DE2012712A1 - Anordnung von Feldeffekttransistoren in einer integrierten Schaltung - Google Patents

Anordnung von Feldeffekttransistoren in einer integrierten Schaltung

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DE2012712A1 DE19702012712 DE2012712A DE2012712A1 DE 2012712 A1 DE2012712 A1 DE 2012712A1 DE 19702012712 DE19702012712 DE 19702012712 DE 2012712 A DE2012712 A DE 2012712A DE 2012712 A1 DE2012712 A1 DE 2012712A1
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Description

Anordnung von Feldeffekttransistoren in einer integrierten Schaltung
Die Erfindung "betrifft ein integriertes Speicherelement mit Peideffekttransistoren, wobei zwei in der Art eines Flipflops rückgekoppelten Schalttransistoren zwei v/eitere Transistoren als Lasttransistoren nachgeschaltet sind,,
Monolithische Halbleiterspeicher mit statischen Speicherelement en aus MOS-Transistoren v/erden in der Regel aus Transistoren vom Anreicherungstyp gebildet« Derartige Transistoren sind beispielsweise aus "RCA-Advances", 1965 Seiten /3 - 51 bekannt. Die damit gebildeten Speicherelemente sind zwar einfach herzustellen, sie weisen aber ungünstige Verlustleistungen und Schalteigenschaften auf« Diese ungünstigen Eigenschaften rühren von der Gestaltung der Last-.elemente aus vorgespannten MOS-Trähsistoren desselben Anreicherungs-Lei-tungstyps her. Mit beispielsweise diffundierten Widerständen werden ein wenig günstigere Eigenschaften erreicht«
Speicherelemente mit komplementären MOS-Transistoren, bei denen einem Transistor mit p-leitendem Kanal ein Transistor mit η-leitendem Kanal.nachgeschaltet ist, weisen zwar nicht die erwähnten Nachteile auf, sie sind aber technologisch aufwendiger und damit schwieriger herzustellen,,
Weiterhin ist es auch bekannt und allgemeiner Stand der Technik, Plipflops als Speicherelemente in einer Katrin- . ,anordnung zu verwendenο Hierzu wird auf die bereits erwähnte Druckschrift verwiesen.
VPA 9/ΟΊ2/ΟΟΟ3 Kot/Ks
109842/146.6
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein auf einer tflipflop-Sehaltung beruhendes Speicherelement anzugeben, das nicht die erwähnten ungünstigen Sehalteigenschaften aufweist, und das zudem einfach herstellbar sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schalttransistoren MOS-Transistoren vom Anreicherungstyp und die lasttransistören M0S-£ransistören vom Verarmungstyp sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das fc Gate jedes Last.transistors mit der Source desselben Lasttransistors verbunden ist.
Die nach der Erfindung hergestellten Speicherelemente v/eisen bei geringen Verlustleistungen und bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten einen geringen Flächenbedarf auf. Weiterhin benötigen sie lediglich kleine Versorgungsspannungen. Die auftretenden parasitären Kapazitäten sind bei den erreichbaren kleinen Abmessungen sehr gering.
MOS-Transistoren vom Anreicherungs- und Verarmungstyp können in einer Weiterbildung der Erfindung auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden. Unterschiedliche Präparations-P verfahren für die Isolierschicht unter der Gate-Elektrode (Gateoxide) oder verschiedene Dotierungen des Halbleitersubstrats unter dem Kanal oder die Verwendung verschiedener Metalle für die Gate-Elektrode oder die Dotierung der Isolierschicht unter der Gate-Elektrode mit unbeweglichen Ionen können zur Herstellung einer derartigen Anordnung verwendet v/erden.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
VPA 9/012/0003 - 3 -
109842/U66
Es zeigen: ■
Fig. 1: ein Kennlinienfeld
Pig.2-5: verschiedene Schaltbeispiele ■Fig.6: . einen Teil eines Speieherelements im Schnitt Fig. 7: ein Kennlinienfeld
In der Fig. 1 sind die unterschiedlichen statischen Eigenschaften von Flipflops mit Schalttransistören vom .Anreicherungstyp mit verschiedenen in den Figuren 2-4 gezeigten Lastelementen dargestellt. Es ist dabei die-Abhängigkeit des Stroms I in den Elementen des Flipflops von der inliegenden Spannung U aufgetragen. Aus dem Nullpunkt 0 des.Achsenkreuzes entspringen die Kennlinien 2-3., 24 der Schalttransistoren T1, T2 (Fig. 2-4) ; für den gesperrten (ü^at= 0 bzw. VQa±> USchwcale) und den < volleitenden (UGa+e = "batterie^ Zustand. Da~bei gilt die Kennlinie 24 für den gesperrten Zustand. -U^ bezeichnet die Batteriespannung. _
Das Lastelement Tg, Τγ (Fig. 2) vom Änreieherungstyp (MOS-Transistor vom Anreicherungstyp] hat als Kennlinie eine Parabel 20 mit dem Scheitel' in -U-g, der La stv/i der stand 25 (Fig. 3)·eine Gerade 21, durch -Ug, das Lastelement T5, T, (Fig. 4) vom Verarmungstyp (MOS-Transistor vom Verarmungstyp) eine nach unten geöffnete Parabel 22 durch -UB mit dem Scheitel im Bereich positiver Spannungen (bei üscjlv/e]_ie':> °)°
