DE2027127B2 - Integrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Description

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spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusatz-K Zone (C) über einen Schalter (S) mit dem Steuerpotenlial verbunden ist.

3. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (E) von der zusätzlichen Zone (^ ) und diese von der Kollektorzone (C) umschlossen

4. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Kollektorzone (C) die zusätzliche Zone (C ) te auf einen geringen Spalt umschließt und aaß m diesem Spalt die Emitterzone (E) angeordnet ist.

5. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die KoI-lektorzonen (CIl, CU; CIl, CU) zweier-benachbarter Transistoren sich mit ihren Spalten gegenüberliegend symmetrisch zueinander angeordnet sind und daß sich die gemeinsame Emitter-

zone (£1; £2) der beiden Transistoren in beide Spalten hineinerstreckt.

6. Integrierte Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die aus der Zonenfolge Emitterzone (E), Basis-Kontaktzierungszone(ß) und zusatzliche Zone (C)

gebildeten Transistoren nur eine kle.ne inverse Stromverstärkung aufweisen.

7. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 6, "dadurch gekennzeichnet, daß die,Emitterzone (E) von einer hochdotierten Zone (B) des entgegengesetzten Leitungstyps umgeben ist die ieweils zur zugehörigen zusätzlichen Zone (C ) hin unterbrochen ist.

Logikschaltungen erzielen, da sich die in Umgf* J> _mnen Schaltungen infolge auftretenden Pegelwerte nicht ohnemj eres _{lartechnologie} ausgeführten Schaltun^en lassen, die als Treiberschaltungen noch S _11<;ätzlich gebraucht werden.

™^ich _rf_in5_{e> die für} eine hohe Packungsdichte Lnlieeen von der damit verbundenen Ver^sP^rJ^cne;' _des ^B _P1'_atzbedarfes abgesehen, insbesondere ™gnu«g^ _angestrebten Kostenersparnis, in einer

gg^der Zuverlässigkeit der Schaltungen und in Erholiu g ^ ^^ _{beim Herstellungs}_

^ _den hinsichtlich der Packungsdichte vor-.^^^^istor-Transistor-Logikschaltungen, die ^™_{hlich aus} Transistoren aufgebaut sind war ^auptsa _en, _große Halbleiterflachen-

man ms ^ notwendige Isolation der auf einem ^J5J_e™f_ättehen untergebrachten TeilschaUungen JJ^ _vorzusehen. Die Iso ation wird meist zusätzliche, die die Halbleiterlemente auf-_{Uerschicht bis zum} Halbleitersub_{de Diffusion err}eicht. Dabei reten ^^^^^^ auf, die etwa die Großenlaterale au _vertikalen Diffusionstiefe aufweisen. °^rdnuI\J eigentlichen Diffusionsbreite fur diese Isolationsdiffusionen liefern die durch den zusatzf^^Maskieningsschritt bedingten Toleranzproh hen M-J^J _{auf die erreichbare} Packungs-D eme _Faktoren.

dicnie ^s _{ah mit der} monolithischen Aus-

™ bipolaren Schaltungen ist es bereits be-

.^e6^ung ■ Verbesserung der üblichen topologisch«! „ Schaltunosauslegung, wonach für jedes Schaltungselement eine besondere Isolationswanne vorgesehen ist mehrere Schaltungskomponenten innerhalb einer einzigen Isolationswanne zusammenzufassen. Es werden dabei vorzugsweise gleichartige und auf demselben Potential liegende Halbleiterzonen gemeinsam

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung aus mehreren lateral aufgebauten, eine gemeinsame Basiszone aufweisenden Transistoren, die über an eine gemeinsame Emitterstromquelle angeschlossene Emitterelektroden und eine gemeinsame Basiselektrode als einzeln schaltbare Stromquellen betrieben werden.

sÄ^is der DT-PS 10 63 279 bereits eine inteso Halbleiterschaltung mit mehreren als einzeln g£^rie Stromquellen betriebenen Transistoren ^^J^^ _{die eine} gemeinsame Basiszone so^rnSere nebeneinander auf ein und derselben gj^ggnieite _des Halbleiterkörpers angeordnete uoern^ ^ _Koll₍,ktorekktroden aufweisen. Im

Prinzip handelt es sich dabei um eine Vierschichtstruktur, bei der durch besondere Maßnahmen dafür gesorgt ist, daß durch Zufuhr abgestufter Ströme über die Emitterelektroden nur jeweils eine der Kollektorelektroden Strom ziehen kann.

