DE1918557A1 - Integrierter Schaltkreis - Google Patents

Integrierter Schaltkreis

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Description

6762-69/H
RCA 59,591
U.S,Serial No 720,509
Filed April 11, 1968
Radio Corporation of America, New York, N.Y,, USA.
Integrierter Schaltkreis
Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis mit mindestens zwei Transistoren, die jeweils Emitter-, Basis- und Kollektorzonen aufweisen·
Insbesondere betrifft die Erfindung einen integrierten monolithischen Halbleiter- Leistungsausgangskreis, der in Verbindung mit anderen integrierten Schaltungen wie z.B. einer Empfangs- oder Sendeschaltung oder dergleichen verwendbar ist.
Bei bekannten integrierten Schaltkreisen, die in der Lage sind, relativ hohe Ströme zu führen, waren entweder einzelne aktive Bauelemente oder viele zusammengeschaltete kleinere Bauelemente erforderlich. Schaltkreise mit einzelnen großen Bauelementen besaßen einen übermäßigen Zuleitungswiderstand· Bei Schaltkreisen mit mehreren ^lementen war es gewöhnlich unvermeidbar, daß die Leitungen zwischen ihnen einander irgendwo überkreuzen mußten, woraus sich beim Herstellungsverfahren zusätzliche Verfahrensschritte und höhere Kosten ergeben. Bei beiden Schaltungsarten führen ungleichmäßige Leiterwiderstände von Teilelementen des Schaltkreises zu einem ungleichmäßigen Stromverlauf in kleinen Teilen des Kreises. Diese als "hogging" bezeichnete-Erscheinung schränkt die Größe und das Leistungsverhalten des Schaltkreises stark ein.
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Ein Leistungsschaltkreis gemäß der Erfindung besitzt mehrere Transistoren, die miteinander zusammengeschaltet sind, ohne daß sich Überkreuzungen der Verbindungsleitungen ergeben. Die Transistoren des Schaltkreises sind in parallel nebeneinander verlaufenden Reihen angeordnet, wobei sich zwischen.den Bauelementen Leiter erstrecken, durch die sie zu einer Mehrzahl von parallel geschalteten Paaren verbunden werden· Diese Leiter sind so angeordnet, daß keiner von ihnen einen anderen überkreuzt· Der Schaltkreis kann eine Vorrichtung enthalten, welche gewährleistet, daß über verhältnismäßig große Flächen ein Stromausgleich oder eine Stromglättung bewirkt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt· Die Zeichnung zeigt ins
1 die schematische Schaltungsanordnung eines Leistungsausgangs' kreises gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den in monolithischer integrierter Form ausgeführten Kreis gemäß Fig· 1; ,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Ebene 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt längs der Ebene 4-4 in Fig. 2; und Fig. 5 einen Schnitt längs der Ebene 5-5 in Fig. 2.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung eines integrierten Schaltkreises gemäß der Erfindung. Der Schaltkreis besitzt mehrere Transistoren 10, 11, 12, 13, 14, 15» 16 und 17» die zu einer Mehrzahl von Parallelen, gemäß einer Darlington-Schaltung aufgebauten Paaren zusammengeschaltet sind. Hierzu ist die Basis eines jeden der Transistoren 10, 11, 12, 13 auf der Eingangsseite der Darlington-Paare mit einem ^eiter 26 gekoppelt, der einen Eingangsleiter für den Schaltkreis darstellt.Die Kollektoren sämtlicher Transistoren 10 bis 1? sind mit einem Leiter 28 gekoppelt, der als Ausgangsleiter des Schaltkreis dient. Die ■ . Emitter der Transistoren 10, 11, 12 bzw* 13 sind über Leiter 3Of 31, 32 bzw» 33 jeweils mit der Basis eines der Transistoren 14,
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15» 16 bzw. 17 verbunden· Die Emitter der Transistoren 14, 15, 16 und 17 echließlich sind an einen Leiter 54 angeschlossen, der im Betrieb des Schaltkreises den Eingangs- und Ausgangskreisen gemeinsam ist. Beim dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzen die Transistoren 14, 15, 16 und 17 Doppelemitteranordnungen·
Ss sind Vorkehrungen getroffen,einen Ausgleich der Stromverteilung in jedem der Darlington-Baare im Schaltkreis herbeizuführen· Zu diesem Zweck sind Widerstände 40, 41, 42 und 43 vorgesehen, von denen jeder in Reihe zwischen den Leiter 26 und die Basis eines der Transietoren 10, 11, 12 und 13 geschaltet ist. Der Wert dieser Widerstände richtet sich nach dem Aufbau des Schafckreises in seiner integrierten monolithischen Form, wie weiter unten erläutert werden wird·
Der Schaltkreis nach Fig. 1 ist dazu bestimmt, als Leistungeausgangskreis in Verbindung mit anderen (nicht dargestellten) Schaltungsanordnungen verwendet zu werden· In seiner integrierten Form, die nachfolgend beschrieben werden wird, kann der Schaltkreis für Anwendungsfälle dienen, bei denen ein intermittierender Leistungsauegang von feis zu 25 Ampere auftritt und dabei auf einem quadratisches Blättchen normaler Größe mit einer Seitenlänge von ungefähr 1,78 ma angeordnet sein·
Ihn die Beschreibung des Schaltkreises in seiner integrierten Form mit dem schema tischen Schaltbild gemäß Fig· 1 in Übereinstimmung zu i bringen, werden für die entsprechenden Bestandteile in der strukturellen Darstellung der Figuren 2 bis 5 die gleichen Bezugszahlen verwendet· In seiner integrierten Form ist der Schaltkreis allgemein mit 56 bezeichnet« Er umfaßt ein Blättchen 53 aus einem Halbleitermaterial,vorzugsweise Silicium, das eine planare Oberfläche 60 besitzt.
