DE2541887A1 - Integrierte halbleiterschaltung - Google Patents

Integrierte halbleiterschaltung

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Description

254188?
PATENTANWÄLTE
HENKEL, KERN, FEILER &HÄNZEL
TELEFON: (0 89) 663197, 663091 - 92 .,,,,.„„„., DRESDNER BANK MÜNCHEN 3VUY TELEGRAMME: ELLIPSOID MÜNCHEN U-öUUU MÜNCHEN 90 POSTSCHECK.: MÜNCHEN 162147 - W
Mitsubishi Denki Kabushiki
Kaisha
Tokio, Japan
UNSER ZEICHEN: MÜNCHEN, DEN 1 9. βθΡ. 1975
BETRIFFT:
Integrierte Halbleiterschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau einer eine Linearverstärkerschaltung bildenden integrierten Halbleiterschaltung mit integrierter Injektionslogik-Konfiguration (integrated injection logic oder HL configuration)«
Bisher wurden hauptsächlich MOSFET-Systeme für die Bildung von integrierten Halbleiterschaltungen mit Large-Scale-Integrationen hoher Dichte verwendet. Bei MOSFET-Systemen entfällt bekanntlich die Notwendigkeit der gegenseitigen Trennung der verwendeten Halbleiterelemente, und bei derartigen Systemen ist eine kleinere Zahl von Fertigungsschritten erforderlich, so daß sich eine einfache Konstruktion ergibt. In jüngster Zeit ist die sogenannte integrierte Injektionslogik- oder IIL-Konfiguration vorgeschlagen worden, die z.Be einen Quer-Basisschaltung-pnp-Transistor mit einem Basis- und einem Kollektorbereich umfaßt, welche die gleichen Bereiche oder Flächen eines Halbleiterkörpers wie ein Emitterbzw· ein Basisbereich eines Längs-Emitterschaltungs-npn-Transistors einnehmen, so daß sich eine zusammengesetzte, ver-
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einfachte Konstruktion ergibt. Obgleich die IIL-Konfiguration ein zweipoliges oder bipolares System darstellt, entfällt bei ihr ebenfalls die Notwendigkeit der gegenseitigen Trennung der Halbleiterelemente, und sie ist mit dem MOSFET-System sowohl bezüglich der geringen Zahl von Fertigungsschritten als auch bezüglich der Einfachheit des Aufbaus vergleichbar. Außerdem verwendet die IIL-Konfiguration als Eigenart eine Übergangszone innerhalb des betreffenden Halbleiterkörpers, während das MOSFET-System durch Ansteuerung der Fläche des betreffenden Halbleiterkörpers durch vorgesehene Tore (gates) betätigt wird. Mit der IIL-Konfiguration können folglich die die Oberfläche des Halbleiterkörpers betreffenden ernstlichen Schwierigkeiten vermieden werden, weshalb sie als erfolgversprechende Einrichtung für die Herstellung von hochdichten integrierten Large-Scale-Schaltungen nach dem Bipolarsystem angesehen wird»
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten und zweckmäßigen Konstruktion einer integrierten Halbleiterschaltung mit IIL-Konfiguration, die insbesondere aufgrund der IIL-Konfiguration einen Linearverstärker mit hohem Verstärkungsgrad lediglich aus aktiven Elementen und ohne die Verwendung irgendwelcher ohmschen Widerstandselemente bildet.
Diese verbesserte Konstruktion der integrierten Halbleiterschaltung soll dabei eine erheblich verbesserte Integrationsdichte besitzen.
Diese verbesserte integrierte Halbleiterschaltung soll dabei auch die vorgenannten, vorteilhaften Merkmale ohne Vergrößerung der Zahl der Fertigungsschritte gewährleisten.
