DE4123356C2 - Semiconductor arrangement for a level shifter in I · 2 · L technology - Google Patents

Semiconductor arrangement for a level shifter in I · 2 · L technology

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus DE 27 50 432 C2 bekannt ist.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1, such as it is known from DE 27 50 432 C2.

In der I2L-Technologie werden die Logik-Gatter zur In­ vertierung des Eingangssignals mittels NPN-Schalttran­ sistoren realisiert; jeder vertikale NPN-Schalttransi­ stor ist dabei mit einem als Stromquelle arbeitenden lateralen PNP-Injektionstransistor verknüpft, der die aktive Last am Eingang bzw. Ausgang des Gatters dar­ stellt. Die einzelnen Gatter werden durch Leitbahnen miteinander verbunden und die Ausgangssignale, die an den Kollektoren der Schalttransistoren anliegen, mit­ tels dieser Verdrahtung logisch miteinander verknüpft ("WIRED AND"). Die Zahl der Ausgänge pro Gatter kann durch den Einsatz von Schalttransistoren mit Mehrfach­ kollektoren gesteigert werden. Logikanordnungen lassen sich in der I2L-Technologie durch die funktionelle Integration - der Kollektor des lateralen Injektions­ transistors ist gleichzeitig die Basis des vertikalen Schalttransistors - sehr platzsparend aufbauen. Bei integrierten Schaltungen, die teilweise mit Schaltungs­ komponenten in I2L-Technologie aufgebaut sind, müssen oftmals Signale von I2L-Schaltungsteilen (Versorgungs­ spannung ca. 25 V) ausgekoppelt und zu anderen, poten­ tialmäßig niedrigeren, Schaltungsteilen übertragen wer­ den. In I 2 L technology, the logic gates for converting the input signal are implemented using NPN switching transistors; Each vertical NPN switching transistor is linked to a lateral PNP injection transistor operating as a current source, which represents the active load at the input or output of the gate. The individual gates are connected to one another by interconnects and the output signals which are present at the collectors of the switching transistors are logically linked to one another by means of this wiring (“WIRED AND”). The number of outputs per gate can be increased by using switching transistors with multiple collectors. Logic arrangements in I 2 L technology can be built up in a very space-saving manner by the functional integration - the collector of the lateral injection transistor is also the basis of the vertical switching transistor. In the case of integrated circuits, some of which are constructed with circuit components in I 2 L technology, signals from I 2 L circuit parts (supply voltage approx. 25 V) often have to be decoupled and transmitted to other, potentially lower, circuit parts.

Hierzu werden Pegelschieber ("level-shifter" oder "cur­ rent hogger") eingesetzt: die Fig. 1 zeigt das Prin­ zipschaltbild, die Fig. 2 in Draufsicht und die Fig. 3 in einer Schnittdarstellung den technologischen Auf­ bau eines derartigen Pegelschiebers in I2 L-Technologie (interner Stand der Technik). Gemäß Fig. 1 ist der Kollektor C1 des PNP-Injektions­ transistors T1 mit dem Emitter E2 des PNP-Auskoppel­ transistors T2 verbunden; der Kollektor C2 des Transi­ stors T2 bildet den Ausgang des Pegelschiebers. Gemäß Fig. 2 und 3 besitzen die beiden Transistoren T1 und T2 als jeweilige Basiszone B1, B2 eine gemeinsame N-Wanne 2, 5, in der die P⁺-Gebiete 1, 3, 4 und 6 für den Emitter E1 des Transistors T1 (dies ist der sogenannte Injektor), den Kollektor C1 des Transistors T1, den Emitter E2 des Transistors T2 und den Kollektor C2 des Transistors T2 eingebettet sind. Das gesamte Gebilde ist von benachbarten Logik-Gattern bzw. Bauelementen durch eine N⁺-Isolationszone 7 getrennt; mit der Be­ zugsziffer 8 ist weiterhin in der Fig. 3 das (N⁺-do­ tierte) Substrat dargestellt.For this purpose, level shifters ("level shifters" or "cur rent hoggers") are used: FIG. 1 shows the principle circuit diagram, FIG. 2 shows a top view and FIG 2 L technology (internal state of the art). Referring to FIG. 1, the collector is C 1 of the PNP injection transistor T 1 is connected to the emitter E 2 of the PNP output coupling transistor T 2; the collector C 2 of the transistor T 2 forms the output of the level shifter. According to Fig. 2 and 3, the two transistors T 1 and T 2 have as respective base region B 1, B 2 a common N-well 2, 5, in which the P⁺-regions 1, 3, 4 and 6 for the emitter E 1 of the transistor T 1 (this is the so-called injector), the collector C 1 of the transistor T 1 , the emitter E 2 of the transistor T 2 and the collector C 2 of the transistor T 2 are embedded. The entire structure is separated from adjacent logic gates or components by an N⁺ isolation zone 7 ; with the reference numeral 8 , the (N⁺-doped) substrate is also shown in FIG. 3.

