DE2819149C2 - Monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung - Google Patents

Monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung

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Description

30
Die Erfindung betrifft r.ine monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung m:t einer in einem Halbleitersubstrat gebildeten, streifenförmiges. Widerstandszone, die an ihren äußeren Enden mit Leiterbahnen kontaktiert ist und zwischen den äußeren Enden mindestens zwei Abgriffsstellen aufweist, die an Abgriffskontaktflächen mit Abgriffsleiterbahnen kontaktiert sind.
Eine monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung mit diesen Merkmalen ist aus der US-PS 35 77 038 bekannt. In üblicher Weise ist dabei der Widerstand durch eine in ein Halbleitersubstrat eindiffundierte streifenförmige Zone mit zur Leitfähigkeitsart des Substrats entgegengesetzter Leitfähigkeitsart gebildet. Der Wert R des durch den Widerstandsstreifen erhaltenen Widerstandes läßt sich näherungsweise ausdrücken durch
l/w.
(D
50
Dabei ist Rs der Flächenwiderstand der diffundierten Widerstandszone und /und ve bedeuten die Länge bzw. Breite des Widerslandsstreifens. Gewöhnlich werden die Widerstandsstreifen bei integrierten Schaltungen mit Bipolartransistoren zusammen mit. den Basiszonen dieser Transistoren und bei integrierten Schaltungen mit MOS-Transistoren zusammen mit den Source- und den Drain-Zonen der MOS-Transistoren diffundiert. Daher liegen die Dotierstoffkonzenlration und die &o Schichtdicke des oder der Widerstandsstreifen der integrierten Schaltung fest, und damit mich der lläehcnwiderstand. Somit läßt sich der Widerstandswert eines Widerstandsstreifens im wesentlichen nur durch die Festlegung seiner Länge und seiner Breite f> > bestimmen. Am Ende des Hcrstellungsprozesses einer inio'riertcn Schaltung wird deren Oberfläche, einschließlich der Oberflächen diffundierter Widerstünde, mit einer passivierenden Schutzschicht, beispielsweise aus Siliziumdioxid, überzogen. Diese passivierende Schutzschicht wird an Stellen für Kontaktflächen mit Kontaktierungsfenstern versehen, durch die metallische Kontakte mit anderen Komponenten der integrierten Schaltung oder mit Kontaktzonen mit außerhalb liegenden Anschlüssen hergestellt werden.
Bei der Konstruktion einer integrierten Schaltung muß man Fertigungstoleranzen berücksichtigen, d.h., gewisse Abweichungen von nominellen Werten, die auf unvermeidliche Schwankungen einiger Parameter im Herstellungsprozeß zurückzuführen sind. Bei der Berechnung der Widerstände sind von wichtigstem Einfluß insbesondere die Genauigkeit der Maskenzeichnungen und der Maskenherstellung sowie die Genauigkeit der Längen- und Breitenverhältnisse der Diffusionsfenster für die Widerstandsstreifen und die Genauigkeit der Dotierstoffdiffusion für den gewünschten Flächenwiderstand. Eine Veränderung bei diesen Werten kann dazu führen, daß die endgültigen Widerstandswerte je nach Größe der diffundierten Streifen, des Flächenwiderstandes der diffundierten Schicht und der Kontaktflächen um mehr als 10% von den geplanten Werten abweichen können. Geringere Toleranzen von etwa 3% ergeben sich für die Verhältnisse zwischen den diffundierten Widerständen derselben integrierten Schaltungen. Deshalb versucht man Schaltungen herzustellen, bei denen der absolute Wert der Widerstände nicht entscheidend für die einwandfreie Funktion der Schaltung ist, sondern nur das Verhältnis zwischen diffundierten Widerständen.
Dieses Kriterium reicht nicht zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse aus bei der integrierten Spannungsteilerschaltung, wie sie aus der bereits erwähnten US-PS 35 77 038 bekannt ist Bei dieser bekannten Spannungsteilerschaltung sind die Abgriffskontaktflächen für mehrere Zwischenabgriffsstellen auf der Widerstandsbahn angeordnet. Durch das Vorhandensein dieser Abgriffskontaktflächen kommt es zu strukturellen Veränderungen geometrischer und physikalischer Art, deren Auswirkung, auf das fertige Bauelement quantitativ sehr schwer abzuschätzen ist Dieser Nachteil wirkt sich um so deutlicher aus, je größer die Anzahl der Zwischenabgriffsstellen ist, und insbesondere dann, wenn die Spannungsteilerschaltung mindestens zwei Zwischenabgriffe haben soll, die sehr nahe beieinander liegen, um zwischen diesen einen sehr kleinen Widerstandswerl zu erzielen. Füi die Herstellung möglichst gen?.u reproduzierbarer kleiner Widerstandswerte ist diese bekannte integrierte Spannungsteilerschaltung nicht geeignet.
