. 19-22) aufweisen, wobei die Kontaktflächen (19-22) der Steuerelektroden an den Eckpunkten des Rechtecks liegen und sich icilweise über den zweiten Kanalunterbrecher
    (18) hinaus erstrecken, während die Kontaktflächen (23-26) der Elektrodenzonen (4-7) sich innerhalb des Rechtecks in unmittelbarer Nähe der Seitenmitten des Rechtecks befinden.
    Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleiterschaltung mit mindestens drei in Reihe angeordneten Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode, welche Halbleiterschaltung ein I IaIbleitersubstrut mit einem an einer nahezu ebenen Oberfläche angrenzenden CJcbiei vom einen Leitungstyp aufweist, in dem sich von der erwähnten Oberfläche her eine Anzahl von in Abstand voneinander liegenden, zur Quellen- und Senkenelektrode der Feldcffekttransistören gehörigen Elektrodcnzonen vom entgegengesetzten Leitungstyp erstreckt, wobei je zwei aufeinanderfolgende Transistoren der Reihe eine Eleklrodenzone gemeinsam haben und bei dem sich auf der erwähnten Oberfläche eine Isolierschicht befindet, auf der ein Muster von Leiterbahnen, das die isolierten Steuerelektroden der Transistoren enthält, angebracht ist, wobei sich unter den Steuerelektroden an der erwähnten Oberfläche angrenzende Kanalgebiete befinden, die sich je zwischen zwei der genannten Elcktrodenzonen erstrecken.
    Aus der FR-PS I4 84J22 ist bereits ein Halbleiterbauelement beschrieben, in dem unter der Verbindung der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors mit einem weiteren Halbleiterschaltungselement eine höher dotierte Oberflächenzone als Kanalunterbrecher benutzt wird.
    Aus der CiB-PS Il 31 t>7r) ist es bekannt, bei einer integrierten Halbleiterschaltung mit Feldeffekttransistoren jeden dieser Transistoren ringförmig mit einem
    jo Kanalunterbrecher zu umgeben.
    Schließlich ist aus der US-PS Yl 75 911 ein ringsymrietrischer Feldeffekttransistor bekannt, dessen Kanalgebiet aus zwei ringförmigen, aneinander anschließenden Teilen entgegengesetzten Leiiungstyps besteht.
    Weiter sind aus der Schaltungstechnik verschiedene Schaltungen bekannt, bei denen eine Anzahl von Feldeffekttransistoren in einem Ring angeordnet sind. Derartige Schaltungen werden z. B. als Ringmodulator, als Chopper (Zerhacker) oder als Ringzähler verwendet.
    Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine derartige Schaltung in integrierter Form zu schaffein, bei der die Feldeffekttransistoren eng nebeneinanderliegen, die Schaltung aber trotzdem eine hohe (Jute aufweist.
    Ihr liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, daß dies dadurch erreicht werden kann, daß die Feldeffekttransistoren rings um einen Kanalunterbrecher angeordnet werden und alle Transistoren zusammen außerdem von einem zweiten Kanalunterbrecher umgeben werden.
    In Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabe bei einer integrierten Halbleiterschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Elektrodenzonen rings um einen zu ihnen zentral angeordneten ersten Kanalunterbrecher angeordnet sind, so daß die letzte Elektrodenzone des letzten Transistors der Reihe zugleich die erste Elektrodenzone de:; ersten Transistors der Reihe bildet, und daß die Elektrodenzonen an der Oberfläche von einem zweiten Kanalunterbrecher ringförmig umgeben sind, wobei sich die Kanalgebiete der Transistoren im Halbleitersubstrat je von dem ersten zu dem zweiten Kanalunterbrecher und die Steuerelektroden auf der Isolierschicht je über diese beiden Kanalunterbrecher hinaus erstrekkeri.
    Auf diese Weise wird ein gedrängtes Gebilde erhalten, das nur dank dem Vorhandensein der beiden Kanalunterbrecher erzielbar ist. Durch das Vorhandensein dieser Kanalunterbrecher wird verhindert Haft
DE19691954444 1968-11-02 1969-10-29 Integrierte Halbleiterschaltung mit mindestens drei in Reihe angeordneten Feldeffekttransistoren mit isolierter Steuerelektrode Expired DE1954444C3 (de)

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DE1954444A1 DE1954444A1 (de) 1970-05-06
DE1954444B2 true DE1954444B2 (de) 1977-07-14
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DE1954444A1 (de) 1970-05-06
ES373065A1 (es) 1971-11-16
AT311418B (de) 1973-11-12
US3643139A (en) 1972-02-15
GB1282616A (en) 1972-07-19
FR2022439A1 (de) 1970-07-31
CH508279A (de) 1971-05-31

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