DE2511488A1 - Cmos-inverter - Google Patents

Cmos-inverter

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DE2511488A1 DE19752511488 DE2511488A DE2511488A1 DE 2511488 A1 DE2511488 A1 DE 2511488A1 DE 19752511488 DE19752511488 DE 19752511488 DE 2511488 A DE2511488 A DE 2511488A DE 2511488 A1 DE2511488 A1 DE 2511488A1
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Description

251U88
R. 26 10
5.3-1975 Fb/Sm
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmuster-HiIfsanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart
CMOS-Inverter
Die Erfindung betrifft einen zwei komplementäre MOS-Transistoren enthaltenden Inverter, bei dem die den Eingang des Inverters bildenden Steuerelektroden und ebenso die den Ausgang des Inverters bildenden Drainelektroden der beiden MOS-Transistoren jeweils miteinander verbunden sind und bei dem ferner der Ausgang des Inverters zur Festlegung des Gleichstrom-Arbeitspunktes mit seinem Eingang gegengekoppelt ist.
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- 2 - R. 2h \
Es ist bereits ein Inverter dieser Art bekannt, bei dem die Gegenkopplung aus einem hochohmigen ohmschen Widerstand besteht, dessen Widerstandswert in der Größenordnung >10 liegt. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß der ohmsche Widerstand als diskretes Bauelement extern hinzugeschaltet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vollintegrierten Inverter der eingangs genannten Art zu entwickeln.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gegenkopplung aus zv/ei gegenpolig zueinander in Reihe liegen den Halbleiterdioden besteht, die mit den beiden komplementären MOS-Transistoren auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integriert sind.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Pig. 1 eine schematische Darstellung des CMOS-Inverters gemäß der Erfindung,
Fig. 2 das elektrische Schaltbild eines CMOS-Inverters gemäß der Erfindung,
Fig. 3 einen CMOS-Inverter nach den Figuren 1 und 2 in der Draufsicht,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Inverter I enthält zwei komplementäre MOS-Transistoren 2 und 3 (Fig. 2). Der Transistor 2 ist als p-Kanaltransistor ausgebildet, der
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Transistor 3 als n-Kanaltransistor. Die Steuerelektroden der beiden Transistoren sind miteinander verbunden und bilden den Eingang des Inverters. Die Eingangsklemme ist dabei mit 4 bezeichnet. Die Drainelektroden der beiden Transistoren sind ebenfalls miteinander verbunden und bilden den Ausgang des Inverters. Die Ausgangsklemme ist dabei mit 5 bezeichnet. An die Sourceelektrode 8 des p-Kanaltransistors 2 wird die positive Versorgungsspannung U,, angeschlossen. Die Sourceelektrode des n-Kanaltransistors 3 ist an die negative Versorgungsspannung -U angeschlossen. Ferner ist eine vom Ausgang 5 des Inverters I zu seinem Eingang 4 führende Gegenkopplung vorgesehen, die aus zwei gegenpolig zueinander in Reihe liegenden Halbleiterdioden 6 und 7 besteht. Die gesamte Schaltungsanordnung einschließlich der Dioden 6 und 7 ist auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integrierbar.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein mögliches layout'des erfindungsgemäßen Inverters. Die gesamte Schaltungsanordnung, die in Figur 1 schematisch und in Figur 2 im einzelnen dargestellt ist, ist in einem einzigen aus Silizium bestehenden HaIbleiterplättchen, das zusätzlich noch andere Schaltelemente enthalten kann, in monolithisch integrierter Form untergebracht. Das Halbleiterplättchen besteht dabei aus einem η-leitenden Halbleitersubstrat 11.
Figur 3 zeigt das layout in der Draufsicht, während Figur einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3 zeigt.
Wie aus der Draufsicht nach Figur 3 zu erkennen ist, zerteilt ein schmaler Streifen 12, entlang dem das η-leitende Halbleitergrundmaterial an die Halbleiteroberfläche tritt, die Struktur in einen rechten Teil R und einen linken Teil L. Der rechte Teil R der Halbleiterstruktur ist dabei in ein
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erstes ρ -leitendes guard band 13, der linke Teil L in ein η -leitendes guard band. Ik eingebettet, welches als inselförmige Aussparung ein zweites ρ -leitendes guard band 22 enbhält.
Der rechte Teil R der Halbleiterstruktur enthält innerhalb des ρ -leitenden guard bands 13 den η-Kanaltransistor 3- In dem ρ -leitenden guard band 13 und in dem darunterliegenden η-leitenden Halbleitersubstrat 11 ist von der Oberseite des Halbleiterplättchens her eine erste p-Well-Diffusionszone eindiffundiert. In die erste p-Well-Diffusionszone 16 hinein ist mit einem Abstand zu dem ρ -leitenden guard band 13 die η -leitende Drainzone 17 des n-Kanaltransistors 3 eindiffundiert Die η -leitende Sourcezone 18 des n-Kanaltransistors 3 ist teilweise ohne Absta.nd zu dem ρ -leitenden guard band 13 in die erste p-Well-Diffusionszone 16 eindiffundiert.
