DE2229122A1 - INTEGRATED CIRCUIT - Google Patents
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Description
Integrierter Schaltkreis Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis mit einer aus einem reibertransistor und einem #eistungstransistor bestehenden Darlingtonschaltung, deren für beide Transistoren gemeinsamer Kollektor in eine zu Isolierungszwecken dienende Wanne aus einem Halbleitermaterial entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps wie dem dieses Kollektors eingebettet ist, wobei die Basen der beiden Transistoren in diesen Kollektor und die Emitter der beiden Transistoren und in diese Basen eindiffundiert sind,/zwischen dem gemeinsamen Kollektor und dem den unteren Teil der Wanne bildenden Substrat eine als vergrabene Schicht ausgebildete Leitschicht vorgesehen ist. Integrated Circuit The invention relates to an integrated circuit Circuit with one consisting of a friction transistor and a power transistor Darlington circuit, the collector of which is common to both transistors For insulation purposes serving well made of a semiconductor material opposite Conductivity type like that of this collector is embedded, with the bases of the two transistors in this collector and the emitters of the two transistors and are diffused into these bases / between the common collector and the den The substrate forming the lower part of the well is a buried layer Conductive layer is provided.
Bei den bekannten integrierten Schaltkreisen dieser Art erstreckt sich die Leitschicht - abgesehen von einem notwendigen seitlichen Abstand von der isolierenden Wanne - über die gesamte fläche, die die beiden Transistoren insgesamt einnehmen, was zur Folge hat, daß die Sättigungsspannung der monolithischen Darlingtonschaltung verhältnismäßig hoch ist. Eine bereits bekannte Möglichkeit zur Abhilfe besteht darin, die beiden Transistoren in getrennten Wannen unterzubringen, was jedoch erheblich mehr Fläche beansprucht.In the known integrated circuits of this type extends the conductive layer - apart from a necessary lateral distance from the insulating tub - over the entire area that the two transistors in total occupy, which has the consequence that the saturation voltage of the monolithic Darlington circuit is relatively high. There is an already known possibility of remedial action in accommodating the two transistors in separate tubs, which, however, is considerable takes up more space.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem integrierten Schaltkreis der eingangs genannten Art die Sättigungsspannung der monolithischen Darlingtonschaltung zu erniedrigen, ohne daß dabei der Flächenbedarf für diese Schaltung erhöht wird.The invention is based on the object in an integrated circuit of the type mentioned above, the saturation voltage of the monolithic Darlington circuit to reduce without increasing the area required for this circuit.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitschicht in zwei jeweils einem der beiden Transistoren zugeordnete Teilabschnitte unterteilt ist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der gegenseitige Abstand der beiden Teilabschnitte kleiner als die Breite der unter der Kollektormetallisierung liegenden Kollektorkont#aktierungszone gewählt ist.According to the invention, this object is achieved in that the conductive layer divided into two subsections each assigned to one of the two transistors is. It is particularly useful if the mutual distance between the two Partial sections smaller than the width of the one below the collector metallization Collector contact activation zone is selected.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben und erläutert.Further details of the invention are given below with reference to the drawing described and explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 das elektrische Schaltbild der bekannten Darlingtonschaltung; Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem integrierten Schaltkreis, der eine bekannte monolithische Struktur einer Darlingtonschaltung enthält, im Querschnitt; Fig. 3 die Ersatzschaltung der monolithischen Darlingtonschaltung nach Fig. 2 mit den dazugehörenden Kollekb@hn tohwiderständen ~ Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem integrierten Schaltkreis, der eine erfindungsgemäße monolithische Struktur einer Darlingtonschaltung enthält, in der Draufsicht; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V - V der Fig. 4; Fig. 6 die Ersatzschaltung der monolithischen Darlingtonschaltung nach den Figuren 4 und 5 mit den dazugehörenden Kollektorbahnwiderstanden.1 shows the electrical circuit diagram of the known Darlington circuit; Fig. 2 shows a section of an integrated circuit which is a known monolithic Structure of a Darlington circuit containing, in cross section; 3 shows the equivalent circuit the monolithic Darlington circuit according to FIG. 2 with the associated Kollekb @ hn tohwiderektiven ~ Fig. 4 shows a section of an integrated circuit, the contains a monolithic structure according to the invention of a Darlington circuit, in plan view; FIG. 5 shows a section along the line V - V in FIG. 4; FIG. Fig. 6 the equivalent circuit of the monolithic Darlington circuit according to Figures 4 and 5 with the associated collector rail resistances.
