DE1524945C3 - Integrierter Festwertspeicher - Google Patents
Integrierter FestwertspeicherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Festwertspeicher in Form einer integrierten Schaltung in einer Halbleiterscheibe
mit mehreren gegenseitig isolierten Eingangsleitern und mehreren diese kreuzenden Ausgangsleitern
auf einer Seite der Halbleiterscheibe, wobei mindestens an vorgegebenen Kreuzungspunktcn Transistoren
in der Halbleiterscheibe zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitern angeordnet sind, deren Steuerelektrode
mit den Ausgangsleitern und deren andere Hauptelektrode gemeinsam mit einer Spannungsquelle
verbunden sind.
Ein solcher Festwertspeicher ist aus »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Vol. 7, Nr 11 (April 1965), S. 1107
und 1108 bekannt. Die Transistoren sind dabei durch
Feldeffekt-Transistoren gebildet, bei denen alle Elektroden zwangläufig auf der gleichen Seite der Halbleiterscheibe
angeordnet sind und angeschlossen werden müssen. Dadurch sind eine große Anzahl einander
kreuzender Leiter auf der Oberseite der Halbleiterscheibe notwendig, wodurch ein erheblicher Platzbedarf
entsteht und außerdem die Herstellung einer solchen Anordnung dadurch erschwert wird, daß die einzelnen
Leiter sich gegeneinander isoliert kreuzen müssen. Ferner tritt bei der bekannten Anordnung das Ausgangssignal
mit invertierter Polarität auf, so daß noch weitere Umkehrverstärker notwendig sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Festwertspeicher anzugeben, bei dem nur eine minimale Anzahl von Leitern
und Leiterkreuzungen notwendig ist und die Notwendigkeit einer nachfolgenden Umkehr der Signalpolarität
vermieden ist. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kollektoranschlüsse auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe
entfallen die entsprechenden Leiterbahnen auf der einen Seite der Halbleiterscheibe und damit
auch die entsprechenden Kreuzungen, so daß sich ein sehr einfacher Aufbau der Leiterbahnen für die Eingangsleiter
und Ausgangsleiter ergibt. Da die Kollektoren nicht gegeneinander isoliert sein müssen, kann die
Dotierung der Halbleiterscheibe gleich der Dotierung der Kollektorzonen gewählt werden, so daß nahezu die
gesamte Halbleiterscheibe die Kollektorelektrode darstellt und somit leicht angeschlossen werden kann.
Auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung bleibt die verstärkende Wirkung der Transistoren erhalten, so
daß für die Eingangsleiter nur eine geringe Steuerleistung notwendig ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die schematische Anordnung der Transistoren,
F i g. 2 eine Aussicht einer Transistorstruktur an einem Kreuzungspunkt,
F i g. 3, 4, 5 Querschnitte der Transistorstruktur nach Fig.2.
Die Speichermatrix nach F i g. 1 enthält mehrere vertikale Leiter V\ bis Va und mehrere horizontale Leiter
Hi bis Ha.
Die horizontalen und vertikalen Leiter sind in vorbestimmten Kreuzpunkten durch Transistoren 711, Ti 2
usw. miteinander gekoppelt, wobei die Basiselektroden mit den vertikalen Leitern und die Emitterelektroden
mit den horizontalen Leitern verbunden sind, während die Kollektorelektroden miteinander und mit einer
Spannungsquelle + V verbunden sind. So ist z. B. der Leiter Vi mit den horizontalen Leitern Hi, Hi und Hi
über die Transistoren 711. T21 und 7Ji, der Leiter V2 mit
den Leitern Hi, Hi und H* über die Transistoren Ti2,
T32 und T42 gekoppelt, usw.
Die Wirkungsweise dieser Matrix ist wie folgt: Wenn einem der als Eingangsleiter wirksamen vertikalen Leiter,
z. B. V2, ein positiver Impuls zugeführt wird, werden die mit diesen Leitern verbundenen Transistoren leitend,
in diesem Falle Γ12, T32 und T42, wobei ein Impuls
nach den horizontalen Ausgangsleitern Hi, H3 und Ha
weitergegeben wird. Infolge der in den Transistoren auftretenden Stromverstärkung werden die den horizontalen
Leitern zugeführten Kollektorströme größer sein als die Basisströme, so daß an den vertikalen Leitern
eine verhältnismäßig geringe Steuerenergie genügt im Vergleich zu bekannten Schaltungen mit
Kopplungsdioden in den Kreuzpunkten, bei denen die gesamte Ausgangsenergie für die Ausgangsleiter von
den Steuerleitern geliefert werden muß.