Infolge eines zu geringen Abstands zwischen der Isola­ tionszone 7 und dem P⁺-Gebiet 6 des Kollektors C2 des lateralen PNP-Transistors T2 - die Grenze 9 des N⁺-Ge­ biets 7 kann sich aufgrund von thermischen Effekten oder Diffusionsvorgängen bis in das P⁺-Gebiet 6 er­ strecken (gestrichelte Linie 10) - entsteht eine - in der Fig. 3 eingezeichnete - parasitäre Zener-Diode Z. Diese begrenzt den Einsatzbereich des Pegelschiebers, da sich die Spannung lediglich zu einem tieferen Poten­ tial shiften läßt, bei dem die Zener-Spannung noch nicht erreicht wird - üblicherweise beträgt diese Span­ nung 3-4 V. Due to a too small distance between the isolation zone 7 and the P⁺ region 6 of the collector C 2 of the lateral PNP transistor T 2 - the limit 9 of the N⁺-Ge region 7 can be due to thermal effects or diffusion processes into the P⁺ area 6 he stretch (dashed line 10 ) - is a - shown in Fig. 3 - parasitic Zener diode Z. This limits the area of application of the level shifter, since the voltage can only shift to a lower potential, at which the Zener voltage has not yet been reached - this voltage is usually 3-4 V.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbes­ serten Pegelschieber mit größerem Einsatzbereich anzu­ geben.The invention has for its object a verbes serter level shifters with a larger range of applications give.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features solved in the characterizing part of claim 1.

Die gegenständlichen Merkmale des Anspruchs 1 liegen zwar bei der aus DE 27 50 432 C2 bekannten Anordnung vor, diese wird jedoch als Logikgatter und nicht als Pegelschieber verwendet.The objective features of claim 1 are indeed in the known from DE 27 50 432 C2 Arrangement before, however, this is called a logic gate and not used as a level shifter.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Es ist zwischen der Isolationszone und der Kollektorzone des zweiten Transistors eine Zwischen­ schicht eingebracht. Wie in der Halbleiteranordnung bzw. dem Layout in Draufsicht (Fig. 4) und im Schnitt (Fig. 5) dargestellt, kann die Zwischenschicht 11 bei­ spielsweise dadurch realisiert werden, daß der Abstand zwischen der N⁺-Isolationszone 7 und dem P⁺-Gebiet 6 des Kollektors C2 des Transistors T2 erhöht wird; die Randschicht 9 des N⁺-Gebiets 7 (bzw. die aufgrund von thermischen Prozessen oder Diffusionseffekten verscho­ bene Grenzschicht 10) kann das P⁺-Gebiet 6 des Kollek­ tors C2 des Transistors T2 nicht mehr erreichen, so daß ein Teilgebiet der die beiden Basisgebiete 2, 5 bilden­ den niedrig dotierten N-Zone mit der Ausdehnung d zwi­ schen dem N⁺-Gebiet der Isolationszone 7 und dem P⁺-Ge­ biet 6 des Kollektors C2 verbleibt. Damit die Zwischen­ schicht 11 auch bei ungünstigen Rahmenbedingungen be­ stehen bleibt, sollte ihre Mindestausdehnung 20-30 µm betragen. Durch das Vorhandensein der Zwischenschicht wird das Entstehen der oben erwähnten parasitären Zener-Diode vermieden - infolgedessen kann die Spannung bis zu einem Potential verschoben werden, das lediglich durch die verwendete Technologie bzw. durch die maxi­ male Sperrspannung des PNP-Transistors T2 begrenzt ist. An intermediate layer is introduced between the isolation zone and the collector zone of the second transistor. As shown in the semiconductor arrangement or the layout in plan view ( FIG. 4) and in section ( FIG. 5), the intermediate layer 11 can be realized in example that the distance between the N⁺ insulation zone 7 and the P⁺ Area 6 of the collector C 2 of the transistor T 2 is increased; the boundary layer 9 of the N⁺ region 7 (or the shifted due to thermal processes or diffusion effects boundary layer 10 ), the P⁺ region 6 of the collector C 2 of the transistor T 2 can no longer reach, so that a partial area of the two base regions 2 , 5 form the low-doped N zone with the extent d between the N⁺ region of the isolation zone 7 and the P⁺ region 6 of the collector C 2 remains. So that the intermediate layer 11 remains even under unfavorable conditions, its minimum expansion should be 20-30 µm. The presence of the intermediate layer prevents the formation of the parasitic zener diode mentioned above - as a result, the voltage can be shifted to a potential which is only limited by the technology used or by the maximum reverse voltage of the PNP transistor T 2 .