In der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist die Basis eines Leistungstransistors LT mit dem Emitter eines Treibertransistors TT verbunden, während die Kollektoren der beiden Transistoren miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine Kombinationseinheit gebildet, welche als äußere Anschlüsse einen Kollektoranschluß K, einen Emitteranschluß E und einen Basisanschluß B hat und als einzelner Transistor betrachtet werden kann. Diese Schaltung wird allgemein als Darlingtonschaltung bezeichnet.In the circuit arrangement shown in Fig. 1, the basis is one Power transistor LT connected to the emitter of a driver transistor TT while the collectors of the two transistors are connected to each other. This will a combination unit is formed which has a collector connection as external connections K, an emitter terminal E and a base terminal B and as a single transistor can be viewed. This circuit is commonly referred to as a Darlington pair.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einem integrierten Schaltkreis dargestellt, der eine in bekannter Weise ausgebildete monolithische Struktur einer Darlingtonschaltung enthält.In Fig. 2 a section from an integrated circuit is shown, the one formed in a known manner monolithic structure of a Darlington circuit contains.
Der Trägerkristall wird von dem Substrat 15 aus p-leitendem Halbleitermaterial gebildet. In das Substrat 15 ist eine Leitschicht 16 eindiffundiert, die eine hochdotierte n-leitende Zone, eine sogenannte n+-Zone bildet. Oberhalb dem mit der Leitschicht 16 versehenen Substrat 15 ist eine Epitaxialschicht 17 aus n-leitendem Halbleitermaterial vorgesehen. Beim Aufwachsen dieser Schicht ist ein Teil der Störstellen der Leitschicht 16 in die Epitaxialschicht 17 hineindiffundiert, so daß die Leitschicht 16 sich teilweise in die Epitaxialschicht 17 hineinerstreckt. In die aufgewachsene Epitaxialschicht 17 ist eine aus p-leitendem Halbleitermaterial bestehende Isolierungsdiffusionszone 18 so tief eindiffundiert, daß sie mit dem p-leitenden Substrat 15 einen zusammenhängenden p-leitenden, im folgenden als Wanne bezeichneten Bereich 18, 15 bildet. Die Isolierungsdiffusionszone 18 stellt dabei einen geschlossenen, als rechteckiger Rahmen ausgebildeten Hig (Fig. 4!) dar, der um den für die Darlingtonschaltung vorgesehenen Bereich der Epitaxialschicht 17 gelegt ist, um diesen Bereich elektrisch von den übrigen rnjeiien der integrierten Schaltung abzutrennen.The carrier crystal is made from substrate 15 made of p-conductive semiconductor material educated. A conductive layer 16, which is highly doped, is diffused into the substrate 15 n-conductive zone, a so-called n + zone. Above that with the Substrate 15 provided with conductive layer 16 is an epitaxial layer 17 made of n-type conductive Semiconductor material provided. When this layer is grown, some of the imperfections are present of the conductive layer 16 diffused into the epitaxial layer 17, so that the conductive layer 16 extends partially into the epitaxial layer 17. In the grown up Epitaxial layer 17 is an insulation diffusion zone made of p-conducting semiconductor material 18 diffused so deep that it is connected to the p-conductive substrate 15 Forms p-conducting area 18, 15, hereinafter referred to as a trough. The isolation diffusion zone 18 represents a closed high, designed as a rectangular frame (Fig. 4!), Around the area of the epitaxial layer intended for the Darlington circuit 17 is placed to this area electrically from the other rnjeiien of the integrated Disconnect circuit.