Je nach dem gewählten Kopplungsmuster werden also bei Zuführung eines Impulses zu einem Eingangsleiter bestimmte Kodekombinationen von Ausgangsimpulsen
entstehen.
In der Praxis wird die Zahl der horizontalen und vertikalen Leiter größer sein, z. B. je 10.
Eine solche Matrix von 10 χ IO = 100 Kreuzpunkten kann z. B. auf einem Siliziumkristall von
1,5 χ 1,5 mm2 als Träger integriert werden.
Naturgemäß ist es nicht notwendig, daß die Zahl der Eingangsleiter gleich der Zahl der Ausgangsleiter ist.
Die F i g. 2 bis 5 zeigen ein Beispiel eines auf einer Platte K aus η-Silizium integrierten Kreuzpunktes der
Leiter V und H sowie eines mit den beiden Leitern gekoppelten Transistors T.
Der Transistor Tbesteht aus einer Emitterzone £aus η-Silizium, einer Basiszone B aus p-Silizium, während
die Kollektorelektrode vom Substrat K gebildet wird, so daß die Kollektorelektroden sämtlicher Transistoren
über das Substrat K miteinander verbunden sind.
Der Leiter V besteht dann gleichfalls aus einer transistorförmigen
Struktur mit einer Zone N aus n-Silizium und einer Zone Paus p-Silizium, wobei diese Zonen
sich über die ganze Länge des Leiters V allen Kreuzpunkten entlang erstrecken.
Die verschiedenen Zonen werden in bekannter Weise durch aufeinanderfolgende Diffusionsvorgänge gebildet.
Dazu wird die Platte K aus η-Silizium zunächst mit einer Isolierschicht R aus Siliziumdioxyd bedeckt, in
der durch Photoätzung Öffnungen geformt werden, worauf die p-Zonen Sund Pdadurch gebildet werden,
daß die Platte einer p-Diffusion unterworfen wird. Anschließend wird die Platte wieder mit Siliziumdioxyd
bedeckt und in ihr wieder Öffnungen geformt, worauf durch eine η-Diffusion die η-Zonen E und N in den
Zonen B und P gebildet werden. Die Siliziumdioxydschicht R dient bei diesen Diffusionsvorgängen als
Maske.
Anschließend wird erneut eine Siliziumoxydschicht aufgebracht, in der Öffnungen zum Anbringen leiternder
Verbindungen mit Basis- und Emitterelektroden der Transistoren und mit den vertikalen Leitern V gebildet
werden. Diese Verbindungen werden dadurch hergestellt, daß die Platte durch Aufdampfen mit einer
dünnen Aluminiumschicht bedeckt wird, worauf durch Photoätzung die ungewünschten Teile entfernt werden,
so daß die gewünschten Verbindungen bestehen bleiben. Die Emitterzone JE" ist dann über einen Zweigleiter
AEmit den horizontalen Leiter Hund die Basiszone B
über einen Zweigleiter AB mit dem vertikalen Leiter V verbunden.
Wie bereits bemerkt wurde, wird der vertikale Leiter V von der p-Zone Pund der η-Zone N gebildet. Insbesondere
die Zone N hat eine hohe Leitfähigkeit, da sie gleichzeitig mit der Emitterdiffusion des Transistors gebildet
wurde. Außerdem erstreckt sich der Zweigleiter AB teilweise in der Längsrichtung und macht dabei
Kontakt mit dem Leiter V, wodurch der Widerstand dieses Leiters weiter herabgesetzt wird.
Der Zweigleiter AB macht Kontakt sowohl mit der Zone N als auch mit der Zone P. Dadurch, daß dem
Leiter V eine Spannung gegeben wird, die stets negativ ist gegenüber der des Substrats K, ist die Sperrschicht
zwischen der Zone P und dem Substrat stets gesperrt, und der Leiter V ist also gegen die miteinander verbundenen
Kollektorelektroden der Transistoren isoliert. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß im Kreuzpunkt der beiden
Leiter Vund H der Leiter H mittels einer isolierenden Siliziumdioxydschicht R gegen den Leiter V isoliert
ist.
Wie bereits bemerkt wurde, müssen die Kopplungstransistoren nur in vorbestimmten Kreuzpunkten wirksam
sein. Eine Möglichkeit wäre nun, bei den Diffusionsvorgängen die ungewünschten Transistoren einfach
wegzulassen.
Vorzugsweise werden aber im Prinzip sämtliche Transistorstrukturen gebildet, jedoch ausschließlich
werden nur diejenigen angeschlossen, welche wirksam sein müssen. Dabei ergeben sich wieder verschiedene
Möglichkeiten.