Die genannte Aufgabe wird bei einer integrierten Halbleiterschaltung mit Verbundaufbau erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie einen längsverlaufenden Emittersehaltung-npn-Transi-
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stör mit einem Emitterbereich und einem Basisbereich, die einem Basisbereich bzw. einem Kollektorbereich eines querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Transistors gemeinsam zugeordnet sind, und mit einer Eingangsklemme aufweist, die mit einem dem Basisbereich des npn-Transistors und dem Kollektorbereich des pnp-Transistors geraeinsam zugeordneten P-Typ-Bereich verbunden ist, daß der npn-Transistor einen mit einer Ausgangsklemme verbundenen Kollektorbereich aufweist, daß der pnp-Transistor einen aus einem anderen P-Typ-Bereich gebildeten Emitterbereich aufweist, daß der andere P-Bereich ebenfalls einen Kollektorbereich eines querverlaufenden Basisschal tung-pnp-Lasttransistors bildet, der an die Ausgangsklemme angeschlossen ist, und daß dieser pnp-Lasttransistor einen mit einer Inoektorklemme verbundenen Emitterbereich aufweist«,
In bevorzugter Ausführungsform kennzeichnet sich die Erfindung durch eine Inoektorklemme, durch einen Basisschaltungpnp-Lasttransistor mit einem Kollektorbereich und einem mit der Injektorklemme verbundenen Emitterbereich, der auf in den Emitterbereich injizierte Träger von der Inoektorklemme dadurch anspricht, daß er durchschaltet und als Konstantstromquelle arbeitet, durch einen Eingang, durch einen Emitterschaltung-npn-Transistor mit einem mit dem Kollektorbereich des pnp-Lasttransistors gemeinsamen Kollektorbereich, einem an eine Eingangsklemme angeschlossenen Basisbereich und einem Emitterbereich, sowie durch einen Basisschaltungpnp-Rückkopplungstransistor mit einem Basisbereich und einem Kollektorbereich, die mit dem Emitterbereich bzw. dem Basisbereich des npn-Eingangstransistors unter Bildung einer IIL-Konfiguration mit letzterem gemeinsam ausgebildet sind, sowie dadurch, daß der pnp-Rückkopplungstransistor einen mit einer Ausgangsklemme verbundenen Emitterbereich aufweist und daß die Ausgangsklemme auch mit den Kollektorbereichen des Last- und des Eingangstransistors verbunden ist, wobei ein an die
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Eingangsklemme angelegtes Eingangssignal linear verstärkt und an der Ausgangsklemme abgegeben wird.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Umsetzerschaltung mit IIL-Konfiguration, auf welche sich die Erfindung bezieht,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine herkömmliche Konstruktion zur Realisierung der Schaltung gemäß Fige 1,
Figo 3 einen Teilschnitt durch eine Integrierte Halbleiterschaltung mit Merkmalen nach der Erfindung, die eine Ausführungsform eines Linearverstärkers mit IIL-Konfiguration bildet,
Fig. 4 ein Schaltbild eines Äquivalentschaltkreises der Anordnung gemäß Fig. 3>
Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltung, in welcher der Äquivalentschaltkreis gemäß Fig. 4 realisiert ist,
Fig. 6 ein Schaltbild eines Äquivalentschaltkreises für einen Linearverstärker zur Veranschaulichung einer weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine integrierte Halbleiterschaltung, in welcher der Äquivalentschaltkreis von Fig. 6 realisiert ist.
In den Figuren sind einander entsprechende Teile Jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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In Fig. 1 ist eine spezielle Umsetzerschaltung dargestellt, die eines der Grundelemente der herkömmlichen IIL-Konfiguration bildet. Die dargestellte Anordnung weist einen längsverlaufenden Emitterschaltung-npn-Transistor 110 mit mehreren, bei der dargestellten Ausführungsform drei Kollektorbereichen 112, 112* und 112", einem Basisbereich 114 und einem Emitterbereich 116 sowie einen querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Transistor 120 mit einem Emitterbereich 122, einem Basisbereich 124 und einem Kollektorbereich 125 auf. Der Basisbereich 124 des npn-Transistors 110 ist sowohl mit dem Kollektorbereich 126 des pnp-Transistors 120 als auch mit einer Eingangsklemme 102 verbunden, während seine Kollektorbereiche 112, 112* und 112" an Ausgangsklemmen 104, 1041 bzw. 104" angeschlossen sind. Eine Injektorklemme 106 ist an den Emitterbereich 122 des pnp-Transistors 120 angeschlossen, während eine Masseklemme 108 sowohl mit dem Emitterbereich 116 des npn-Transistors 110 als auch mit dem Basisbereich 124 des pnp-Transistors 120 verbunden ist. Der die Verstärkerfunktion erfüllende npn-Transistor 110 wird vom pnp-Transistor 120 mit einem Basisstrom mit konstanter Größe gespeist, wobei ein an die Eingangsklemme 101 angelegter Gleichstrom als entsprechender Wechselstrom an den einzelnen Ausgangsklemmen 104, 104· und 104" erscheint. Die Anordnung gemäß Fig. 1 bildet somit eine Umsetzer- bzw. Umformerschaltung.
Gemäß Fig. 2 sind der Emitterbereich 116 des npn-Transistors 110 und der Basisbereich 124 des pnp-Transistors 120 aus einem gemeinsamen Bereich eines Halbleitersubstrats ausgebildet, während der Basisbereich 114 des npn-Transistors und der Kollektorbereich 126 des pnp-Transistors 120 in einem anderen gemeinsamen Bereich des Substrats ausgebildet sind. Darüber hinaus sind die Kollektorbereiche 112, 112» und 112" auf Abstand verteilt in dem Bereich vorgesehen, welcher dem Basisbereich 114 und dem Kollektorbereich 126 der Transistoren
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110 bzw. 120 zugeordnet ist. Der Emitterbereich 122 des pnp-Transistors 120 ist in einem vorbestimmten Abstand, der kleiner ist als eine Diffusionslänge der Ladungsträger, vom gemeinsamen Bereich 114 (120) angeordnet.