Innerhalb des Blättchens 58 in der Nähe seiner Oberfläche 60 befinden sich eindiffundierte Zonen, welche die verschiedenen Transistoren des Schaltkreises bilden. In den Fig. 2 und 3 sind beispielsweise die Zonen dargestellt, aus denen die Tranistoren 10 und 14 bestehen. Das Material des Blättchens 58 ist η-leitend und.
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bildet eine gemeinsame Kollektorzone für sämtliche Transistoren des Schaltkreises· Dieses Material vom η-Typ kann eine Epitaxiaischicht sein, die sich auf einem p-leitenden Substrat (nicht dar- . gestellt) befindet, wenn dies gewünscht wird·
Der Transistor 10 besitzt eine p-leitende Basiszone 62*(in Fig. 2 , schwach gepunktet) und eine n-leitende Emitterzone 64 (stark gepunktet), die sich innerhalb der Basiszone 62 in der Nähe von deren Rand 65 befindet, welcher dem Transistor 14 am nächsten liegt oder an diesen angrenzt· Der Transietor 14 besitzt eine p-leitende Basiszone 66 und zwei η-leitende Emitterzonen 68 und 69 (vgl· Pig· 2 und 5). Die Transistoren 11, 12 und 13 gleichen dem Transistor 10 und die Transistoren 15, 16 und 17 gleichen dem Transistor 14·
Die Transistoren 10, 11, 12 und 13 sind in einer Reihe angeordnet und die Transistoren 14, 15» 16 und 17 gehören zu einer benachbarten parallelen Reihe· Die Transistoren werden durch ein Metallisierungsmuster miteinander verbunden, das in herkömmlicher Weise aufgebracht wird, und zwar dadurch, daß man auf die Oberfläche 60 des Blättchens 58 eine Schicht 70 aus Isoliermaterial aufbringt und bei den aktiven Zonen des Transistors Öffnungen einätzt· Die leitenden Schichten des Metallisierungsmusters werden auf die Isolierschicht niedergeschlagen und reichen in diese Öffnungen hinein, um die verschiedenen Zonen zu kontaktieren·
Die Metallisierung umfaßt eine erste leitende Schicht 26, die Teile 27 aufweist, welche mit den Basiszonen 62 der Transistoren 10, 11, 12 und 13 bei demjenigen Rand dieser Basiszonen in Kontakt steht, welcher von den Emitterzonen 64 abseits liegt· Eine zweite leitende Schicht 28 besitzt Pingerteile 29» die in Kontakt mit der gemeinsamen Kollektorzone sämtlicher Traneistoren 10 bis 17 stehen, wie ee in den Pig· 4 und 5 dargestellt ist· Die Pingerteile 29 verlaufen angrenzend an die Basiszonen sämtlicher Tran-' sistoren, so daß deren Kollektorwiderstand auf ein Minimum herabgesetzt wird. Mehrere getrennte leitende Schichten 30, 31, 32 bzw, 33 verbinden die Emitterzonen 64 der Transistoren 10, 11, 12
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bzw. 13 mit den Basiszonen 66 der (Transistoren 14, 15» 16 bzw. 17,'wie es in den Fig· 2 und 5 dargestellt ist·
Mittels einer leitenden Schicht 34, die Pingerteile 38 besitzt, welche in Kontakt mit den Emitterzonen 68 und 69 von jeweils einem der Transistoren 14, 15» 16 bzw, 17 stehen, besteht ein Anschluß an diese Emitterzonen 14 bis 17·
Die Widerstände 40, 41, 42 und 43 werden durch Teilender Basiszonen 62 der Transistoren 10, 11, 12 und 13 gebildet. Bisher war es üblich, den Basiskontakt eines Transistors nahe bei der Emitterzone anzuordnen, um den Basiswiderstand möglichst gering zu halten· Gemäß der Erfindung jedoch wird der Basiskontaktteil 27 und die jeweilige Emitterzone 64 jedes der Transistoren 10, 11, 12 und 13 an voneinander entfernte Enden der Basiszone 62 angeordnet, so daß der Zwischenraum zwischen ihnen verhältnismäßig groß ist· Dadurch wird der für einen Stromausgleich wünschenswerte Widerstand gewährleistet und außerdem entsteht ein Zwischenraum, in welchen Teile der leitenden Kollektorschicht bequem untergebracht werden können. Mit anderen Worten: Die leitende Schicht überquert die Basiszonen der Transistoren 10, 11, 12 und 13· Durch die Isolierschicht 70 wird die leitende Schicht 28 gegen die Basiszonen 62 isoliert, wie in Fig. 4 zu sehen ist.