Gleiches gilt für eine integrierte Spannungsteilerschaltung, wie sie aus der US-PS 32 71 685 bekannt ist. Dort ist eine Spannungsteilerschaltung mit zwei Widerständen, an deren Abgriffspunkt ein weiterer Widerstand angeschlossen ist, durch eine im wesentlichen T-förmige Widerstandszone gebildet, auf der vier Kontaktflächen angeordnet sind, und zwar drei an den drei Enden dieser T-Struktur und eine am Verbindungspunkt der Schenkel dieser T-Struktur. Wenn man bei dieser T= Widerstandsschaltung den Wert eines der drei Widerstände sehr klein machen möchte, wirken sich wieder die strukturellen Veränderungen geometrischer und physikalischer Art, die von den Kontaktierungsflächcn herrühren, in schwer abschätzbarcr Weise aus. Daher ist auch diese bekannte Widerstandsschaltung für die Herstellung kleiner, genau reproduzierbarer Widerstandswerte bei einer Spannungsumschaltung nicht in
zufriedenstellender W ti»e geeignet.
Ein anderer Weg ist bei einer integrierten Spannungstejlersehaltiing eingeschlagen worden, die aus der US-PS 36 66 995 bekannt ist. Dort ist eine Spannungsteilerschaltung mit einem großen und einem kleinen Widerstand besehrieben, die aus einer Hintereinanderschaltung cinss mäanderförmigen Widerstandsstreifens großen Widerstandes und einer einen kleinen Widerstand aufweisenden Parallelschaltung einer Vielzahl kleinerer Widerstandsstreifen besteht Zwar läßt sich auf diese Weise ein gut reproduzierbarer Widerstand kleinen Widerstandswertes erreichen, jedoch nur unter erheblicher Vergrößerung des Gesamtplatzbedarfs der integrierten Spannungsteilerschaltung. Dies wirkt sich insbesondere bei hochimegrierten Schaltungen mit möglichst niedrigem Gesamtplatzbedarf sehr ungünstig aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer integrierten Spannungsteilerschaltung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf konstruktiv einfache, platzsparende Weise mit möglichst genauer Reproduzierbarkeit Spannungen bereitsteFlbarzu machen, deren Werte sehr nahe beieinander liegen, im Grenzfsdl sogar gleich sein können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer monolithisch integrierten Spannungsteilerschaltung der eingangs angegebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Widerstandszone zwischen ihren äußeren Enden frei von Kontaktflächen ist, die Abgriffskontaktflächen außerhalb der Widerstandszone angeordnet und mit dieser über quer zur Widerstandszone verlaufende Abgriffszonen verbunden sind, die Abgriffszonen schmal im Vergleich zur Breite der Widerstandszone sind, und die zwei Abgriffsstellen im Vergleich zur Länge der Widerstandszone nahe beieinander liegen.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Spannungsteilerschaltung können die Abgriffszonen auf verschiedenen Seiten der Widerstandszone angeordnet sein.
Für den Fall, daß zwei gleiche Spannungen abgegriffen werden sollen, können die auf verschiedenen Seiten der Widerstardszone angeordneten Abgriffszonen der zwei Abgriffsstellen miteinander fluchten.
Auf die beanspruchte Weise läßt sich eine integrierte Spannungsteilerschaltung mit sehr großer Einfachheit und Genauigkeit konzipieren. Eine besonders hohe Genauigkeit erhält man. wenn man die Breite der Abgriffszonen möglichst klein mack, weil dann die Verbindungsstelle zwischen der Widerstandszone und den Abgriffszonen den an dieser Stelle fließenden Strom nur vernachlässigbar verändert
Zu den beiden Abgriffsiiellen, zwischen denen eine sehr kleide Spannung oder gar die gleiche Spannung abgreifbar bt, können längs der Widerstandszone weitere Abgriffsstellen, und zwar einzeln oder paarweise, vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf eine bekannte diffundierte Spannungsteilerschaltung,
F i g. 2 einen Querschnitt längs der Mittellinie der Spannungsteilerschnliung nach Fig. 1.
Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen diffundierten Spannungsieilerschaltung. und
Fig. 4 ein Schaltbild für die in F i g. 3 dargestellte Span nungstci Ie rscha lunig.
Fs wird zunächst die bekannte Spannungsteilerschaltung gemäß Fig, 1 und Fig.2 betrachtet Auf einer η-leitenden Epitaxialschicht 2 auf einer Scheibe aus halbleitendem Material läßt man entsprechend der üblichen Herstellungstechnik für monolithisch inlegrierte Schaltungen in Planartechnik eine Schicht 4 aus Siliziumdioxid wachsen, in der eine Öffnung iB geschaffen wird, um die Epitaxialschicht 2 freizulegen. Diese öffnung hat die Form eines Streifens 8, der im zwei verbreiterten Zonen 10 endet Anschließend ίο werden zu p-Leitfähigkeit führende Dotierstoffe durdh die öffnung 6 in die Epitaxialschicht 2 eindiffundiert, wodurch sich eine Zone 12 ergibt, die eine der Epitaxialschicht 2 entgegengesetzte Leitfähigkeit hat Dann läßt man auf der ganzen Scheibe eine Schicht 14 aus Siliziumdioxid wachsen, in der Öffnungen 16,18,20, 22 für die Anbringung metallischer Kontakte 24,26,2«, 30 auf der diffundierten Zone 12 geschaffen werden.
Die so erzielte Vorrichtung stellt einen Spannungsteiler dar, dessen Gesamtwiderstand R hauptsächlich vonn Flächenwidersiand Äs der Zone 12 und vom Verhältnis aus Länge fund Breite w des Streifens H bestimmt wird. Typische Werte sind: Rg= 200 Ohm/ώ. /=900 μπι und ψ=\5μτη, wodurch sich entsprechend der Beziehung (1) /?=12 000Ohm ergibt. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß man bei einer genauen Berechnung dieses Gesamtwiderstands und vor allem der dimensionsmäbigen Beziehungen zwischen den verschiedenen Widerstandszonen, aus denen der Spannungsteiler besteht, die Lage und die Abmessungen der öffnungen 18 und 20 für die Zwischenkontakte sowie die Obergangswiderstände der entsprechenden metallischen Kontakte 26 und 28 berücksichtigen muß. Angesichts der Vielfalt der in Frage kommenden Parameter ist dies eine ziemlich langwierige und schwierige Angelegenheit
Es sei nun die in F i g. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung betrachtet. Wie man sieht, umfaßt deren Widerstandselement — analog zum herkömmlichen Spannungsteiler der F i g. 1 — eine p-Ieilende Zone 32,
die durch eine Öffnung 34 in ein η-leitendes Substrat eindiffundiert ist. Diese Öffnung hat im wesentlichen die Form eines Streifens 36, der in zwei Verbreiterungen 38 endet und zwei Ansätze 39 und 40 aufweist, die relativ schmal sind und an zwei relativ nahe beieinanderliegenden Stellen (mit ΛΊ und X 2 bezeichnet) in Querrichtung vom Streifen 36 abzweigen und jeweils in einer Verbreiterung 42 bzw. 44 enden. Im Inneren der Verbreiterungen 38, 42 und 44 sind Öffnungen für Kontakte 46, 48, 50 und 52 geschaffen; darin sind metallische Kontaktstreifen 54, 56, 58 und 60 angebracht.
In Fig.4 ist das entsprechende Ersatzschaltbild für die in Fig.3 gezeigte Ausführungsform dargestellt Es umfaßt einen Spannungsteiler, der aus drei in Serie geschalteten Widerständen Al, /?2 und Λ3 besteht, entsprechend den Abschnitten A i, A 2 und A 3 der diffundierten Zone 32, die von den Verbreiterungen 38 und von den Punkten X1 und X 2 begrenzt werden. Dii; Enden von R 2, die die Zwischenabgriffe des Spannungsteilers darstellen und die ebenfalls mit Xi und X2 bezeichnet sind, sind mit zwei Widerständen R 4, RH verbunden, die den Ansätzen 39 und 40 der diffundierten Zone 32 entsprechen.