Eingangs klemme 102 und Ausgangsklemmen 104, 1041, 104" sind mit zugeordneten Elektroden verbunden, die in ohmschem Kontakt mit dem gemeinsamen Bereich stehen, der als Basisbereich 114 des npn-Transistors 110 und als Kollektorbereich 126 des pnp-Transistors 120 sowie als die Kollektorbereiche 112, 112' und 112" des npn-Transistors 110 dient„ Die Injektorklemme 106 ist ihrerseits mit einer Elektrode verbunden, die mit dem Emitterbereich 122 des pnp-Transistors 120 in ohmschem Kontakt steht, während die Masseklemme 108 an den gemeinsamen Bereich angeschlossen ist, welcher den Emitterbereich 116 des npn-Transistors 110 und den Kollektorbereich 124 des pnp-Transistors 120 bildet.
Die Anordnung gemäß Fig. 1 besitzt somit einen vereinfachten Gesamtaufbau.
Im Betrieb wird die an eine nicht dargestellte Gleichstromversorgung angeschlossene Injektorklemme 106 so vorgespannt, daß sie gegenüber der Masseklemme 108 um einen Betrag entsprechend einem Diffusionspotential an einem pn-übergang im pnp-Transistor 120 positiv ist. Hierdurch wird ein Strom I (vgl. Fig. 1) vom Emitterbereich 122 des pnp-Transistors 120 in seinen Basisbereich 124 injiziert, so daß der Transistor 120 durchschaltet. Dabei sei angenommen, daß die Eingangsklemme 102 zu diesem Zeitpunkt einen Wert oder Pegel H besitzt. Der pnp-Transistor 120 wird dann in seinen Sättigungszustand gebracht, in welchem der vom Emitterbereich 122 injizierte und durch den Basisbereich 124 aufgefangene Teil der Ladungsträger dem npn-Transistor 110 einen Basisstrom lieferte Der npn-Transistor 110 wird daher bis zur Sättigung durchgeschaltet,
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Unter diesen Bedingungen liegen alle Ausgangsklemmen 104, 104« und 104" bzw. die Kollektorbereiche 112, 112« und 112" des npn-Transistors 110 an einem Potential entsprechend einer Sättigungsspannung über den zugeordneten Kollektorbereich und den Emitterbereich dieses Transistors. Dies bedeutet, daß die Kollektorbereiche 112, 112* und 112" bzw· die Ausgangsklemmen 104, 104' und 104" auf einem Wert oder Pegel L liegen. Auf diese Weise wird zwischen dem Eingang und den Ausgängen die Inversionslogik vorgesehen bzw. erreicht.
Wenn dagegen die Eingangsklemme 102 auf einem Wert oder Pegel L liegt, fließt ein über den pnp-Transistor 120 fliessender Strom in die Eingangsklemme 102, um den npn-Transistor 110 in seinen Sperrzustand zu versetzen, in welchem die Ausgangsklemmen 104 - 104" bzw. die Kollektorbereiche 112 112" des Transistors 110 auf dem Wert oder Pegel H liegen» Infolgedessen wird die Inversionslogik ebenfalls zwischen dem Eingang und den Ausgängen erreicht.
Bei der Anordnung gemäß Fig«, 2 erreichen die Ladungsträger im pnp-Transistor 120, die von seinem Emitterbereich 122 in seinen Basisbereich 124 injiziert werden, infolge der Trägerdiffusionsart den Basisbereich 114 des npn-Transistors 110, der innerhalb einer Diffusionslänge der Träger vom Emitterbereich 122 des pnp-Transistors 120 angeordnet ist. Diese Träger vermögen jedoch nicht einen oder mehrere nicht dargestellte, benachbarte Transistoren zu erreichen, die in einem die Diffusionslänge der Träger übersteigenden Abstand vom Emitterbereich 122 angeordnet sind. Infolgedessen entfällt bei der Anordnung gemäß Fig. 2 die Notwendigkeit für die Anordnung eines oder mehrerer Trennbereiche für einen oder mehrere benachbarte Transistoren.
Außerdem ist zu beachten, daß zur Bildung der verschiedenen
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Bereiche der Anordnung gemäß Fig. 2 nur zwei Diffusionsschritte erforderlich sind. Dies bedeutet, daß die Zahl der Fertigungsschritte im Vergleich zu den herkömmlichen Bipolarsystemen sehr klein ist, so daß eine hohe Produktionsleistung möglich ist.
