DE2303916A1 - Integrierte schaltung mit feldeffekttransistoren - Google Patents

Integrierte schaltung mit feldeffekttransistoren

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Description

Integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistoren, wobei auf einem isolierenden Trägersubstrat voneinander isolierte inselförmige Halbleitergebiete aufgebracht sind.
Es ist häufig wünschenswert, integrierte Schaltungen, bei denen Feldeffekttransistoren mit unterschiedlichen Einsatzspsnnungen auf einem Trägersubstrat angeordnet sind, herzustellen. Bei einer solchen bekannten integrierten Schaltung gehen bei einer bestimmten, vorgegebenen Eingangsspannung beispielsweise nur die Transistoren mit der niedrigeren Einsatzspannung in den leitenden Zustand über, wogegen dann alle anderen Transistoren gesperrt bleiben.
Es ist bei MIS-Transistören aus Massivmaterial bekannt, daß sich durch das Anlegen einer eigenen Spannung an das Substrat eines MIS-Feldeffekttransistors die Einsatzspannung verschieben läßt. So kann beispielsweise die Einsatzspannung eines sog. Dickoxidtransistors soweit erhöht werden, daß sich bei der üblichen Betriebsspannung keine störenden parasitären Inversionsgebiete ausbilden. Ein Nachteil liegt dabei darin, daß sich bei dem Anlegen einer eigenen Spannung an das Substrat des Massivmaterials die Einsatzspannungen sämtlicher auf diesem Substrat befindlichen Transistoren in gleicher Weise ändern.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine integrierte Schattung mit Feldeffekttransistoren anzugeben, bei der die Einsatzspannungen einzelner Feldeffekttransistoren bzw. die Einsatzspannungen von Gruppen von Feldeffekttransistoren individuell variiert werden können.
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409831/0561
Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur individuellen Einstellung definierter Einsatzspannungen einzelner Feldeffekttransistoren bzw. von Gruppen von Feldeffekttransistoren den einzelnen Feldeffekttransistoren bzw. den Gruppen von Feldeffekttransistoren jeweils eigene Substratanschlüsse zur Zuführung definierter Steuerspannungen Ug unterschiedlicher Größe zugeordnet sind, wobei die definierten Steuerspannungen auch während des Betriebes der integrierten Schaltung beliebig oft und in beliebiger Weise veränderbar sind.
Ein wesentlicher Vorteil einer solchen erfindungsgemäßen integrierten Schaltung liegt darin, daß in einer einzigen integrierten Schaltung auf ein und demselben Trägersubstrat durch Anlegen definierter Steuerspannungen an die getrennten Substratanschlüsse dementsprechend Transistoren mit verschiedenen Einsatzspannungen hergestellt werden können.
Vorteilhafterweise können die Einsatζspannungen einzelner Transistoren bzw. die Einsatzspannungen von Gruppen von Transistoren auch während des Betriebes der integrierten Schaltung beliebig oft und in beliebiger Weise verändert werden.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung und zu deren Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den Ausschnitt einer erfindungsgemäßen, integrierten Schaltung.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung das Anschlußschema einer integrierten Schaltung nach Figur 1.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung ein Dotierungsprofil für eine integrierte Schaltung, bei der Halbleitergebiete über ihre Dicke unterschiedliche Dotierungskonzentrationen aufweisen.
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In der Figur 1 ist das Trägersubstrat mit 1 bezeichnet. Vorzugsweise besteht das Trägersubstrat aus einem oxidischen Einkristall, beispielsweise aus MgAl-Spinell oder Saphir, oder aus einem semiisolierenden Halbleitermaterial. Auf dem Trägersubstrat 1 sind elektrisch voneinander isolierte inselförmige Halbleitergebiete, beispielsweise die Gebiete 21 und 22, aufgebracht. Vorzugsweise bestehen diese Hälbleitergebiete aus Silizium. Die Halbleitergebiete können beispielsweise auch aus einer III-V-Verbindung bestehen. Die Gebiete 31 und 41 bzw. 32 und 42 dieser Halbleitergebiete sind vorzugsweise hochdotiert, beispielsweise n-dotiert,und stellen die Source- bzw. Draingebiete von MIS-Transistören dar. Die Gebiete 231 bzw. 232 sind dagegen schwach dotiert, beispielsweise p-dotiert.
Die Gebiete 31 bzw. 32 und die Gebiete 41 bzw. 42 können dsbei direkt mit entsprechenden Gebieten anderer Transistoren durch hochdotierte Halbleiterstreifen 711, 721, 712 und.722 in vorgegebener Weise elektrisch verbunden sein. Anstelle dieser Streifen können die Verbindungen auch wie bei integrierten Schaltungen aus Massivmaterial durch Metallkontakte und Metallleiterbahnen hergestellt werden.
Auf den Siliziumkörpern 231 bzw. 232 sind die Gateisolatoren 51 bzw. 52 angeordnet, die vorzugsweise mit den Metallelektroden 61 bzw. 62, die als Gateelektroden dienen, versehen sind.
Anstelle von Metall als Gateelektrodenmaterial kann beispielsweise auch eine dotierte, polykristalline Siliziumschicht verwendet werden. Die Gateelektroden 61 bzw. 62 können dabei durch Herausführen direkt angeschlossen werden oder aber im Falle von Gateelektroden aus Silizium auch mit einem Metallanschluß versehen werden.
Gemäß eines Merkmals der Erfindung wird das schwach dotierte Halbleitergebiet 231 bzw. 232 durch Halbleiterstreifen 111 bzw. 112 herausgeführt. Diese Streifen 111 bzw. 112 sind mit Eontakten 121 bzw. 122 versehen, wobei diese Kontakte auch Teil eines
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hochdotierten Verbindungsstreifens sein können. Die-:Halbleiterstreifen 111 bzw. 112 stellen zusammen mit den Zontakten 121 bzw. 122 die erfindungsgemäße Substratanschlüsse dar.
In der Figur 2 ist das Anschlußschema der beiden Transistoren nach der Figur 1 dargestellt. Einzelheiten der Figur 2, die bereits in der Figur 1 dargestellt wurden tragen die entsprechenden Bezugszeichen.
Beim Anlegen einer Stauerspannung Ug1 an den ersten Transistor mit dem Substratanschluß 121 verschiebt sich beispielsweise die Einsatz spannung U^ dieses Transistors um /SJ^ nach U^. Beim Anlegen einer Spannung Ug2 sn den Substratanschluß 122 des zweiten Transistors verschiebt sich beispielsweise die Einsatzspannung UT dieses Transistors um AU^2 nach U^2- Wenn dabei Ug2 ungleich Ug1 ist, dann besitzen die beiden Transistoren unterschiedliche Einsatzspannungen.
Die Größe der Verschiebung AU3, der Einsatzspannungen hängt dabei außer von der genannten Substratspannung Ug im wesentlichen auch von der Dicke der Gateisolatoren 51 und 52 und von der Art der Dotierung der Halbleitergebiete 231 und 232 ab.
Mit Hilfe dieser Parameter läßt sich der Substratsteuereffekt durch entsprechende Wahl der Dicke der Gateisolatoren von der Art der Dotierung der Halbleitergebiete beeinflussen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Halbleitergebiete 231 bzw. 232 nicht homogen dotiert, sondern besitzen ein Dotierungsprofil, wie es beispielsweise in der Figur dargestellt ist. Dabei ist das Halbleitergebiet, beispielsweise das Halbleitergebiet 231 zum Substrat 1 hin stärker dotiert als zum Gateisolator 51 hin.
Ein solches Dotierungsprofil hat den Vorteil, daß sich durch die niedrige Dotierung an der Grenze zwischen dem Gateisolator und dem Halbleitergebiet bei U,- = O eine kleine Einsatzspannung und durch die höhere Dotierung an der Grenze zwischen dem HaIb-
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leitergebiet und dem Substrat eine Verstärkung des Substratsteuereffektes realisieren lassen.
Die erfindungsgemäße individuelle Substratsteuerung kann auch bei Komplementärkanalschaltungen angewendet v/erden. Bei einer speziellen Ausführungsform dieser Komplementärkanalschaltungen wird die individuelle Substratsteuerung sowohl bei p-Kanal als auch bei n-Kanal-MIS-Transistoren ausgenützt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß hierfür inselförmige Halbleitergebiete aus n- bzw. p-Ausgangsmaterial verwendet werden, Die Bereiche zweierlei Leitungstyps des Grundmaterials können z.B. durch zweimalige Epitaxie, durch Diffusion, oder durch Ionenimplantation hergestellt werden.
Bei einer ¥eiterbildung einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung wird die Spannung Ug zur Steuerung des Substrats nicht von außen zugeführt, sondern direkt vom Ausgang einer vorangehenden Stufe, beispielsv/eise einer Inverterstufe, die auf demselben Trägersubstrat angeordnet ist.
13 Patentansprüche
3 Figuren
VPA 9/712/2069
409 831/OKR1