Der linke Teil L der Halbleiterstruktur enthält innerhalb des η -leitenden guard bands Ik den p-Kanaltransistor 2. Innerhalb dieses guard bands l4 sind von der Oberseite des Halbleiterplättchens her in das in diesem Eereich von dem guard band l4 ringförmig umgebene, an die Halbleiteroberfläche tretende η-leitende Substrat 11 die ρ -leitende Drainzone 19 und die ρ -leitende Sourcezone 20 des p-Kanaltransistors 2 eindiffundiert. Die p+-leitende Sourcezone 20 des p-Kanaltransistors 2 ist teilweise ohne Abstand zu dem η -leitenden guard band l4 angeordnet.
Im linken Teil L der Halbleiterstruktur sind außerdem die Halbleiterdioden 6 und 7 untergebracht. Hierzu ist ein besonderer Bereich vorgesehen, der innerhalb des η -leitenden guard bands l4 eine Insel bildet. Der äußere Rand dieser
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Insel wird durch einen ringförmigen schmalen Streifen 21 gebildet, entlang dem das η-leitende Halbleitergrundmaterial des Halbleitersubstrats 11 an die Halbleiteroberfläche tritt. Innerhalb dieses ringförmigen schmalen Streifens 21 befindet sich ein zweites, in das Halbleitergrundmaterial eindiffundiertes ρ -leitendes guard band 22. Innerhalb dieses guard bands 22 ist in das Halbleitergrundmaterial eine zweite p-Well-Diffusionszone 23 eindiffundiert, die die gemeinsame Anodenzone der beiden gegenpolig zueinander in Reihe liegenden Halbleiterdioden 6, 7 bildet. In die zweite p-Well-Diffusionszone 23 sind nebeneinander eine erste und eine zweite η -leitende Diffusionssone 24 bzw. 25 eindiffundiert. Die erste Diffusionszone 24 bildet die Kathodenzone der Halbleiterdiode 6. Die zweite Diffusionszone 25 bildet die Kathodenzone der Halbleiterdiode J.
Das Halbleiterplättchen ist an seiner Oberseite mit einer in Figur 4 im Schnitt dargestellten Siliziumdioxidschicht 26 bedeckt. In der Draufsicht der Figur 3 ist diese Siliziumdioxidschicht der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Siliziumdioxidschicht 26 ist an denjenigen Stellen der Halbleiteroberfläche weggeätzt, die als Kontaktfenster für den Anschluß der in dem Halbleiterplättchen enthaltenen elektrischen Schaltelemente dienen.
Der n-Kanaltransistor 3 hat an seiner η -leitenden Drainzone 17 ein erstes Kontaktfenster 27 und an seiner η -leitenden Sourcezone 18 ein zweites Kontaktfenster 28.
Der p-Kanaltransistor 2 hat an seiner ρ -leitenden Drainzo/ie 19 ein erstes Kontaktfenster 29 und an seiner ρ -leitenden Sourcezone 20 ein zweites Kontaktfenster 30.
- 6 609839/0867
- 6 - R. '2Bl
Die Halbleiterdiode 6 hat an ihrer Kathodenzone 24 ein Kontaktfenster 31. Die Halbleiterdiode 7 hat an ihrer Kathodenzone 25 ein Kontaktfenster 32.
Das erste ρ -leitende guard band 13 hat in der Nähe des Kontaktfensters 28 ein Kontaktfenster 33. Das η -leitende guard band 14 hat in der Nähe des Kontaktfensters 30 ein Kontaktfenster 34.
Auf die Siliziumdioxidschicht 26 ist eine Metallisierung aufgebracht, die an denjenigen Stellen, an denen die Schicht 26 weggeätzt ist, direkt auf der Halbleiteroberfläche aufliegt.
Diese Metallisierung umfaßt eine erste Leiterbahn 35} die die Kontaktfenster 27, 29 und 32 miteinander verbindet. Das rechte Ende dieser Leiterbahn 35 bildet die Ausgangsklemme 5 des Inverters.
Die Metallisierung umfaßt eine zweite Leiterbahn 36, die über das Kontaktfenster 31 mit der Kathodenzone 34 der Halbleiterdiode 6 verbunden ist, sonst aber an keiner Stelle direkt auf der Halbleiteroberfläche aufliegt. Diese zweite Leiterbahn 36 ist über die Kanalzonen der beiden MOS-Transistoren 2 und 3 des Inverters hinweggeführt und bildet oberhalb dieser Kanalzonen die Steuerelektroden dieser beiden Transistoren. Die zweite Leiterbahn 36 hat eine Abzweigung 36a, die die Eingangsklemme 4 des Inverters bildet.
Die Metallisierung umfaßt noch eine dritte und eine vierte Leiterbahn 37 bzw. 38.
M 7 —
609839/0867
25ΊΗ88
- 7 - R. £(M
Die dritte Leiterbahn 37 bildet die Sourceelektrode 9 des n-Kanaltransistors 3 und verbindet die beiden Kontaktfenster 28 und 33 miteinander. Die vierte Leiterbahn 38 bildet die Sourceelektrode 8 des p-Kanaltransistors 2 und verbindet die beiden Kontaktfenster J>0 und 34 miteinander. Die dritte Leiterbahn 37 ist an die negative Versorgungsspannung-U ,
die vierte Leiterbahn 38 an die positive Versorgungsspannung +U,, angeschlossen.
■ - 8 -609839/0867

Claims (1)

  1. R· 26 1 I
    Anspruch
    Zwei komplementäre MOS-Transistoren enthaltender Inverter, bei dem die den Eingang des Inverters bildenden Steuerelektroden und ebenso die den Ausgang des Inverters, bildenden Drainelektroden der beiden MOS-Transistoren jeweils miteinander verbunden sind und bei dem ferner der Ausgang des Inverters zur Festlegung des Gleichstrom-Arbeitspunktes mit seinem Eingang gegengekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung aus zwei gegenpolig zueinander in Reihe liegenden Halbleiterdioden (6, 7) besteht, die mit de'n beiden komplementären MOS-Transistoren (2, 3) auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat integriert sind.
    609 839/0867
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