In Fig. 3 ist die Konstruktion einer erfindungsgemäß aufgebauten integrierten Halbleiterschaltung dargestellt. Diese Anordnung weist ein allgemein mit 200 bezeichnetes Substrat aus einem N+-Typ-Halbleitermaterial mit hoher Fremdatomkonzentration im Bereich von 10 ' - 10 Atomen pro cnr und eine auf dem N+-Typ-Substrat 200 gezüchtete, allgemein mit 210 bezeichnete N-Typ-Epitaxialhalbleiterschicht auf. Letztere ist aus einem N-Typ-Halbleitermaterial mit einer Fremdatomkonzentration von 10 ^ - 10 Atomen pro cnr und mithin mit einem spezifischen Widerstand*von etwa 1 - 0,2 Ohm/cm gebildet. Die Schicht 210 bildet sowohl den Emitterbereich 116 des npn-Transistors 110 als auch den Basisbereich 124 des pnp-Transistors 120.
Ein P-Typ-Fremdatom, wie Bor, wird beispielsweise durch thermische Diffusionstechnik in vorbestimmte Abschnitte der freiliegenden Oberfläche der Epitaxialschicht 210 diffundiert, so daß P-Typ-Bereiche 114, 122 und 132 in vorbestimmten, weniger als eine Diffusionslänge der Träger betragenden Abständen gebildet werden. Der P-Typ-Bereich 114 besitzt einen Schichtwiderstand (sheet resistance) von 200 - 500 0hm pro cm .
Sodann wird ein N-Typ-Fremdatom, wie Phosphor, selektiv in den P-Typ-Bereich 114 diffundiert, um einen N-Typ-Bereich 112 mit einem Schichtwiderstand von etwa 2 0hm/cm zu bilden.
Wenn das Substrat 200 mit der Masseklemme 108 verbunden ist,
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bilden der N-Typ-Bereich 112, der P-Typ-Bereich 114 und die N-Typ-Epitaxialschicht 210 den Kollektorbereich 112, den Basisbereich 114 bzw. den Emitterbereich 116 des längsverlaufenden Emitterschaltung-npn-Transistors 110, während der P-Typ-Bereich 122, die N-Typ-Epitaxialschicht 210 (auch mit 124 bezeichnet) sowie der P-Bereich 114 (auch mit 126 bezeichnet)den Emitterbereich 122, den Basisbereich 124 bzw. den Kollektorbereich 126 des querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Transistors 120 bilden. Auf ähnliche Weise bilden der P-Typ-Bereich 132, die N-Typ-Epitaxialschicht 210 (136) und der P-Typ-Bereich 122 (134) einen Emitterbereich 132, einen Basisbereich 136 bzw. einen Kollektorbereich 134 eines querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Transistors 130, der als Last wirkt. Mit anderen Worten: Die N-Typ-Epitaxialschicht 210 dient als Emitterbereich 116 des npn-Transistors 110, als Basisbereich 124 des pnp-Transistors 120 und als Basisbereich. 136 des pnp-Lasttransistors, Der P-Typ-Bereich 114 bildet den Basisbereich 114 des npn-Transistors 110 sowie den Kollektorbereich 126 des pnp-Transistors 120. Außerdem bildet der P-Typ-Bereich 122 den Emitterbereich 122 des pnp-Transistors 120 sowie den Kollektorbereich 134 des Lasttransistors 130e
Gemäß Fig. 3 ist die Eingangsklemme 102 mit einer Elektrode 102A verbunden, die mit dem Bereich 114 (126) in ohmschem Kontakt steht, während die Ausgangsklemme 104 mit einer Elektrode 104A verbunden ist, die mit dem Bereich 112 in ohmschem Kontakt steht. Weiterhin ist die Injektorklemme 106 an eine mit dem Bereich 132 in ohmschem Kontakt stehende Elektrode 106A angeschlossen, während eine mit dem Bereich 122 (134) in ohmschem Kontakt stehende Elektrode 122A über eine Zuleitung 138 mit der Elektrode 104A verbunden ist.
Die Anordnung gemäß Fig. 3 entspricht einer Äquivalentschaltung der Art gemäß Fig. 4. Aus Fig, 4 geht hervor, daß der
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npn-Transistor 110 als Eingangstransistor, der pnp-Transistor 130 sowohl als Last-widerstand als auch als Konstantstromquelle und der pnp-Transistor 120 als Rückkopplungstransistor dienen.
Die Anordnung gemäß Fig. 3 bzw. die Äquivalentschaltung von Fig. 4 vermag effektiv als noch zu beschreibender Linearverstärker zu arbeiten.
Wenn die Injektorklemme 106 an eine nicht dargestellte Gleichstromversorgung angeschlossen ist, wird von dieser ein Basisstrom über die Injektorklemme 106 sowie die Emitter- und Basisbereiche 132 bzw. 136 des pnp-Transistors in die Masseklemme 107 injiziert. Der Transistor 130 schaltet infolgedessen durch, so daß ein konstanter Strom in seinen Kollektorbereich 134 fließen kann, was zur Zufuhr eines konstanten Potentials zur Aus gangs klemme 103 führt. Dies bedeutet, daß der Transistor 110, der bezüglich seines Verstärkungsgrads zu steuern ist, auf ein an die Eingangsklemme 102 angelegtes Eingangssignal anspricht, wobei das durch den Transistor 110 verstärkte Signal zur Ausgangsklemme 104 geleitet wird.