Claims (1)

  1. 23Q3916
    Patentansprüche
    M./Integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistoren, wobei auf einem isolierenden Trägersubstrat voneinander isolierte, . inseiförmige Halbleitergebiete aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet , daß zur individuellen Einstellung definierter Einsatzspannungen einzelner Feldeffekttransistoren bzw. von Gruppen von Feldeffekttransistoren den einzelnen Feldeffekttransistoren bzw. den Gruppen von Feldeffekttransistoren jeweils eigene Substratanschlüsse zur Zuführung definierter Steuerspennungen Ug unterschiedlicher Größe zugeordnet sind, wobei die definierten Steuer-• spannungen auch während des Betriebes der integrierten Schaltung beliebig oft und in beliebiger Weise veränderbar sind.
    . 2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e iic h η e t , daß das isolierende Trägersubstrat aus einem oxidischen Einkristall besteht.
    3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das isolierende Trägersubstrat aus MgAl-Spinell besteht.
    4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das isolierende Trägersubstrat aus Saphir besteht.
    5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das isolierende Trägersubstrat aus einem semiisolierendem Halbleitermaterial besteht.
    6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleitergebiete (231, 232) homogen dotiert sind.
    409831/0561
    VPA 9/712/2069
    7. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß Halbleitergebiete (231, 232) ein Dotierungsprofil enthalten, das so beschaffen ist, daß die Dotierung nahe der Grenzfläche zwischen dem Halbleitergebiet und dem isolierenden Trägersubstrat (1) größer ist als an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitergebiet und dem zugehörigen Gateisolator (51, 52) (Fig.1).
    8. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Substratanschlüsse (111, 112) aus seitlich herausgeführten Halbleiterstreifen bestehen.
    9. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleitergebiete (21, 22) und die Halbleiterstreifen (111, 112) aus Silizium bestehen.
    10. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleitergebiete (21, 22) und die Halbleiterstreifen (111, 112) aus einer III-V-Verbindung bestehen.
    11. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß an den Halbleiterstreifen (111, 112) durch Diffusion erzeugte Kontakte (121, 122) angeordnet sind.
    12v'Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß an den Halbleiterstreifen (111, 112) durch Ionenimplantation erzeugte Kontakte (121, 122) angeordnet sind.
    13. Anwendung einer integrierten Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.bei Komplementärkanal-MIS-Schaltungen.
    YPA 9/712/2069 409831/0561
    Leerseite
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