Dimensioniert man die Lastelemente so, daß bei gesperrtem | Schalt transistor' (Uq .=0). dieselbe Spannung U auftritt, v/as gleichem. Leistungsverbrauch im gesperrten Zv/eig des Flipflops entspricht, so zeigen sich die Unterschiede .im leitenden Zweig aufgrund der gegensätzlichen Krümmung der Kennlinien»
Beim MOS-Transistor vom Anreicherungstyp tritt ein hoher Strom auf, die auftretende hohe Restspannung kann den Spannungshub des Flipflops und damit seine Störsicherheit stark verringern»
Wie sich aus der Figur 1 ergibt, ist die Wirkung eines linearen Widerstandes etwas günstiger.
VPA 9/012/0003 109842/1466 _ 4 _.
Noch günstiger ist aber die erfindungsgemäße Anordnung einet» MOS-Transistors vom Verarmungstyp, v/elcher im Bereich der Batteriespannung -Ug einen auch für das dynamische Schaltverhalten vorteilhaft kleinen differentiellen Widerstand aufweist, im gesperrten Zweig-aber einen großen differentiellen Widerstand hat.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 5-7 näher erläutert. Dabei werden für sich entsprechende Teile die gleichen Bezeichnungen verwendet wie in den Figuren 2 bis
In der Figur 5 sind mit T.., Tr>t ϊ·*»^/ verschiedene MOS-Transistoren bezeichnet, die in einer Flipflop- oder bistabilen Multivibratorsehaltung angeordnet sind. Dabei sind die MOS-Transistoren T> und T2 vom Anreieherungstyp, während die MOS-Transistoren T- und T. vom Verarmungstyp sind. Die Transistoren T,. und To wirken als Schalttransistoren während die Transistoren T* und T, Lasttransistoren sind. Das Gate jedes I/asttransistors T, und T- ist mit der Source des zugehörenden Schalttransistors verbunden.
In der Figur 6 ist als ein Ausführungsbeispiel eine Halbleiteranordnung mit den beiden Transistoren T. und T~ dargestellt. In die Oberfläche eines p-dotierten Halbleiterkörpers 1 sind η-dotierte Bereiche 3, 5» 7 eingebracht» Der Halbleiterkörper 1 ist schwach p-dotiert und v/eist einen spezifischen Widerstand von etwa 50 .on tauf.Zwischen den Bereichen 3 und 5 befindet sich eine stark p-dotierte Zone 9 mit einem spezifischen Widerstand von einem.^ cm. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 ist. mit einer Isolatorschicht 11 abgedeckt. Auf dem Bereich l> ist eine Elektrode 4, auf dem Bereich 5 eine Elektrode 6 und auf dem Bereich 7 eine Elektrode 8 vorgesehen. Die Elektrode 6 erstreckt sich dabei mit einem Teil 12 auch über die zwischen den Bereichen 5 und 7 vorgesehene Isolatorschicht 11. Schließlich ist noch auf dem Teil der Isolatorschicht 11, der die Zone 9 abdeckt, eine Elektrode 10 angeordnete
VPA 9/012/0003 - 5 -
109842/U66
Die Bereiche 3 und 5 und die Zone 9 "bilden mit ihren zugehörigen Elektroden den Transistor T1, die Bexeiche 5 und 1J . und der zwischen diesen Bereichen gelegene Teil des Halbleiterkörpers (Kanal) den Transistor T.,. Die Elektrode 4 ist die Source-Elektrode und die Elektrode 6 die Drain-Elektrode des Transistors T1:, während die Elektrode 10 die zugehörige Gate-Elektrode bildet. Durch, den Teil 12, der die Gate-Elektrode des Transirtors f., darstellt, ist diese mit der Elektrode 6 des Bereichs 5 verbunden.
Die Bereiche 5 und 7 und der zwischen diesen Bereichen gelegene Teil des Hai "blei terkörpers 1 bilden den Transistor T*. Die Elektrode 5 ist die Quelle (source) und die Elektrode 8 ' ,| die Senke (Drain) des Transistors T~. Durch den Teil 12 ist
die Gate-Elektrode des Transistors T, mit der Elektrode 6
verbunden, ·
Durch die in der Pig. 6 dargestellte Anordnung lassen sich die in der linken Hälfte der Pig. 5 angeordneten Transistoren T,, und Ti leicht und einfach bei geringem Platabedarf realisiereno Pur die Transistoren Tp und T» kann eine entsprechende Anordnung gewählt werden.
In der Pig. 7 ist das Kennlinienfeld des Ausführungsbeispiels p der Pig. 6 dargestellt. Durch verschiedene Substratdotierungen unter dem Kanal und eine negative Substratvorspannung des "
Substrats 1 gegenüber der Elektrode 4 werden dabei die Anreicheruncstrans.'.stören T^, T2 und die Verarmungstransistoren ■ . T,, T. hergestellt. Auf der Abszisse ist die Gate-Spannung TJj, auf der Ordinate die Wurzel aus dem: Drainstrom ij. aufgetragen, ; ;: Die Kennlinie K1 gilt für den Transistor T^, die Kennlinie K2 für den Transistor T2, die Kennlinie K3 für den Transistor und die Kennlinie K, für den Transistor T,. T. ist im vorliegenden Beispiel leitend, während T2 gesperrt ist« A^ ist ein möglieuer Arbeitspunkt des Transistors T^, A2 des Transistors T2, A3 des Transistors T5 und A^, des Transistors Ϊλ*
6 Patentansprüche . -
7 Figuren
VPA 9/012/0005 - £
109842/1466 -*■-..
T7