In den innerhalb der Isolierungsdiffusionszone 18 liegenden Teil der Epitaxialschicht 17 sind zwei weitere Zonen aus pleitendem llalbleiterm&terial eindiffundiert, die aber eine geringere Diffusionstiefe als die Isolierungsdiffusionszone 18 haben. Es sind dies die Basiszone 20 des Leistungstransistors LT und die Basiszone 21 des Treibertransistors TT. Der von diesen beiden Zonen 20, 21 freigelassene Raum innerhalb der Wanne 18, 15 bildet den gemeinsamen Kollektor 19 der beiden Transistoren LT, TT. Schließlich sind in den Kollektor 19 und in die beiden Basiszonen 20, 21 noch insgesamt drei Zonen aus n+-leitendem Halbleitermaterial eindiffundiert, nämlich in den Kollektor 19 eine zur Kolleküorkontaktierung dienende n+-Zone 22 und in die Basiszonen20, 21 die Emitterzonen23, 24 der beiden Transistoren LT, TT, wobei die Zone 23 den Emitter des Leistungstransistors LT und die Zone 24 den Emitter des Treibertransistors TT bildet und wobei ferner die Kollektorkontaktierungszone 22 zwischen den beiden Basiszonen 20, 21 angeordnet ist. Die Basiszone 20 des Beistungstransistors LT ist mit einem Metallkontakt 25 a, die Basiszone 21 des Treibertran sistors TT mit einem Metallkontakt B, die Emitterzone 23 des Leistungstransistors LT mit einem Metallkontakt E, die Emitterzone 24 des Treibertransistors TT mit einem Metallkontakt 25 b und die Kollektorkontaktierungszone 22 mit einen Metallkontakt K versehen. Die beiden Metallisierungen 25 a und 25 b sind sogenannte "innere Anschlüsse und sind über eine Metallisierung 25 c(siehe Fig. 4!), welche innerhalb dem von der Wanne 18, 15 eingeschlossenen Bereich über die Oxidschicht 30 hinweg verläuft, miteinander verbunden. Die Metallisierungen B, E und K sind dagegen äußere Anschlüsse" (vergleiche Fig. 1!).In the part of the lying within the insulation diffusion zone 18 Epitaxial layer 17 are two further zones made of conductive semiconductor material diffused in, but the diffusion depth is less than the insulation diffusion zone 18 have. These are the base zone 20 of the power transistor LT and the base zone 21 of the driver transistor TT. The space left free by these two zones 20, 21 within the tub 18, 15 forms the common collector 19 of the two transistors LT, DD. Finally, in the collector 19 and in the two base zones 20, 21 a total of three zones of n + -conducting semiconductor material diffused, namely in the collector 19 serving for a collector contact n + zone 22 and in the Base zones20, 21 the emitter zones23, 24 of the two transistors LT, TT, the Zone 23 is the emitter of the power transistor LT and zone 24 is the emitter of the Driver transistor TT forms and wherein furthermore the collector contact zone 22 is arranged between the two base zones 20, 21. The base zone 20 of the booster transistor LT is with a metal contact 25 a, the base zone 21 of the driver transistor TT with a metal contact B, the emitter zone 23 of the Power transistor LT with a metal contact E, the emitter zone 24 of the driver transistor TT with a Metal contact 25 b and the collector contacting zone 22 with a metal contact K provided. The two metallizations 25 a and 25 b are so-called "inner connections" and are via a metallization 25 c (see FIG. 4!), which is within the the area enclosed by the well 18, 15 extends over the oxide layer 30, connected with each other. The metallizations B, E and K, on the other hand, are external connections " (Compare Fig. 1!).
Sie sind deshalb über die Oxidschicht 30 hinweg über den von der Wanne 18, 15 eingeschlossenen Bereich hinaus zu anderen Bauelementen der integrierten Schaltung geführt (siehe auch hier Fig. 4!).They are therefore over the oxide layer 30 over that of the tub 18, 15 enclosed area to other components of the integrated Circuit out (see also here Fig. 4!).
Die Widerstände, die die Kollektorströme bei der Anordnung nach Fig. 2 durchfließen müssen, sind in Fig. 3 im Ersatzschaltbild dargestellt. Die Kollektorströme durchfließen gemeinsam den in den Fig. 2 und 3 mit 7 bezeichneten Widerstand.The resistances that the collector currents in the arrangement according to Fig. 2 must flow through are shown in Fig. 3 in the equivalent circuit diagram. The collector currents flow together through the resistor designated 7 in FIGS. 2 and 3.