Eine derartige Halbleiterschaltung weist mehrere Nachteile auf, deren Vermeidung von größtem Interesse ist. Die einzelnen Transistoren werden in Sättigung betrieben. Optimale Ergebnisse hinsichtlich hoher Schaltgeschwindigkeit bei gleichzeitig geringer Verlustleistung und geringem Platzbedarf entsprechend den derzeit aufgestellten Forderungen sind nicht zu erzielen. Die Halbleiteranordnung weist einen relativ komplizierten Aufbau auf, der ein aufwendiges Herstellungsverfahren erforderlich macht.

Ein in vieler Hinsicht vorteilhafterer Grundbaustein für schaltbare Stromquellen ist bereits aus »IRE Transactions On Circuit Theory«, Sept. 1957, S. 236 bis 240, unter dem Titel »Millimicrosecond Transistor Current Switching Circuits« bekannt. Dieser Grund- *° baustein weist insbesondere hinsichtlich der erreichbaren Schaltgeschwindigkeit beträchtliche Vorteile auf. Der Grundbaustein besteht aus einzeln schaltbaren, emittergekoppelten Transistorstufen. Im gemeinsamen Emitterkreis liegt eine Konstantstrom- *5 quelle. Über an die Basen der Transistoren angelegte Steuersignale lassen sich die Kollektorströme nach dem Stromübernahmeprinzip schalten. Eine in üblicher Weise in monoJithischer integrierter Technik verwirklichte Schaltung dieser Art besteht dann aus einem Halbleitersubstrat mit einer darauf aufgewachsenen Epitaxieschicht entgegengesetzten Leitungstyps. In diese Epitaxieschicht sind für jeden Transistor lateral jeweils eine Emitter- und eine Kollektorzone eindiffundiert. Der jeweils zwischen diesen Zonen liegende Bereich der Epitaxieschicht bildet die zugeordneten Basiszone. Da nicht nur die Emitterzonen, sondern über die Epitaxieschicht auch die Basiszonen der Transistoren verbunden sind, müssen die einzelnen Transistoren jeweils durch eine zusätzliche, bis in das Substrat reichende Isolationsdiffusion elektrisch voneinander isoliert werden, wenn sie getrennt steuerbar sein sollen. Nachteilig ist dabei der zusätzliche Verfahrensschritt und die damit verbundene Verringerung der erreichbaren Packungsdichte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen integrierten Schaltungsaufbau für die geschilderten emittergekoppelten, als Stromquellen dienenden Transistorstufen anzugeben, der eine möglichst große Packungsdichte bei vereinfachtem Herstellungsprozeß gewährleistet, wobei die Eigenschaft der getrennten Schaltbarkeit der einzelnen Stufen erhalten bleibt. Insbesondere sollen Isolationsdiffusionen vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Emitter- und der Kollektorzone eines jeden Transistors eine zusätzliche, zur Basiszone entgegengesetzt dotierte Zone lateral angeordnet ist, die mit einem Steuerpotential derart beaufschlagt wird, daß der jeweils von der Emitterzone des betreffenden Transistors gelieferte Strom entweder über die zugehörige Kollektorzone oder über die zugehörige zusätzliche Zone abfließt.

Die zusätzliche Zons hat nur geringen zusätzlichen Platzbedarf und erfordert keinen zusätzlichen Verfahrensschritt, da sie sich gleichzeitig mit der Emitterbzw. Kollektordiffusion herstellen läßt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die zusätzliche Zone über einen Schalter mit dem Steuerpoiential verbunden ist. daß die Emitterzone von der zusätzlichen Zone und diese von der Kollektorzone umschlossen ist und daß die Kollektorzone die zusätzliche Zone bis auf einen geringen Spalt umschließt und daß in diesem Spalt die Emitterzone angeordnet ist.

Stromquellen, bestehend aus einzelnen Zweikollektor-Transistoren, entstehen dadurch, daß die Kollektorzonen zweier benachbarter Transistoren sich mit ihren Spähen gegenüberliegend symmetrisch zueinander angeordnet sind und daß sich die gemeinsame Emitterzone der beiden Transistoren in beide Spalten hinein erstreckt.

