DE2051503A1 - Halbleiterbauelement, insbesondere als Widerstand für Halbleiterspeicher - Google Patents

Halbleiterbauelement, insbesondere als Widerstand für Halbleiterspeicher

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DE2051503A1 DE19702051503 DE2051503A DE2051503A1 DE 2051503 A1 DE2051503 A1 DE 2051503A1 DE 19702051503 DE19702051503 DE 19702051503 DE 2051503 A DE2051503 A DE 2051503A DE 2051503 A1 DE2051503 A1 DE 2051503A1
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Description

Halbleiterbauelement, insbesondere als Widerstand für Halbleiterspeicher
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Halbleiterbauelement mit einem PN-Übergang und einer MIS-Kapazität, aufgebaut in monolithischer Technik.
Aus "Solid State Electronics" Band 9,Seiten 783 bis 806 ist ein über ein Gate steuerbarer PN-Übergang (Diode) bekannt, bei dem das Gate mit dem Halbleitersubstrat eine MIS-Kapazität bildet. Der Steuereffekt der MIS-i-Kapazität auf dem die Diode bildenden PN-Übergang liegt in der Ausbildung eines Kanals mit zum Substrat entgegengesetztem Leitungstyp in einem Bereich des Halbleitersubstrats der als Gegenelektrode zur Gate-Elektrode bei der MIS-Kapazität wirkt. Die Leitfähigkeit des Kanals ist dabei bekanntlich abhängig von der an der MIS-Kapazität anliegenden elektrischen Spannung.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues elektronisches Halbleiterbauelement mit dem oben beschriebenen Effekt anzugeben, daß insbesondere als Lastelement in verlustarmen integrierten MIS-Schaltungen für Speicherelemente und Logikglieder geeignet ist.
Das wie eingangs angegebene elektronische Halbleiterbauelement ist erfindungsgemäß dadurch g ekennzeichnet, daß der PN-Übergang und die MIS-Kapazität durch eine im Bauelement vorgesehene galvanische Verbindung zwischen der Gate-Elektrode und der benachbarten Elektrode des PN-Übergangs elektrisch parallel geschaltet sind, so daß der PN-Übergang und die MIS-
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einen Zweipol bilden. Vorzugsweise ist die als Gegenelektrode vorgesehene Metallbelegung der MIS-Kapazität und die auf der Halbleiteroberfläche benachbarte Elektrode des PN-Ubergangs eine durchgehende Belegung.
Eine besondere Anwendung des erfindungsgemäßen Bauelementes ist die als hochohmiger elektrischer Widerstand bei AnLegen einer elektrischen Spannung an den Zweipol, und zwar in Sperrrichtung bezogen auf den PN-Übergang. Insbesondere ist dieser Widerstand erfindungsgemäß zur Verwendung als Lastwiderstand in einem Halbleiterspeicher mit Speicherelementen nach Art einer bistabilen Kippstufe, und zwar darunter vorzugsweise einer solchen mit Feldeffekt-Transistoren, vorgesehen.
Das erfindungsgemäße elektronische Halbleiterbauelement hat gegenüber den bekannten Vorteile, die insbesondere bei der Verwendung desselben als Lastwiderstand in einem wie oben angegebenen Halbleiterspeicher hervortreten. Im Betriebsbereich mit angelegter Sperrspannung ist der elektrische Widerstand des Zweipols sehr groß, etwa größer als ca. 10 Ohm. Dadurch kann erreicht * daß der elektrische Strom in einem einzelnen Speicherelement und damit der Gesamtstrom in einem ganzen Speicher, der aus wie angegebenen einzelnen Speicherelementen aufgebaut ist, gegenüber dem Bekannten relativ klein gehalten werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Bauelementes,in der die angegebene Anwendung in einem Speicher ist, daß das Temperaturverhalten dieses Lastwiderstandes mit demjenigen der PN-Übergänge übereinstimmt, die die durch das Lastelement auszugleichenden Leckströme verursachen, so daß es insgesamt zu einer Kompensation des Temperatureinflusses kommt.
Die Verlustleistung einea mit Halbleiterbauelementen der erfindungsgemäßen Art als Lastwiderständen aufgebauten Speichers
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* werden,
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ist erheblich kleiner als diejenige bei einem Speicher mit Speicherelementen, die in statischer Einkanaltechnik und mit MIS-Transistoren als Lastwiderständen aufgebaut sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement hat der die MIS-Kapazität bildende Kondensator eine Flachbandspannung, die dieselbe Polarität aufweist, wie die Sperrspannung des PN-Überganges. Diese Bedingung kann durch die Wahl der Dicke der Isolationsschicht, durch Einbau von unbeweglichen Ladungen in die Isolationsschicht und/oder durch entsprechende Wahl der Dotierung des Halbleitersubstrates, der die Gegenelektrode des Kondensators darstellt, bewirkt werden.
Wei^-re Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren und der zugehörigen Beschreibung hervor.
Figur 1 zeigt einen Prinzipaufbau eines Bauelementes nach der Erfindung. Mit 1 ist das Substrat bezeichnet, das vorzugsweise ein Halbleiterkörper ist und im speziellen Beispiel n-dotiert ist. In diesem Substrat ist ein Bereich 2 vorgesehen, der zu-r sammen mit einem Bereicn 3 einen Ρίί-Übergang bildet. Dabei hat der Bereich 2 eine gegenüber 1 entgegengesetzte Dotierung, soweit letztere überhaupt einen speziellen Leitfähigkeitscharakter aufweist. Der Bereich 3 ist mit einer kontaktierenden Belegung 4 versehen, die vorzugsweise ein Metall ist. Die Belegung 4 ist räumlich weiter ausgedehnt als zum Anschluß des Bereiches 3 notwendig ist. Sie erstreckt sich auch über wenigstens einen Anteil der dem Bereich 3 benachbarten Oberfläche des Bereiches 2. Zwischen 2 und 4 ist Jedoch eine Isolationsschicht 5 vorgesehen, die zusammen mit 2 und 4 die MIS-Kapazität bildet. 6 ist ein Kontakt auf dem Bereich 2. Anstelle des Bereiches 3 kann ein Schottley-Kontakt verwendet werden, der durch die kontaktierende Belegung 4 und dem Bereich 2 gebildet wird.