Dieser Widerstand 7 setzt sich zusammen aus dem Widerstand der Kollektorkontaktierungszone 22 und dem sich daran anschließenden Widerstand, der durch den Abschnitt der Epitaxialschicht 17 zwischen der Kollektorkontaktierungszone 22 und der Leitschicht 16 gebildet wird. Dann trennen sich die Kollektorströme der beiden Transistoren TT, LT. Der Kollektorstrom des Treibertransistors TT durchfließt noch den durch den linken Teil der Leitschicht 16 gebildeten Widerstand 4 und den Widerstand 3, der zwischen dem Emitter 24 des Treibertransistors TT und der Leitschicht 16 liegt. Der Kollektorstrom des Leistungstransistors ST durchfließt noch den durch den rechten Teil der Leitschicht 16 gebildeten Widerstand 6 und den Widerstand 5, der zwischen dem Emitter 23 des Leistungstransistors LT und der Leitschicht 16 liegt.This resistance 7 is composed of the resistance of the collector contact zone 22 and the adjoining resistor that passes through the portion of the epitaxial layer 17 is formed between the collector contact zone 22 and the conductive layer 16. Then the collector currents of the two transistors TT, LT separate. The collector current of the driver transistor TT still flows through the left part of the conductive layer 16 formed resistor 4 and the resistor 3, which is between the emitter 24 of the Driver transistor TT and the conductive layer 16 is located. The collector current of the power transistor ST still flows through the resistor formed by the right part of the conductive layer 16 6 and the resistor 5 between the emitter 23 of the power transistor LT and the conductive layer 16 lies.
Normalerweise sind die durch die Leitschicht 16 gebildeten Widerstände 4 und 6 sehr klein. Die zwischen den Emittern 24, 23 und der Leitschicht 16 liegenden Widerstände 3 und 5 werden im Sättigungsbetrieb der Darlingtonschaltung durch die in das Bahngebiet injiziertenMinoritätsladungstra#ger ebenfalls niederohmig, so daß der größte Teil des Spannungsabfalls in dem gemeinsamen Widerstand 7 erzeugt wird. Um diesen Spannungsabfall klein zu halten, wird zweckmäßigerweise die Fläche der Kollektorkontaktierungszone 22 groß gehalten. Die Breite b1 der Kollektorkontaktierungszone 22 ist dabei größer als die Breite b2 der beiden Emitterzonen 23, 24 zu wählen.Typically, the resistors formed by the conductive layer 16 are 4 and 6 very small. The between the emitters 24, 23 and the conductive layer 16 resistors 3 and 5 are in the saturation mode of the Darlington circuit also low-resistance due to the minority charge carriers injected into the railway area, so that most of the voltage drop is generated in the common resistor 7 will. In order to keep this voltage drop small, the area is expediently the collector contacting zone 22 kept large. The width b1 of the collector contact zone 22 is to be selected to be greater than the width b2 of the two emitter zones 23, 24.
Die niedrigstmögliche Sättigungsspannung einer Darlingtonschaltung ist gegeben durch die Summe aus der Basis - Emitterspannung des Leistungstransistors LT und der Kollektor-Emitterspannung des Treibertransistors TT. Um sie zu erreichen, muß die letztere so klein wie möglich gemacht werden. In der üblichen Anordnung nach den Figuren 2 und 3 fließt der Kollektorstrom des Leistungstransistors LT durch den gemeinsamen Widerstand 7 und erhöht damit den Spannungsabfall unnötig bezogen auf den Kollektor des Treibertransistors TT, Dies vermeidet die in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellte Struktur gemäß der Erfindung dadurch, daß die gemeinsame Leitschicht16 unterbrochen, d. h. in die beiden Teilabschnitte 161 und 162 aufgeteilt ist, wobei di#e Unterbrechung unterhalb der Kollektorkontaktierungszone 22 angebracht ist. Da der Abstand a zwischen der Kollektorkontaktierungszone 22 und der Leitschicht 16, also die Restdicke der Epitaxialschicht 17, nur wenige# holmbeträgt, genügen schon kleine Abstände d zwischen den beiden Teilabschnitten 161 und 162, um beide Kollektoren hinreichend zu entkoppeln, während Isolierungsdiffusion zwischen den beiden Transistoren LT und TT ca. 60,um und mehr beanspruchen würde. Der Abstand d kann dabei kleiner als die Breite b1 der Kollektorkontaktierungszone (22) gewählt werden.The lowest possible saturation voltage of a Darlington pair is given by the sum of the base - emitter voltage of the power transistor LT and the collector-emitter voltage of the driver transistor TT. To reach them the latter must be made as small as possible. In the usual arrangement According to Figures 2 and 3, the collector current of the power transistor LT flows through the common resistor 7 and thus increases the voltage drop unnecessarily related on the collector of the driver transistor TT, this avoids the in Figures 4, 5 and 6 shown structure according to the invention in that the common conductive layer 16 interrupted, d. H. is divided into the two subsections 161 and 162, wherein the interruption is attached below the collector contact zone 22. Since the distance a between the collector contact zone 22 and the conductive layer 16, that is, the remaining thickness of the epitaxial layer 17, only a few spar amounts, are sufficient already small distances d between the two subsections 161 and 162, around both Sufficiently decouple the collectors while insulating diffusion between the both transistors LT and TT would take around 60 µm and more. The distance d can be selected to be smaller than the width b1 of the collector contact zone (22) will.