Um Rückwirkungen über die gemeinsamen Emitter klein zu halten, bestehen vorteilhafte Ausführungsbeispiele darin, daß die aus der Zonenfolge Emitterzone, Basiszone und zusätzliche Zone gebildeten Transistoren nur eine kleine inverse Stromverstärkung aufweisen. Insbesondere ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß die Emitterzone von einer hochdotierten Zone des entgegengesetzten Leitungstyps umgeben ist, die jeweils zur zusätzlichen Zone hin unterbrochen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von vorteilhaften, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I a in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Halbleiterschaltung aus beispielsweise drei Stromquellen,

Fig. Ib dieselbe Anordnung in Draufsicht,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Halbleiterschaltung nach der Erfindung mit zwei Stromquellen und

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels in Draufsicht mit vier paarweise zusammengefaßten Stromquellen.

Die in F i g. I a im Querschnitt und in F i g. 1 b in Draufsicht dargestellte integrierte Halbleiterschaltung beinhaltet drei einzeln schaltbare Stromquellen. Jede Stromquelle besteht im wesentlichen aus einer lateralen Transistorstruktur.

In einem beispielsweise η-leitenden Halbleitersubstrat 1 sind drei p-leitende Emitterzonen El, El und £3 eindiffundiert. Jede dieser Emitterzonen ist rahmenförmig von einer eindiffundierten, p-leitenden Kollektorzone Cl, C2 bzw. C3 umgeben. Die Basiszone ist für alle drei Transistorstrukturen gemeinsam und besteht aus dem Halbleitersubstrat. Die Kontaktierung der Basiszone erfolgt über eine eindiffundierte η+-leitende Kontaktierungszone B.

Ein wesentliches Merkmal der Anordnung besteht nun darin, daß jeweils in die Basiszone zwischen der rahmenförmigen Kollektorzone und der Emitterzone eine zusätzliche, ebenfalls rahmenförme Zone Cl', Cl' bzw. C 3' des gleichen Leitungstyps wie die Kollektor- bzw. Emitterzone eindiffundiert ist. Die Emitterzonen El, El und E3 sind über eine gemeinsame Leitung 2 an eine den Strom Ie liefernde Emitterstromquelle angeschlossen. Die Kollektoren Cl, C2 und C3 sind über Leitungen 3, 4 und 5 mit den zugeordneten, nicht dargestellten Verbrauchern verbunden, die mit den zugeordneten Kollektorströmen Ic 1, Ic 1 und Ic 3 beaufschlagt werden.

Die zusätzlichen Zonen Cl', Cl' und C3' sind über Leitungen 7, 8 und 9 und zugeordnete Schalter Sl, S2 und 53 mit einem geeigneten Potential verbunden, beispielsweise mit Massepotential. Auch die

gemeinsame Basiszone 1 ist über eine Leitung 6 an geeignetes Potential, im betrachteten Ausführungsbeispiel ebenfalls an Massepotential, gelegt.

Die Potentialverhältnisse sind so gewählt, daß sich bei geöffneten Schaltern Sl, 52 und S3 der zügeführte Emitterstrom Ie gleichmäßig auf die einzelnen Emitter El, E2 und E3 verteilt und daß in den zugeordneten Kollektorkreisen die KollektorströmeIcI, Ic 2 und /c3 fließen. Bei identischer Ausführung der einzelnen Transistorstrukturen sind diese Ströme etwa gleich groß. Durch Schließen der Schalter Sl, S2 und S3 können die zusätzlichen Zonen CY, C2' und C 3' an ein Potential gelegt werden, so daß die Kollektorströme /el, Ic2 und Ic3 nicht mehr über die Leitungen 3, 4 und 5 zu den Verbrauchern geleitet, sondern über die zusätzlichen Zonen C1', C 2' und C 3', die zugeordneten Leitungen 7, 8 und 9 und die Schalter Sl, S2 und S3 abgeleitet werden. Mit Hilfe der Schalter können somit einzelne oder sämtliche Verbraucher beliebig mit Kollektorstrom versorgt werden oder nicht. Bei geöffnetem Schalter fließt im zugeordneten Verbraucher Kollektorstrom, und bei geschlossenem Schalter wird dieser Kollektorstrom über die zugeordnete zusätzliche Zone vom Verbraucher abgeschaltet.

