DE19545554A1 - CMOS-Anordnung - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine CMOS-Anordnung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. eine CMOS-Anord
nung, welche mindestens einen NMOS-Bereich und mindestens ei
nen PMOS-Bereich aufweist, und welche an ihrer Oberfläche mit
Substratkontakten versehen ist, über welche jeweilige
Substratabschnitte der CMOS-Anordnung mit vorbestimmten
Spannungswerten beaufschlagbar sind.
Derartige CMOS-Anordnungen sind seit langem bekannt und wer
den in großem Umfang verwendet. Eine praktische Ausführungs
form einer derartigen Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt.
Die Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer
herkömmlichen CMOS-Anordnung.
Die gezeigte CMOS-Anordnung weist ein p⁻-Substrat 1 auf, in
dem ein NMOS-Bereich 2 und ein PMOS-Bereich 3 ausgebildet
sind.
Im NMOS-Bereich 2 ist ein NMOS-Transistor 21 ausgebildet,
dessen Sourceabschnitt 22 und dessen Drainabschnitt 23 als
innerhalb des p⁻-Substrates 1 vorgesehene n⁺-Bereiche ausge
bildet sind.
Zur Realisierung des PMOS-Bereiches 3 ist innerhalb des p⁻-Substrats
1 ein wannenartig eingebettetes n⁻-Substrat 30 vor
gesehen. In diesem PMOS-Bereich 3 ist ein PMOS-Transistor 31
ausgebildet, dessen Sourceabschnitt 32 und dessen Drainab
schnitt 33 als innerhalb des n⁻-Substrates 30 vorgesehene p⁺-Bereiche
ausgebildet sind.
Die Gateabschnitte sowie die Wirkungsweise und die Funktion
der jeweiligen Transistoren sind für die nachfolgenden Aus
führungen nicht von Interesse; sie sind daher weder in der
Fig. 2 veranschaulicht noch werden sie in der Beschreibung
näher erläutert.
Ausgangspunkt für die weiteren Betrachtungen ist vielmehr die
pnpn-Zonenfolge in der in der Fig. 2 gezeigten CMOS-Anord
nung, die durch die Aufeinanderfolge von (1) Source- bzw.
Drainabschnitt 32 bzw. 33 des PMOS-Transistors 31, (2) n⁻-Substrat
30 des PMOS-Transistors 31, (3) p⁻-Substrat 1 der
CMOS-Anordnung bzw. des NMOS-Transistors 21 und (4) Source- bzw.
Drainabschnitt 22 bzw. 23 des NMOS-Transistors 21 gebil
det wird.
Die genannte pnpn-Zonenfolge ist die Zonenfolge eines Thyri
stors.
Solange der pn-Übergang zwischen Zone (2) und Zone (3), d. h.
der Übergang zwischen dem n⁻-Substrat 30 des PMOS-Transistors
31 und dem p⁻-Substrat 1 der CMOS-Anordnung bzw. dem NMOS-Transistor
21 sperrend ist, ist auch der Thyristor gesperrt,
und dessen Vorhandensein wirkt sich auf die Funktion der je
weiligen Transistoren nicht aus.
Wird dieser Übergang allerdings (infolge von in den jeweili
gen Substraten unerwünscht umherwandernden Ladungsträgern)
leitend, so sind die Zonen (1) und (4), d. h. der Source- bzw.
Drainabschnitt 32 bzw. 33 des PMOS-Transistors 31 und der
Source- bzw. Drainabschnitt 22 bzw. 23 des NMOS-Transistors
21 elektrisch miteinander verbunden, was zu einer Fehlfunk
tion oder sogar zu einer Zerstörung der jeweiligen Transisto
ren führt.
Um derartige unerwünschte Thyristoreffekte in CMOS-Anordnun
gen zu vermeiden, d. h. um die sogenannte latch-up-Festigkeit
zu erhöhen, wird die Oberfläche der CMOS-Anordnung mit
Substratkontakten versehen.
Diese Substratkontakte sind im NMOS-Bereich 2 als mit Masse
verbundene p⁺-Abschnitte 24, und im PMOS-Bereich 3 als mit
einer positiven Spannung verbundene n⁺-Abschnitte 34 reali
siert. Auf diese Weise wird ein freies Umherwandern von den
in Rede stehenden pn-Übergang leitend machenden Ladungsträ
gern in den jeweiligen Substraten verhindert, so daß ein un
beabsichtigtes Zünden des Thyristors ausgeschlossen ist.