In diesem Fall arbeitet der Transistor 120 als Gegenkopplungstransistor zur Aufrechterhaltung eines konstanten Potentials an der Ausgangsklemme 104, um letzterer stets ein genau linear verstärktes Ausgangssignal zuzuführen.
Bei Weglassung des pnp-Transistors 120 im Schaltkreis gemäß Fig. 4 ergibt sich der Nachteil, daß die genau lineare Verstärkung nicht erzielt wird, weil sich ein an der Ausgangsklemme 104 liegendes Potential entsprechend den Injektionsbedingungen in Abhängigkeit von einer Änderung des Potentialuntersohieds zwischen Injektorklemme 106 und Masseklemme 108 stark ändert.
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Erfindungsgemäß ist jedoch der Basisschaltung-pnp-Transistor 120 zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme 102 bzw. 104 auf die in Fig. 4 gezeigte Weise vorgesehen. Infolge dieser Maßnahme wird ein Basisstrom in einen zwischen Emitter-und Basisbereich 122 bzw. 124 des Transistors 120 gebildeten pn-Übergang injiziert, wobei dieser Strom vom Potential an der Ausgangsklemme 104 abhängt. Aus diesem Grund wird das Ausgangssignal vom Transistor 110 über den Transistor 120 zur Eingangsklemme 102 gegengekoppelt,so daß das Potential an der Ausgangsklemme 104 konstantgehalten wird. Infolgedessen arbeitet die Schaltung gemäß Fig. als Linearverstärkerschaltung.
Es ist besonders zu beachten, daß erfindungsgemäß eine IIL-Konfiguration zur Ausbildung oder Realisierung der Schaltung gemäß Fig. 4 in einer integrierten Halbleiterschaltung mit der Konstruktion gemäß Fig. 3 angewandt wird. Genauer gesagt, können der Emitterbereich des Eingangstransistors 110 und der Basisbereich des Gegenkopplungstransistors 120 durch einen gemeinsamen Halbleiterbereich gebildet werden, ebenso wie der Basisbereich des Eingangstransistors 110 und der Kollektorbereich des Gegenkopplungstransistors 120 aus einem anderen gemeinsamen Halbleiterbereich gebildet werden können, während noch ein anderer gemeinsamer Halbleiterbereich sowohl den Emitterbereich des Gegenkopplungstransistors 120 als auch den Kollektorbereeich des Lasttransistors 130 bildet. Aus diesem Grund können zur Bildung einer Linearverstärkerschaltung ausschließlich aktive Elemente verwendet werden, ohne daß die speziellen Abmessungen der Anordnung (pattern dimension) besonders groß werden und ohne daß ein ohmsches Widerstandselement benutzt zu werden braucht. Dieses Merkmal trägt wesentlich zu einer Vergrößerung der Integrationsdichte bei.
Außerdem kann die Hinzufügung des Gegenkopplungstransistors
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zur integrierten Halbleiterschaltung dadurch erfolgen, daß lediglich ein einziger P-Typ-Bereich 122 zu einem verwendeten Halbleiterkörper hinzugefügt und dieser Bereich tatsächlich gleichzeitig mit der Bildung anderer P-Typ-Bereiche 114 und 132 durch selektive Diffusionstechnik ausgebildet wird. Auf diese Weise kann eine Linearverstärkerschaltung mit IIL-Konfiguration mit äußerst einfachen Mitteln zum Modifizieren der speziellen, verwendeten Diffusionsmaske und ohne Vergrößerung der Zahl der erforderlichen Fertigungsschritte hergestellt werden.
Fig. 5 veranschaulicht eine abgewandelte Konstruktion der vorstehend in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Linearvers tärkers chal tung, die unter Anwendung der Fertigungsschritte ausgebildet wird, wie sie für die Fertigung von integrierten Halbleiterschaltungen des Bipolarsystems angewandt werden. Um die Masseklemme auf die gleiche Seite der gebildeten Halbleitervorrichtung zu verlegen, auf welcher sich alle anderen Klemmen befinden, wird eine N+-Typ-Halbleiterschicht 220 in einen vorbestimmten Abschnitt einer der Hauptflächen des aus einem P-Typ-Halbleitermaterial bestehenden Substrats 200 eingebettet, worauf auf den freien Oberflächen des Substrats 200 und der eingebetteten Schicht 220 eine N-Typ-Halbleiterschicht 210 epitaxial gezüchtet wird. Die eingebettete N+-Schicht 220 besitzt dabei eine solche Erstreckung, daß die P-Typ-Diffusionsbereiche 132, 122 (134) und 114 (126) anschließend in dem unmittelbar mit der eingebetteten Schicht 220 belegten Abschnitt der Epitaxialschicht 210 ausgebildet werden.