Das in F i g. 2 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel besteht wiederum aus einem η-leitenden Substrat 20, das die gemeinsame Basiszone bildet.

Die Kollektoren C1 und C 2 der beiden Transistorstrukturen bestehen aus p-leitenden, rahmenförmigen Gebieten, die an einer Seite unterbrochen sind, also einen Spalt aufweisen. Die Emitterzonen El und £2 sind im Bereich dieser Spalten eindiffundiert. Die zusätzlichen p-leitenden Zonen Cl' und C 2' liegen in der Basiszone innerhalb der rahmenförmigen KoI-lektorzonen Cl und C 2. Diese Anordnung bezweckt eine kleine inverse Stromverstärkung der Transistorstrukturen El, B, CY bzw. E2, B, C2'. Außerdem ist im Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2 um die Emitterzonen El und E2 jeweils eine nach der zusätzlichen Zone CY und C2' hin offene, entgegengesetzt zur Emitterzone, hochdotierte klammerförmige Zone BX bzw. B2 eindiffundiert. Durch diese Zone wird das Übertreten injizierter Löcher direkt zur Kollektorzone Cl bzw. C 2 verhindert, da die Injektion dort stark vermindert und zur Emitterzone £1 bzw. £2 gelenkt wird und da die Lebensdauer der wenigen noch in der hochdotierten Zone B1 bzw. B 2 injizierten Löcher sehr klein ist.
Die Emitter El und E2 sind wiederum über eine gemeinsame, den Emitterstrom Ie führende Leitung 21 an eine nicht dargestellte Emitterstromquelle angeschlossen. Die Kollektorzonen Cl und C 2 sind über Leitungen 23 und 25 mit den nicht dargestellten

ίο Verbrauchern verbunden. Die zusätzlichen Zonen Cl' und C 2' liegen über Leitungen 22 und 24 und zugeordnete Schalter Sl und S 2 an Massepotential. Die gemeinsame Basiszone 20 ist über eine hochdotierte Zone B kontaktiert und über eine Leitung 26 ebenfalls an Massepotential gelegt. Durch Schließen oder öffnen der Schalter Sl und S 2 fließen die Kollektorströme /el und /c2 entweder zum Verbraucher oder werden über die Schalter abgeführt.

Eine Weiterbildung des in F i g. 2 gezeigten Aus-

ao führungsbeispiels ist der F i g. 3 zu entnehmen. Die beiden Transistorstrukturen sind hierbei als Mehrfach-Kollektor-Transistoren ausgeführt. In ein wiederum als gemeinsame Basiszone 30 dienendes Halbleitersubstrat sind zwei Emitterzonen El und £2 eindiffundiert. Lateral zu jeder dieser Emitterzonen sind in symmetrischer Anordnung zwei, die Emitterzone klammerähnlich umfassende Kollektorzonen CIl und C12 bzw. C21 und C22 angeordnet. In der Basiszone innerhalb der Kollektorzonen sind die zusätzlichen Zonen CIl' und C12' bzw. C 21' und C 22' eindiffundiert. Zur Vermeidung von Rückwirkungen über die Emitter sind diese wiederum zu den Kollektoren CIl und C12 bzw. C21 und C22 hin von hochdotierten Gebieten Bl und B 2 gleichen

Leitfähigkeitstyps wie die Basiszone umgeben. Die Emitterstromzufuhr erfolgt über die gemeinsame Leitung 31. Die Kollektorströme IcIl, /cl2, /c21 und /c22 fließen über die Leitungen 32, 35, 36 und 39. Das Schalten der Kollektorströme erfolgt wiederum über Schalter SIl, S12, S21 und S22, die übet Leitungen 33, 34, 37 und 38 mit den zusätzlichen Zonen CIl', C12', C 21' und C 22' verbunden sind. Die Basiszone 30 ist über ein hochdotiertes Gebiet E kontaktiert und über Leitung 40 an ein geeignetes

Potential gelegt.

Hierau 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 Integrierte Halbleiterschaltung aus mehreren _in bekannter Weise mittels söge-

Emitterelektroden und eine gemeinsame Basis una _{dung von} unipolaren Feldeffekt Iransi

elektrode als einzeln schaltbare Stromquellen be- der ^yc bipolaren Transistoren entspricht Die

wird, daß der jeweils von der Emitterzone #5

Schaltungen geht ein