Claims (6)

  1. (J. Integriertes Speicherelement mit Feldeffekttransistoren wobei zv/ei in der Art eines ZLipflops rückgekoppelten Schalttransistoren zwei v/eitere Transistoren als lasttransistoren nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehalttransistoren MOS-Transistören vom Anreicherungstyp und die Lasttransistoren MOS-Transistoren vom Verarmungstyp sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennfe zeichnet, daß das Gate jedes Lasttransistors mit der Source desselben Lasttransistors verbunden ist.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung des integrierten Speicherelements nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die MOS-Transistoren vom Anreicherungs- und Verarmungstyp durch unterschiedliche Präparacionsverfahren für die Isolierschicht unter der Gate-Elektrode hergestellt v/erden.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung des integrierten Speicherelements nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge*· kennzeichnet, daß die MOS-Transistoren vom
    W Anreicherungs- und Verarmungstyp durch unterschiedliche Dotierungen des Halbleitersubtrats unter dem Kanal hergestellt v/erden.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung des integrierten Speicherelements nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die MOS-Transistoren vom Anreicherungs- und Verarmungstyp verschiedene Gatemetalle verwendet werden.
    &PA 9/012/0003 Kot/Ks - 7 -
    109842/1466
  6. 6. Verfahren zur Herstellung des integrierten Speieherelements nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch g e ken η ζ :> i e h η e t, daß für die MOS-iransistoren vom Anr ei eher ungs- und Verarmungstyp verschieden dotierte Isolierschichten unter der Gate—Elektrode verwendet werden.
    VPA 9/Oi2'/00O3.
    109842/1466
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