Nach der Ausbildung der P-Typ-Bereiche auf die beschriebene Weise wird ein N+-Typ-Bereich 230 in Form eines Rings derart in der Epitaxialschicht 210 ausgebildet, daß er die P-Typ-Bereiche über einen vorbestimmten, ringförmigen Zwischenraum umschließto Der N+-Diffusionsbereich 230 reicht dabei bis an
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das Substrat 200 heran. Hierauf wird eine Ringelektrode 108A in ohmschem Kontakt mit der freiliegenden Fläche des N+-DIffusionsbereichs 230 abgelagert, z.B. durch Aufdampfen von Aluminium auf diese Fläche, was gleichzeitig mit der Ausbildung der Elektroden 102A, 104A, 122A und 106A geschieht. Die Elektrode 108A wird dabei mit der Masseklemme 108 verbunden.
In jeder anderen Hinsicht entspricht die Anordnung von Fig. derjenigen gemäß Fig. 3. Die eingebette N+-Schicht 220 bewirkt dabei eine Herabsetzung des Querwiderstands der gebildeten Transistoren.
Fig. 6 veranschaulicht eine Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 4, bei welcher drei Verstärkerstufen mit jeweils einem Eingang und einem kombinierten Last- und Konstantstromtransistor, wie die Transistoren 110 und 130 (Fig. 4), in Kaskadenschaltung miteinander verbunden sind und ein Ausgang von der letzten Stufe über den Rückkopplungstransistor 120 an die erste Stufe gegengekoppelt ist. Genauer gesagt: Beim Basisschaltung-pnp-Transistor 130 der ersten Verstärkerstufe ist der Kollektorbereich 136 über eine Ausgangsklemme 104A weiterhin an einen Basisbereich 144 eines Emitter schaltungnpn-Transistors 140 angeschlossen. Der Transistor 140 weist einen an die Masseklemme 108 angeschlossenen Emitterbereich 146 und einen über eine Ausgangsklemme 104B an einen Kollektorbereich 156 eines Emitterschaltung-pnp-Transistors 150 angeschlossenen Kollektorbereich 142 auf, so daß^ine zweite Verstärkerstufe gebildet wird. Der Kollektorbereich 156 des Transistors 150 ist außerdem mit einem Basisbereich 164 eines gemeinsamen npn-Transistors 160 verbunden, der einen mit der Masseklemme 108 verbundenen Emitterbereich 166 und einen Kollektorbereich 162 aufweist, der mit einem Kollektorbereich 166 eines Basisschaltung-pnp-Transistors 170 und außerdem mit der Ausgangsklemme 104 verbunden ist. Der Transistor 170 weist einen mit den Basisbereichen 154 und 134 der Tran-
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sistoren 150 bzw, 130 verbundenen Basisbereich 174 sowie
einen Emitterbereich 172 auf, der zusammen mit den Emitterbereichen 132 und 152 der Transistoren 130 bzw. 150 an die Injektorklemme 109 angeschlossen ist.
Die Ausgangsklemme 104 oder der Kollektorbereich 176 des
pnp-Transistors 170 ist ebenfalls an den Emitterbereich
122 des Rückkopplungstransistors 120 angeschlossen. Infolgedessen wird bei einer die Transistoren 160 und 170 beinhaltenden dritten Verstärkerstufe ein Ausgangssignal über den Emitter-Kollektorkreis des Rückkopplungs trans is tors 120 an die Eingangsklemme 102 gegengekoppelt.
Eig. 7 veranschaulicht die Konstruktion einer integrierten Halbleiterschaltung, in welche die Anordnung gemäß Fig, 6
entsprechend der IIL-Konfiguration einbezogen ist. Die dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 5 darin, daß in Fig. 7 die N-Typ-Epitaxialschicht 210 der Art gemäß Fig. 5 durch eine eingebettete ^-Typ-Zwischenschicht in zwei Abschnitte unterteilt ist und daß
in jeder der geteilten Epitaxialschichten 210 drei Transistoren vorgesehen sind.
Der gemäß Fig. 7 linke Abschnitt der N-Typ-Epitaxialschicht 210 entspricht aufbaumäßig der N-Epitaxialschicht 210 gemäß Fig. 5» und sie weist den als Eingangstransistor dienenden
längsverlaufenden Emitterschaltung-npn-Transistor 110 sowie den querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Transistor 120 auf, der als Rückkopplungstransistor sowie anstelle des Basisschal tung-pnp-Transistors 130 auch als querverlaufender Basisschal tung-pnp-Transistor 170 dient. Der Transistor 170
weist einen aus dem am weitesten links gelegenen P-Typ-Diffusionsbereich 172 gebildeten Emitterbereich 172, einen sowohl als Kollektorbereich 126 des Transistors 120 als auch als
Emitterbereich 116 des Transistors 110 dienenden.. Basisbereich 174 und einen aus dem mittleren P-Typ-Diffusionsbereich ge-
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bildeten Kollektorbereich 176 auf, der auch den Emitterbereich 122 des Transistors 120 bildet.