Man kann z. B. die Anschlüsse von unwirksam zu machenden Transistoren weglassen, indem die metallischen
Zweigleiter nicht angebracht und/oder die Anschlußöffnungen in der Isolierschicht aus Siliziumdioxyd
weggelassen werden. Man kann auch sämtliche Anschlüsse anbringen und nachher bestimmte Zweigleiter,
z. B. durch Ätzen oder Wegbrennen, entfernen.
Im Prinzip ist es für das unwirksammachen der Transistoren nicht notwendig, den Anschluß mit den beiden
Elektroden wegzulassen. Es wird auch genügen, wenn nur die Emitterelektrode nicht angeschlossen wird und
die Basiselektrode stets angeschlossen ist. Dies bietet den Vorteil, daß es im Prinzip nicht notwendig ist, die
Basiselektrode über einen metallischen Zweigleiter anzuschließen; man kann z. B. die Basiszone B bis in die
Zone P des Leiters V durchlaufen lassen oder, mit anderen Worten, diese als ein Ganzes herstellen.
Es ist weniger erwünscht, die Emitterelektrode eines unwirksam zu machenden Transistors anzuschließen
und die Basiselektrode nicht, da die Basiselektrode dann ein schwebendes Potential annehmen würde und
somit ein verstärkter Arbeitsstrom durch den Transistor fließen würde.
Statt der Emitterelektrode könnte grundsätzlich auch die Basiselektrode mit dem metallischen Leiter H
verbunden werden.
In diesem Falle kann der metallische Leiter unmittelbar über den Anschlußöffnungen auf den Basiselektroden
angebracht werden, während die Emitterelektrode dann mit dem Leiter Vverbunden wäre.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Festwertspeicher in Form einer integrierten Schaltung in einer Halbleiterscheibe mit mehreren
gegenseitig isolierten Eingangsleitern und mehreren diese kreuzenden Ausgangsleitern auf einer Seite
der Halbleiterscheibe, wobei mindestens an vorgegebenen Kreuzungspunkten Transistoren in der
Halbleiterscheibe zwischen den Eingangs- und Ausgangsleitern angeordnet sind, deren Steuerelektrode
mit den Eingangsleitern und deren eine Hauptelektrode mit den Ausgangsleitern und deren andere
Hauptelektrode gemeinsam mit einer Spannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Transistoren bipolare Transistoren sind, deren Emitter- und Basiszonen auf
einer Seite der Halbleiterscheibe angeordnet und mit den Eingangs- und Ausgangsleitern verbunden
sind und deren Kollektoren auf der anderen Seite der Halbleiterscheibe miteinander und mit der
Spannungsquelle verbunden sind.
2. Festwertspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangs- und Ausgangsleiter über eine isolierende Zwischenschicht auf der Halbleiterscheibe
angebracht sind und die Emitter- und Basiszonen auf dieser Seite durch örtliche Diffusion
unter Verwendung der Isolierschicht als Maske erzeugt sind und durch Öffnungen in der Isolier-
' schicht elektrisch mit den Eingangs- und Ausgangsleitern verbunden sind und daß die Kollektorzonen
vom übrigen Teil der Halbleiterscheibe gebildet sind.
3. Speichermatrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter- und Basiszonen
der Transistoren neben den Kreuzungsstellen der Leiter angeordnet sind und über eine oder mehrere
Abzweigungen dieser Leiter mit den Leitern verbunden sind.
4. Festwertspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die
einen Leiter an den Kreuzungsstellen über der Isolierschicht auf der Halbleiterscheibe verlaufen und
die anderen Leiter an den Kreuzungsstellen über wenigstens eine Diffusionsschicht, die wenigstens
einen pn-übergang mit der Kollektorzone bilden.
5. Festwertspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsschicht an den
Kreuzungsstellen aus zwei Diffusionszonen mit der Emitter- und der Basiszone entsprechenden Dotierung
bestehen und mit diesen Zonen gleichzeitig hergestellt sind und daß die Leiter wenigstens durch
die Diffusionszone mit der höheren Leitfähigkeit gebildet ist.
6. Festwertspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem
Kreuzungspunkt eine Transistorstruktur angeordnet ist und daß bei den Transistoren an solchen
Kreuzungspunkten, bei denen keine Kopplung zwischen den kreuzenden Leitern herstellbar sein
soll, keine leitende Verbindung zwischen der Emitterzone und dem betreffenden Ausgangsleiter
vorhanden ist.
7. Festwertspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszonen aller Transistoren
mit dem entsprechenden Eingangsleiter verbunden sind.
8. Festwertspeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Transistoren an
Kreuzungsstellen ohne Kopplung mindestens bei den Emitterzonen die isolierende Schicht ununterbrochen
durchläuft.
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