Интегральный логический элемент Советский патент 1979 года по МПК H01L27/00 H03K19/02 

1

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к производству интегральных микросхем высокой степени интеграции.

Известны интегральные логические элементы инжекционного типа, содержащие биполярный транзисторв цепи питания и переключательный элемент транзисторной структуры.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интегральный логический элемент с входным и выходным электродами, содержащий биполяр ный транзистор в цепи питания и полевой переключательный элемент.

Однако такой логический элемент характеризуется сравнительно низким быстродействием, что обусловлено зарядом и разрядом диффузионной и барьерной емкостей р - п-переходов затворных областей, и сравнительно низкой плотностью компоновки, что объясняется боковой диффузией примесей под маскирующий окисел и допусками на совмещение при фотолитографических операциях.

Цель изобретения - повышение быстродействия и плотности компоновки интэз ральных логически.х элементов инжекцион- кого типа.

Поставленная цель достигается тем,

f

что затворы переключательного полевого элемента выполнены в виде йеин- жектирующих выпрямляюшвх контактов, а выходной электрод расположен в области перекрытия объемных зарядов затворов.

Затворы переключательного элемента и коллекторы биполярного транзистора предпочтительно выполнять совмещенными.

На фиг 1 пр1шедена принципиальная тодрлогическая схема одного из вариантов интегрального логического элемента; на фиг. 2 - то же в разрезе; на фиг. 3 - электрическая эквивалентная схема логического элемента.

Интегральный лоо1ческий элемент (фиг. 1) содержит подложку 1 из монокри(.7талпическ)го кремния, нглгрнмер.п-типа проводимости; горизонтальный дг;у.хколлекторный биполярный тра гзистор цепи питания, сформированный в подложке и име ющий эмиттер 2 и коллекторы 3, 4; поле вой переключптел15ный элемент, имеющий стоковую область 5 (показана точкой) и затворные области 6, 7. Интегральный логический элемент имеет невьтрямляющие контакты к областям 1-7 (на фиг. 1 и 2 показаны точками), Истоковая область переключательного элемента подключена к полюсу земля источника питания, а эмиттерная область нагрузочного транзистора - к положительному полюсу -l-Hf,. Стоковая область подключена к выходу .логического элемента, а затворные области 6 я 7 соответственно - к пер вому и второму входам логического элемента. В конструкция.х логического элемента, приведенных на фиг.. 1, 2, 3, затворные области полевого переключательного элемента выполнены в виде неинжектируюздих выпрямляющих контактов, способных толь- ко коллектировать неосновные носители заряда, иЕ1жектированные эмиттерами горизонтального нагрузочного транзистора, Интегральный логический элемент работает следующим образом. При подключении источника напряжения к подложке 1 и эмиттеру 2,, как это пока зано на фиг. 1-3, эмиттер 2 р - П - ртранзистора цепи питания инжектирует дыр ки в подложку, которые для нее являются неосновными носителями заряда. 5ти носители заряда коллектируются затворными областями 6 и 7. В зависимости от напряже{ ия на входах I и II логический элемент может находиться в одном из следующих состояний. Если на обоих входах приложено низкое напряжение, близкое к потенциалу земли то коллектированные переходами областей 6и 7 носители заряда стекакуг на аемлю. При Этом электрод выход не имеет галь ванической связи с электродом земля, и если гальванический элемент нагружен на аналогичный, то на выходе области 5 бупаетвьюокое напряжение, равное напряжению оптирования перехода меясду областями Ь, 7н подложкой. Нарушение упомянутой гальванической связи происходит вследствие перекрытия участка подложки, расположенного между электродами выход и , слоями объемных зарядов закрытых переходов меж 60 5.4 у обл.кгтямн 6, / и пэллэжкой ( обт:-- мнык .;5рядов П5казан)1 нт фиг. 2 пунктиом). Если на входах I и Ц приложено высокое напряжение, превышающее напряжение отпирания переходов между областями 6,7 и подломской, то между электродами выход и земля имеется галымническаясвяаьи напряжение на выходе логического элемента близко к напржкению Eta электроде земля. Упомянутая гальван гческая связь обеспечивается уменьшением размеров в области объемного заряда переходов между областями б, 7 и подложкой при увеличении напряжения на входах I и II . Если к из входов приложено низкое напряжение, то представляются две возможности. Первая - когда удельное сопротивление подложки и расстояние между областями 6 н 7 выбраны таким образом, что ширина слоя объемного заряда перехода между областью 6 и подложкой больше или равна расстоянию областями 6 и 7. Вторая возможность - ширина слоя объемного заряда упомянутого перехода меньше расстояния между областями 6 и 7. В первом случае гальваническая связь мелшу электродами выход и земля от сутствует, во втором - гальваническая связь между выходом логического элемента и землей имеется. Таким образом, предложенный логический элемент в зависимости от структурно- -топологических параметров (расстояние между затворами и удельное сопротивление подложки) может выполнять логические функдии ИЛИ-НЕ и И-НЕ, Повышение быстродействия логического элемента достигается благодаря использованию в качестве затворных и коллекторных областей неинжектируюших выпрямляющих контактов, например переходов металл - полупроводник. Отсутствие инжекшш неосновньос носителей заряда из затворных областей резко умйньшае1 величину избыточного заряда в подложкеи, следовательно, уменьшает -время переходных процессов в логическом элементе при переходе из открытого состояния в закрытое. Повышение плотности компоновки достигается тем, что являются плоскими и мЬгут формироваться в маске затворы с минимальными .размерами. Предлагаемый логический элемент технологичен и может быть изготовлен по пленарной TexiJWioniH как с применением эпитаксиальных , так и без них.

Широкие функциональные возможности, высокое быстродействие и технологичность делают возможным широкое использование предлагаемого элемента при построении больших интегральных схем с высокой5

плотностью элементов на кристалле

Формула изобретения

1. Интегральный логический элемент с О входными и выходным электрбдамн, содержащий биполярный транзистор в цепи питаffArJrod

ния и полевой переключательный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродейстаня и плотности компоновки, затворы полевого пере ключательного элемента выполнены в виде неинжектирующих выпрямляющих контактов, а выходной электрод расположен в области перекрытия объемных зарядов затворов. 2. Элемент по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что затворы персл эча- тельного элемента и коллекторы б :поля{Уного транзистора совмещены.

Т

Pi/f.f

/wy

3 f€

жо91

- /

I о