Der rechte Abschnitt der N-Typ-Epitaxialschicht 210 weist ebenfalls drei P-Typ-Diffusionsbereiche 136 (144), 132 (152) und 156 (164) auf. Die äußersten Diffusionsbereiche 136 (144) und 156 (164) sind mit N+-Typ-Diffusionsbereichen 142 und 162 versehen, so daß sie mit der N-Typ-Epitaxialschicht 210 die längsverlaufenden Emitterschaltung-npn-Transistoren 140 bzw* 160 bilden. Der Zwischenbereich 132 (154) bildet mit den benachbarten P-Typ-Diffusionsbereichen und der Epitaxialschicht die querverlaufenden Basissehaltung-pnp-Transistoren 130 und 150.
Sodann wird die Eingangsklemme 102 mit einer mit dem P-Typ-Diffusionsbereich 114 (126) in ohmschem Kontakt stehenden Elektrode 102A verbunden, während die Ausgangsklemme 104 sowohl mit einer mit dem P-Typ-Diffusionsbereich 122 (134) in ohmschem Kontakt stehenden Elektrode 104C als auch mit einer mit dem N+-Typ-Diffusionsbereich 162 in ohmschem Kontakt stehenden Elektrode 104C verbunden wird. Die mit dem N+-Typ-Diffusionsbereich 112 und dem P-Typ-Diffusionsbereich 136 (144) in ohmschem Kontakt stehenden Elektroden 104A werden miteinander verbunden, während dLe mit dem N+-Typ-Diffusionsbereich 142 und dem P-Typ-Diffusionsbereich 132 (144) in ohmschem Kontakt stehenden Elektroden 104B ebenfalls miteinander verbunden werden.Die Injektorklimme 106 wird mit den Elektroden 106A verbunden, die mit den P-Typ-Bereichen 122 (134) und 132 (152) in ohmschem Kontakt stehen. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist die Masseklemme 108 an die Elektroden 108A angeschlossen, welche mit den äußersten N+-Typ-Diffusionsbereichen 230 in ohmschem Kontakt stehen«,
Gewünschtenfalls kann jede beliebige ungerade .Zahl von Verstärkerstufen mit npn- und pnp-Translstoren, wie den Transi-
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stören 110 und 130, in Kaskade geschaltet werden, wobei die letzte Verstärkerstufe über den Rückkopplungs-pnp-Transistor 120 an die erste Verstärkerstufe gegengekoppelt ist. Die auf diese Weise erhaltene Linearverstärkerschaltung kann stabil betrieben werden, solange der Verstärkungsgrad zweckmäßig auf die einzelnen Verstärkerstufen aufgeteilt wird. Ersichtlicherweise kann eine derartige Linearverstärkerschaltung in einer ähnlichen Konstruktion wie derjenigen gemäß Fig. 7 realisiert werden.
Obgleich die Erfindung vorstehend in einigen bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Linearverstärkerschaltung mit einem geerdeten bzw. an Masse liegenden ^-Halbleitersubstrat, auf dem durch epitaxiales Aufwachsen eine N-Schicht ausgebildet ist, geschaffen. Die N-Epitaxialschicht weist drei getrennte P-Diffusionsbereiche auf. Der eine der äußersten Bereiche ist dabei mit einer Eingangsklemme verbunden, und er weist einen N-Diffusionsbereich auf, der mit der Epitaxialschicht einen Emitterschaltung-npn-Eingangstransistor bildet, während er mit dem P-Zwischendiffusionsbereich und der Epitaxialschicht einen Basisschaltung-pnp-Rückkopplungstransistor bildet. Der restliche P-Bereich bildet einen Basisschaltung-pnp-Lasttransistor mit dem P-Zwischenbereich und der Epitaxialschicht, und er ist an eine Injektorklemme angeschlossen. Der P-Zwischenbereich und der N-Bereich sind an eine Ausgangsklemme angeschlossen.