Die in Pig·. 2 dargestellte Anordnung der leitenden Schichten gewährleistet alle erforderlichen Schaltungsverbindungen mittels einer einzigen Metallisierungsschicht· Der Schaltkreis kann daher auf verhältnismäßig einfache Weise unter Anwendung der aus der Technik der integrierten Schaltungen bekannten Verfahren hergestellt werden· Es können Transistorpaare in beliebiger Anzahl und jede Anzahl von Reiehn aus Transistorpaaren vorgesehen werden·
Der oben beschriebene Schaltkreis kann entweder als ein gesonderter Schaltkreis auf einem monolithischen Siliciumblättchen hergestellt werden oder er kann mit anderen Schaltungsanordnungen auf einem einzigen Blättchen kombiniert werden. Er soll vor allem als ein« Leistungsausgangsstufe dienen und insbesondere eine hohe Strom- ·
unä
verstärkungVeine Impedanzanpassung zwischen einem Signalübertragung*" kreis und einem Verbraucher bewirken,
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Claims (1)

  1. fa
    Patentansprüche
    Integrierter Schaltkreis mit mindestens zwei Transistoren» die Jeweils Emitter», Basis» und Kollektorzonen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (64) des ersten Transistors (10) innerhalb seiner Basiszone (62) und in der Nähe von deren dem zweiten Transistor (14) nächstgelegenem Rand angeordnet ist; daß eine erste leitende Schicht (26) mit einem Teil (2?) an einer Stelle in der Nähe des abseits vom zweiten Transistor liegenden Randes der Basiszone des ersten Transistors in Kontakt mit dieser Basiszone steht; . daß eine zweite leitende Schicht (28) vorgesehen ist, die " fingerartige Ausläufer (29) aufweist, welche in Kontakt mit den Kollektorzonen (38) beider Transistoren stehen und nahe neben der Basiszone beider Transistoren verlaufen, und die einen Teil besitzt, der sich·zwischen der Emitterzone (60 des ersten Transistors und dem kontaktierenden Teil (27) der ersten leitenden Schicht erstreckt; daß eine dritte leitende Schicht (54) mit einem Teil (38) in Kontakt mit der Emitterzone (68, 69) des zweiten Transistors (14) steht; und daß eine vierte ^Leitende Schicht (30 bis 33) vorgesehen ist, welch· alt einen Teil mit der Emitterzone (64) des ersten Transistors und mit einem anderen Teil mit der Basiszone (66) dee streiten Transistors in Kontakt steht·
    2· Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Transistoren vorgesehen sind, von denen mindestens einige eine Leistungsausgangsstufe bilden und in benachbarten parallelen Reihen (10 bis 13; 14 bis 17), die jeweils die gleiche Anzahl von Transistoren enthalten, angeordnet sind; daß auf einer Oberfläche (60) eines Grundkörpers (58) eine Schicht (70) aus Isoliermaterial aufgebracht ist, die bei den Emitter», Basis» und Kollektorzonen jedes dieser Tran» sistoren Kontaktierungsöffnungen aufweist; daß die erste leitende Schicht (26) auf dieser Isolierschicht liegt und mit Teilen in Kontakt mit den Basiszonen (62) aller Transistoren
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    (10 bis 13) einer der Reihen steht und diese Basiszonen' · miteinander verbindet, daß diese Teile mit den Basiszonen an Stellen in Kontakt stehen, die von den Emitterzonen (64) dieser Transistoren abgelegen sind, und daß die Transistoren dieser einen Reihe einen merklichen Basiswiderstand (40 bis 43) enthalten; daß die zweite leitende Schicht (26) ebenfalls auf der Isolierschicht liegt und mit Teilen in Kontakt mit den Kollektorzonen (5Q) aller Transistoren beider Reihen steht und diese Zonen miteinander verbindet\ daß auch die dritte leitende Schicht auf der Isolierschicht liegt und mit Teilen in Kontakt mit den Emitterzonen (68, 69) aller Transistoren (14 bis 17) einer zweiten Reihe steht und diese Zonen miteinander verbindet; und daß mehrere gesonderte leitende Schichten (30 bis 33) auf der Isolierschicht angeordnet sind, ▼on denen eine jede mit Teilen in Kontakt mit der Emitterzone (64) eines der Transistoren (10 bis 13) der einen Reihe und alt der Basistone (66) eines der Transistoren (14 bis 17) der zweiten Reihe steht·
    3· Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite leitende Schicht (26) sich über die Basiszonen (62) der Transistoren (10 bis 13) der einen Reihe an einer Stelle erstreckt, die zwischen dem Basiskontakt und der Emitterzone jedes dieser Transistoren liegt.
    4· Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktierenden Teile der zweiten leitenden Schicht (28) Finger (29) aufweisen,die sich angrenzend an die Basiszonen erstrecken*
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