Im Betrieb sind die äußersten Anschlüsse 54 und 60
hi des Spannungsteilers mit einer (nicht dargestellten) Spannung:* !"die verbinden, während die Anschlüsse 56 und 58 der Widerstände R 4 und R 5. die denen gegenüberliegen, die mit den Zwischenabgriffen X I:
und X2 des Spannungsteilers verbunden sind, mit den Anschlüssen hoher fjngangsimpedanz einer (nicht dargestellten) Schaltung verbir den sind, die entweder /ur integrierten Schaltung gehören kann, in der sich die Spannungstcilerschaltung befindet, oder die sich außerhalb davon befinden kann.
Geht man beispielsweise von der Annahme aus. daß die Spannungsteilerschaltung in F i g. 3 so konstruiert ist. daß man mit einer Spannungsquelle von 12 Volt an den fcnden des Spannungsteilers eine Spannung von 4,00 ' Volt zwischen dem Abgriff X 1 und dem Anschluß 54 und eine Spannung von 4.05 Volt zwischen dem Abgriff X2 und demselben Anschluß 54 erhalt. Wenn der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers 12 000 0hm be'rägt. fließt durch den Spannungsteiler ein Strom von ι 1 mA; folglich müssen die Widerstände folgende Werte haben: «1=4000 Ohm. R 2 = 50 Ohm. R 3 = 7950 Ohm. Wenn man eine diffundierte Zone mit A I + A 2 +A 3 = 900 μπι annimmt, ergeben sich folgende Abmessungen: A I - 300 μηι. 4 2 = 4μηι und A 3 = 59b μηι.
Oa die Anschlüsse 56 und 58 an sehr große Impedanzen im Verhältnis zum GesamtwitL-rstand des Spannungsteilers angeschlossen sind, sind die durch die parallel geschalteten Widerstände R4 und R 5 fließenden Ströme im Verhältnis zu dem durch den Spannungsteiler fließenden Strom vernachlässigbar; deshalb sind die Spannungen an den Anschlüssen 56 und 58 praktisch gleich denen an den Zwischenatgriffen X I und X 2.
Die l'rfinciung sieht speziell noch die Möglichkeit vor. den Widerstand R 7 mit einem beliebig kleinen Wert zu konstruieren, da es möglich ist. die Ansätze 39 und 40 an gegenüberliegenden Seiten des Streifens 36 anzuordnen, vs ist im Grenzfall möglich, dem Spannungsteiler an zwei Anschlüssen die gleiche Spannung zu entnehmen, wenn man den Abstand Λ 2 zwischen zwei gegenüberliegenden Abgriffen gleich Null werden läßt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung mit einer in einem Halbleitersubstrat gebildeten, streifenförmigen Widerstandszone, die an ihren äußeren Enden mit Leiterbahnen kontaktiert ist und zwischen den äußeren Enden mindestens zwei Abgriffsstellen aufweist, die an Abgriffskontaktflächen mit Abgriffsleiterbahnen kontaktiert sind, ι ο dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandszone (36) zwischen ihren äußeren Enden (54, 60) frei von Kontaktflächen ist, die Abgriffskontaktflächen (48,50) außerhalb der Widerstandszone (36) angeordnet und mit dieser über quer zur Wider-Etandszone (36) verlaufende Abgriffszonen (39, 40) verbunden sind, die Abgriffszonen (39,40) schmal im Vergleich zur Breite der Widerstandszone (36) sind, und die zwei Abgriffsstellen (X 1, XT) im Vergleich zur Länge der Widerstandszone (36) nahe beieinander liegen.1
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffszonen (39, 40) auf verschiedenen Seiten der Widerstandszone (36) angeordnet sind.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die AbgriffszoRsn (39, 40) der zwei Abgriffsstellen (X 1, X2) miteinander fluchten.
DE19782819149 1977-05-04 1978-05-02 Monolithisch integrierte Spannungsteilerschaltung Expired DE2819149C3 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2923799A1 (de) * 1978-06-13 1979-12-20 Ates Componenti Elettron In einem halbleiterkoerper diffundierter widerstand

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DE2923799A1 (de) * 1978-06-13 1979-12-20 Ates Componenti Elettron In einem halbleiterkoerper diffundierter widerstand

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FR2390011A1 (de) 1978-12-01
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US4181878A (en) 1980-01-01

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