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Je nach Größe der zwischen 4 und 2 bzw. 6 anzulegenden in Sperrichtung gepolten elektrischen Spannung bildet sich unter der Isolationsschicht 5 im oberflächennahen Gebiet des Bereiches 2 ein mehr oder weniger stark ausgeprägter Kanal mit gegenüber dem Bereich 2 entgegengesetztem Leitungstyp. Ist der Bereich 2 p-leitend und der Bereich 3 η-leitend, vorzugsweise n+-leitend, so ist auch dieser Kanal n-leitend.
Figur 2 zeigt die Schaltung eines Speicherelementes eines Halbleiterspeichers nach Art einer bistabilen Kippstufe, das ein für das erfindungsgemäße Bauelement besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet ist. 21 ist der als Lastwiderstand in dem Speicherelement wirksam werdende erfindungsgemäße Widerstand, der in der Figur schematisch durch sein Ersatzschaltbild wiedergegeben ist. 22 sind die Steuertransistoren der Kippstufe und 23 sind Ansteuertransistoren. Die zwischen 2k und 25 angelegte elektrische Spannung ist derart gepolt, daß 21 in Sperrichtung beaufschlagt ist. Durch in an sich bekannter Weise erfolgende Steuerung der Transistoren 22 erfolgt das Umschalten der Kippstufe. Wie bereits oben erwähnt, ist infolge des hohen Widerstandes der erfindungsgemäßen Bauelemente 21 der Strom durch die beiden parallel liegenden Zweige eines einzigen Halbleiterspeicherelements und damit der Gesamtstrom in einem aus derartigen Einzelelementen zusammengesetzten Gesamtspeicher relativ gering. Außerdem ist auch vorteilhafterweise das Temperaturverhalten derWiderstände 21 und der Steuertransistoren 22 zueinander derart, daß sich Auswirkungen von Temperaturänderungen in dem Speicher durch gleichsinniges und im wesentlichen gleich großes Temperaturverhalten insgesamt kompensieren.
Figur 3 zeigt den monolithischen Halbleiteraufbau eines der beiden Zweige des Speicherelementes mit den zwei Bauelementen 21 und 22. Dabei stimmen Einzelheiten des Beispiels der Figur 3 mit solchen der Ausführung nach Figur 1 überein, soweit
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diese dort bereits enthalten sind. Die Belegung 34 dient aιs Kontaktierung für den Bereich 3, als eine Belegung für die MIS-Kapazität und im vorliegenden Falle außerdem a1 s galvanische Verbindung zu einem Hal.bleiterbereich 37 des Steuertransistors ?2. Dieser Steuertransistor besteht des weiteren noch aus dem anderen HaJ.bleiterbereich 38, der Isolationsschicht 39.der Steuerelektrode 40 mit dem Anschluß 44 und der Elektrode 45. Der Kontaktpunkt 46 an der Eektrode 45 auf dem Bereich 38 des Steuertransistors entspricht dem Scha"' tungspunkt 75 in der Figur ?. Punkt der Figur 2 entspricht dem Kontaktpunkt 36 der Kontaktierung 6 auf dem Bereich 2.
Das erfindungsgemäße Bauelement ist auch vorteilhaft in Ha?bleiter1.ogikgliedern, und zwar insbesondere in solchen mit einem oder mehreren Feldeffekttransistoren, verwendbar.
3 Figuren
~ Patentansprüche
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    ι(Λ. !Elektronisches Halbleiterbauelement mit einem PU-Ubergang und einer MIS-Kapazität mit Gate-Elektrode aufgebaut in monolithischer Technik, dadurch gekennzeichnet , daß der PN-Übergang und die MIS-Kapazität durch eine im Bauelement vorgesehene galvanische Verbindung zwischen der Gate-Elektrode und der benachbarten Elektrode des PN-Überganges elektrisch parallel geschaltet sind, so daß der PN-Übergang und die MIS-Kapazität einen Zweipol bilden.
  2. 2. Elektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die als Gate-Elektrode vorgesehene Metallbelegung der MIS-Kapazität und die benachbarte Elektrode des PN-Überganges eine durchgehende Belegung ist.
  3. 3. Anwendung eines elektronischen Halbleiterbauelementes nach Anspruch 1 oder 2 als hochohmiger elektrischer Widerstand durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Zweipol in Sperrichtung bezogen auf den PN-Übergang.
  4. 4. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Halbleiterbauelement als Lastwiderstand eines Halbleiter-Logikgliedes verwendet wird.
  5. 5. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Halbleiterbauelement als Lastwiderstand eines Halbleiterspeichers nach Art einer bistabilen Kippstufe verwendet wird.
  6. 6. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Halbleiterbauelement in einer bistabilen Kippstufe mit Feldeffekt-Steuertransistoren verwendet wird.
  7. 7. Anwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement zusammen mit einem Feldeffekttransistor im Logikglied verwendet wird. VPA 9/712/0005 209819/0807
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2312414A1 (de) 1972-03-10 1973-09-27 Matsushita Electronics Corp Verfahren zur herstellung von integrierten mos-schaltkreisen

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DE2312414A1 (de) 1972-03-10 1973-09-27 Matsushita Electronics Corp Verfahren zur herstellung von integrierten mos-schaltkreisen

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