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Claims (7)

  1. - 17 Patentanspruch e
    .!integrierte Halbleiterschaltung mit Verbundaufbau, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen längsverlaufenden Emitterschaltung-npn-Transistor mit einem Emitterbereich und einem Basisbereich, die einem Basisbereich bzw. einem Kollektorbereich eines querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Transistors gemeinsam zugeordnet sind, und mit einer Eingangsklemme aufweist, die mit einem dem Basisbereich des npn-Transistors und dem Kollektorbereich des pnp-Transistors gemeinsam zugeordneten P-Typ-Bereich verbunden ist, daß der npn-Transistor einen mit einer Ausgangsklemme verbundenen Kollektorbereich aufweist, daß der pnp-Transistor einen aus einem anderen P-Typ-Bereich gebildeten Emitterbereich aufweist, daß der andere P-Bereich ebenfalls einen Kollektorbereich eines querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Lasttransistors bildet, der an die Ausgangsklemme angeschlossen ist, und daß dieser pnp-Lasttransistor einen mit einer Injektorklemme verbundenen Emitterbereich aufweist.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der querverlaufende Basisschaltung-pnp-Transistor eine Potentialänderung an der Ausgangsklemme an die Eingangsklemme gegenzukoppeln vermag, um das Potential an der Ausgangsklemme konstantzuhalten und dabei an letzterer ein linear verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen.
  3. 3. Integrierte Halbleiterschaltung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Injektorklemme, durch einen Basisschaltung-pnp-Lasttransistor mit einem Kollektorbereich und einem mit der Injektorklemme verbundenen Emitterbereich, der auf in den Emitterbereich injizierte Träger von der Injektorklemme
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    dadurch anspricht, daß er durchschaltet und als Konstantstromquelle arbeitet, durch einen Eingang, durch einen Emitterschaltung-npn-Transistor mit einem mit dem Kollektorbereich des pnp-Lasttransistors gemeinsamen Kollektorbereich, einem an eine Eingangsklemme angeschlossenen Basisbereich und einem Emitterbereich, sowie durch einen Basisschaltung-pnp-Rückkopplungstransistor mit einem Basisbereich und einem Kollektorbereich, die mit dem Emitterbereich bzw. dem Basisbereich des npn-Eingangstransistors unter Bildung einer IIL-Konfiguration mit letzterem gemeinsam ausgebildet sind, sowie dadurch, daß der pnp-Rückkopplungstransistor einen mit einer Ausgangsklemme verbundenen Emitterbereich aufweist und daß die Ausgangsklemme auch mit den Kollektorbereichen des Last- und des Eingangstransistors verbunden ist, wobei ein an die Eingangsklemme angelegtes Eingangssignal linear verstärkt und an der Ausgangsklemme abgegeben wird.
  4. 4. Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorbereich des Lasttransistors mit dem Emitterbereich des Rückkopplungstransistors gemeinsam ausgebildet ist.
  5. 5. Schaltung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Halbleitersubstrat eines vorbestimmten Leittyps, eine durch epitaxiales Wachstum auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete N-Typ-Halbleiterschicht, drei verschiedene P-Typ-Diffusionsbereiche, die mit vorbestimmten Abständen voneinander in vorbestimmten Abschnitten der N-Typ-Halbleiterschicht angeordnet sind, einen in einem vorbestimmten Abschnitt des ersten P-Typ-Diffusionsbereichs angeordneten N-Typ-Diffusionsbereich, eine an die N-Typ-Halbleiterschicht angeschlossene Masseklemme, eine mit dem ersten P-Typ-Diffusionsbereich verbundene Eingangsklemme, eine mit dem N-Typ-Diffusionsbereich ver-
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    bundene Ausgangsklemme und eine an den dritten P-Typ-Bereich angeschlossene Injektorklemme aufweist, wobei die N-Typ-Halbleiterschicht, der erste P-Typ-Diffusionsbereich und der N-Typ-Diffusionsbereich den längsverlaufenden Emitterschaltung-npn-Eingangstransistor bilden, der zweite P-Typ-Diffusionsbereich, die N-Typ-Halbleiterschicht und der erste P-Typ-Bereich den querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Rückkopplungstransistor bilden und der dritte P-Typ-Diffusionsbereich, die N-Typ-Halbleiterschicht und der zweite P-Typ-Diffusionsbereich den querverlaufenden Basisschaltung-pnp-Lasttransistor bilden.
  6. 6. Schaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat vom P-Leittyp ist und daß in das Halbleitersubstrat zwischen dieses und die N-Typ-Epitaxialhalbleiterschicht eine N-Typ-Schicht mit hoher Fremdatomkonzentration eingebettet ist.
  7. 7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein N-Typ-Halbleiterbereich mit hoher Fremdatomkonzentration über einen vorbestimmten Abschnitt der N-Typ-Epitaxialhalbleiterschicht von deren Oberfläche bis an das P-Typ-Halbleitersubstrat heran erstreckt und daß eine mit der Masseklemme zu verbindende Elektrode in ohmschem Kontakt mit der Oberfläche des N-Typ-Halbleiterbereichs mit hoher Fremdatomkonzentration angeordnet ist.
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DE2541887A 1974-09-20 1975-09-19 Monolithisch integrierte Halbleiterschaltung mit einer I2 L- Konfiguration Expired DE2541887C3 (de)

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