Die Widerstände, die die Kollektorströme bei der Anordnung nach den Figuren 4 und 5 durchfließen müssen, sind in Fig. 6 im Ersatzschaltbild dargestellt und außerdem in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet. Dabei ist der Widerstand 7 aus den Figuren 2 und 3 durch die beiden zueinander parallel liegenden Widerstände 8 und 9 ersetzt. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 4 und 8 ist außerdem durch einen Widerstand 10 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 6 und 9 verbunden.The resistances that the collector currents in the arrangement according to the Figures 4 and 5 must flow through are shown in Fig. 6 in the equivalent circuit diagram and also shown in dashed lines in FIG. 5. The resistor 7 is off FIGS. 2 and 3 by the two resistors 8 lying parallel to one another and 9 replaced. The connection point of the two resistors 4 and 8 is also connected to the junction of resistors 6 and 9 through a resistor 10.
Durch den Ersatz des Widerstandes 7 durch die zueinander parallel liegenden Widerstinde 8 und 9 wird die Sättigungsspannung der Darlingtonschaltung betrachtlich erniedrigt, da jetzt der relativ niedrige Kollektorstrom des Treibertransistors TT praktisch allein durch den Widerstand 8 fließt und dort einen erheblich niedrigeren Spannungsabfall erzeugt als der Leistungstransistor LT im Widerstand 9. Lediglich der in dieser Anordnung unvermeidbare Widerstand 10 bedingt noch eine Kopplung der beiden Kollektorströme. Diese Kopplung wird umso kleiner, je größer der Abstand d zwischen den beiden Teilabschnitten 161 und 162 gewählt wird. In der Praxis wird man d größer wählen als den Abstand a zwischen der Kollektorkontaktierungszone 22 und der Leitschicht 16, vorzugsweise d zu 2 a.By replacing the resistor 7 with the one parallel to each other lying resistors 8 and 9 is the saturation voltage of the Darlington circuit considerably reduced, since now the relatively low collector current of the driver transistor TT flows practically only through the resistor 8 and there a considerably lower one Voltage drop generated as the power transistor LT in the resistor 9. Merely the unavoidable in this arrangement resistance 10 still requires a coupling of the both collector currents. This coupling becomes smaller, the larger the distance d is chosen between the two subsections 161 and 162. In practice it will choose d greater than the distance a between the collector contact zone 22 and the conductive layer 16, preferably d to 2 a.
Dem Verhältnis von Basisstrom zu Kollektorstrom des Leistungstransistors LT können auch die Geometrien des Treibertransistors TT und des Beistungstransistors LT angepaßt sein.The ratio of base current to collector current of the power transistor LT can also use the geometries of the driver transistor TT and the auxiliary transistor LT be adapted.
Entsprechend können auch außer der dargestellten Kollektorkontaktierungszone 22 weitere Kollektorkontaktierungszonen vorgesehen sein, vorzugsweise zur Kontaktierung des dem Leistungetransistor LT zugeordneten Teilabschnitts 162 der Leitschicht 16.Correspondingly, in addition to the collector contact zone shown, 22 further collector contacting zones can be provided, preferably for contacting of the subsection 162 of the conductive layer 16 assigned to the power transistor LT.
Claims (4)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2477776A1 (en) * | 1980-03-10 | 1981-09-11 | Philips Nv | SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING A TRANSISTOR, INCLUDING IN PARTICULAR MEANS FOR STABILIZING THE CLAMPING VOLTAGE AND THE CURRENT AMPLIFICATION COEFFICIENT |
-
1972
- 1972-06-15 DE DE19722229122 patent/DE2229122A1/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2477776A1 (en) * | 1980-03-10 | 1981-09-11 | Philips Nv | SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING A TRANSISTOR, INCLUDING IN PARTICULAR MEANS FOR STABILIZING THE CLAMPING VOLTAGE AND THE CURRENT AMPLIFICATION COEFFICIENT |
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