Um diesen Effekt zuverlässig zu gewährleisten, müssen jedoch
bestimmte Maximalabstände zwischen benachbarten Substratkon
takten und zwischen den Substratkontakten und den Source- und
Drainabschnitten der jeweiligen Transistoren eingehalten wer
den. Ein typischer Maximalwert für den Abstand zwischen be
nachbarten Substratkontakten beträgt ca. 50 µm, und ein typi
scher Maximalwert für den Abstand zwischen den Substratkon
takten und den Source- und Drainabschnitten der jeweiligen
Transistoren beträgt ca. 25 µm.
Um diese Bedingungen zuverlässig einzuhalten, sind die be
kannten CMOS-Anordnungen in der Regel von einem gleichmäßigen
Raster von Substratkontakten überzogen. Ein derartiger Aufbau
ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Die Fig. 3 veranschaulicht die Anordnung der Substratkon
takte auf der Oberfläche einer herkömmlichen CMOS-Anordnung.
Die jeweils durch einen • gekennzeichneten Substratkontakte
sind dabei über die gesamte CMOS-Anordnung gleichmäßig ver
teilt, wobei der Abstand zwischen benachbarten Substratkon
takten im wesentlichen konstant ca. 50 µm beträgt.
Es liegt auf der Hand, daß das Vorsehen derartiger Substrat
kontakte zu einer nicht unerheblichen Vergrößerung der CMOS-Anordnung
führt bzw. einer weiteren Miniaturisierung dersel
ben Grenzen setzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die CMOS-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 derart weiterzubilden, daß diese unter Beibehaltung ihrer
latch-up-Festigkeit weiter miniaturisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnen
den Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchte Merkmal gelöst.
Demnach ist vorgesehen, daß die durchschnittliche Anzahl der
Substratkontakte pro Flächeneinheit und/oder die durch
schnittliche Substratkontaktfläche pro Flächeneinheit inner
halb des mindestens einen NMOS-Bereiches wesentlich geringer
ist als innerhalb des mindestens einen PMOS-Bereiches.
Das Vorsehen dieses Merkmals bewirkt
- (1) daß sich die Gesamtanzahl der auf einer CMOS-Anord nung vorzusehenden Substratkontakte und/oder die von diesen benötigte Substratkontaktfläche verringern kann, und
- (2) daß die innerhalb der CMOS-Anordnung ausgebildeten elektronischen Bauelemente an den Stellen, an denen eine ge ringe Anzahl von Substratkontakten pro Flächeneinheit und/oder eine geringe Substratkontaktfläche pro Flächenein heit vorgesehen ist, dichter gepackt werden können.
Dies erlaubt es, eine gegebene, in CMOS-Technik aufzubauende
Schaltung auf einer kleineren Fläche zu realisieren als dies
bisher der Fall war.
Untersuchungen haben ergeben, daß sich die latch-up-Festig
keit durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Maßnahme nicht
verschlechtert. Es wurde mithin eine CMOS-Anordnung geschaf
fen, die unter Beibehaltung ihrer latch-up-Festigkeit weiter
miniaturisierbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
eine erfindungsgemäß ausgebildete CMOS-Anordnung zur Veran
schaulichung der Anordnung von Substratkontakten auf der
Oberfläche derselben,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer herkömm
lichen CMOS-Anordnung, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
eine herkömmliche CMOS-Anordnung zur Veranschaulichung der
Anordnung der Substratkontakte auf der Oberfläche derselben.
Die in der Fig. 1 gezeigte CMOS-Anordnung weist abgesehen
von den Substratkontakten den selben grundsätzlichen Aufbau
wie die in der Fig. 2 veranschaulichte herkömmliche CMOS-Anordnung
auf. D.h., sie umfaßt mindestens einen NMOS-Bereich
2 und mindestens einen PMOS-Bereich 3, die im wesentlichen
wie in der Fig. 2 gezeigt aufgebaut sein können und die wie
in der Fig. 1 gezeigt aneinandergrenzen können.
Zur Erhöhung der latch-up-Festigkeit sind auf der (in der
Fig. 1 in der Draufsicht gezeigten Anschlußseite der CMOS-An
ordnung wiederum Substratkontakte vorgesehen. Die Anzahl und
Anordnung der Substratkontakte ist jedoch erfindungsgemäß
derart modifiziert, daß die durchschnittliche Anzahl der
Substratkontakte pro Flächeneinheit und/oder die durch
schnittliche Substratkontaktfläche pro Flächeneinheit inner
halb des mindestens einen NMOS-Bereiches wesentlich geringer
ist als innerhalb des mindestens einen PMOS-Bereiches.
Eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maßnahme
besteht darin, daß, wie in der Fig. 1 gezeigt ist, der min
destens eine PMOS-Bereich 3 in bekannter Art und Weise wie
eingangs beschrieben mit Substratkontakten versehen ist, wäh
rend der NMOS-Bereich 2 nur am Rand mit Substratkontakten
versehen ist.
Es hat sich herausgestellt, daß entgegen der bisherigen Auf
fassung der Fachwelt bei Vorsehen ausreichend vieler und/oder
großer Substratkontakte im PMOS-Bereich auf die Substratkon
takte innerhalb des NMOS-Bereiches ganz oder wenigstens wei
testgehend verzichtet werden kann, ohne nennenswerte Einbußen
bei der latch-up-Festigkeit in Kaufnehmen zu müssen.
Gemäß der Fig. 1 sind in dem dort gezeigten NMOS-Bereich 2
nur wenige Substratkontakte vorgesehen, wohingegen der PMOS-Bereich
3 Substratkontakte 34 in der bekannten Dichte und
Größe, d. h. mit einem gegenseitigen Abstand von bei
spielsweise ca. 50 µm aufweist; die Verringerung der bisher
üblicherweise vorgesehenen Substratkontaktanzahl und/oder
Substratkontaktfläche (Summe der Flächen der einzelnen
Substratkontakte) im NMOS-Bereich macht es nicht erforder
lich, gleichzeitig die Substratkontaktanzahl und/oder die
Substratkontaktfläche innerhalb des PMOS-Bereiches zu erhö
hen.
Das Vorsehen von Substratkontakten an der Bereichsgrenze
führt weitgehend unabhängig von der vorgesehenen Anzahl
und/oder der belegten Fläche allenfalls zu einer geringfügig
verringerten Verkleinerbarkeit der CMOS-Anordnung, weil die
in dem in Rede stehenden NMOS-Bereich realisierten elektroni
schen Bauelemente aus Gründen der Sicherheit und Zuverlässig
keit ohnehin nicht beliebig nahe an die Bereichsgrenze ge
setzt werden können.
Unabhängig von der gewählten Realisierungsform der erfin
dungsgemäßen Maßnahme kann infolge der absoluten Einsparbar
keit von Substratkontakten bzw. der belegten Substratkontakt
fläche eine höhere Packungsdichte der elektrischen Bauele
mente innerhalb des NMOS-Bereiches vorgesehen werden, was zu
einer erheblichen Flächenreduzierung der Anordnung führt. Bei
Versuchsanordnungen mit ausgewählten reinen NMOS-Gebieten,
z. B. ROMs betrug die Flächenreduzierung mehrere zehn Prozent.
Abgesehen davon ermöglicht das Vorsehen der erfindungsgemäßen
Maßnahme auch eine einfachere und billigere Herstellung von
CMOS-Anordnungen (weniger Einschränkungen beim Layout, gerin
gere Anzahl von zu verbindenden bzw. zu kontaktierenden Kon
taktstellen, geringerer Materialverbrauch).
Claims (3)
1. CMOS-Anordnung, welche mindestens einen NMOS-Bereich (2)
und mindestens einen PMOS-Bereich (3) aufweist, und welche an
ihrer Oberfläche mit Substratkontakten (24, 34) versehen ist,
über welche jeweilige Substratabschnitte (1, 30) der CMOS-Anordnung
mit vorbestimmten Spannungswerten beaufschlagbar
sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durchschnittliche Anzahl der Substratkontakte (24,
34) pro Flächeneinheit und/oder die durchschnittliche
Substratkontaktfläche pro Flächeneinheit innerhalb des min
destens einen NMOS-Bereiches (2) wesentlich geringer ist als
innerhalb des mindestens einen PMOS-Bereiches (3).
2. CMOS-Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine NMOS-Bereich (2) im wesentlichen frei
von Substratkontakten (24, 34) ist.
3. CMOS-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Substratkontakte (24, 34) pro Flächenein
heit in dem mindestens einen NMOS-Bereich (2) an der Be
reichsgrenze höher ist als im Bereichszentrum.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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