Der maximale Spannungsbereich bzw. der Einsatzbereich des Pegelschiebers wird also nicht mehr durch die Schaltungsanordnung, sondern lediglich durch die Grenz­ werte der verwendeten Technologie bestimmt, so daß man einen Pegelschieber mit wesentlich größerem Einsatzbe­ reich erhält.The maximum voltage range or area of application the level shifter is therefore no longer affected by the Circuit arrangement, but only by the limit values of the technology used, so that one a level shifter with a much larger insert get rich.

Claims (3)

1. Halbleiteranordnung in I2L- Technologie, mit einem ersten PNP-Transistor (T1) als Injektionstransistor und einem zweiten PNP-Transistor (T2) als Auskoppeltransistor, wobei der Emitter (E1) und der Kollektor (C1) des ersten Transistors (T1) sowie der Emitter (E2) und der Kollektor (C2) des zweiten Transistors (T2) als hochdotierte P⁺-Gebiete (1, 3, 4, 6) in einem N-dotierten Gebiet (2, 5), das die Basen (B1, B2) der beiden Transistoren (T1, T2) bildet, eingebettet sind, wobei das den Kollektor (C2) des zweiten Transistors (T2) bildende hochdotierte P⁺-Gebiet (6) von benachbarten Bauelementen bzw. Logik-Gattern durch eine hochdotierte N⁺-Isolationszone (7) getrennt ist, und wobei zwischen der hochdotierten N⁺-Isolationszone (7) und dem P⁺-dotierten Kollektorgebiet (6) des zweiten Transistors (T2) eine Zwischenschicht (11) aus N-leitendem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung als Pegelschieber verwendet wird und zu diesem Zweck die Zwischenschicht (11) eine solche Breite (d) besitzt, daß ihre Randschicht (9) auch beim Auftreten von thermischen Effekten oder Diffusionsvorgängen das P⁺-dotierte Kollektorgebiet (6) des zweiten Transistors (T₂) nicht erreicht. 1. Semiconductor arrangement in I 2 L technology, with a first PNP transistor (T 1 ) as an injection transistor and a second PNP transistor (T 2 ) as a coupling-out transistor, the emitter (E 1 ) and the collector (C 1 ) of the first transistor (T 1 ) and the emitter (E 2 ) and the collector (C 2 ) of the second transistor (T 2 ) as highly doped P⁺ regions ( 1 , 3 , 4 , 6 ) in an N-doped region ( 2nd , 5 ), which forms the bases (B 1 , B 2 ) of the two transistors (T 1 , T 2 ), are embedded, the highly doped P⁺ region forming the collector (C 2 ) of the second transistor (T 2 ) ( 6 ) is separated from adjacent components or logic gates by a heavily doped N⁺ isolation zone ( 7 ), and wherein between the heavily doped N⁺ isolation zone ( 7 ) and the P⁺-doped collector region ( 6 ) of the second transistor ( T 2 ) an intermediate layer ( 11 ) made of N-conducting material is arranged, characterized in that the semiconductor arrangement as a level Chieber is used and for this purpose the intermediate layer ( 11 ) has such a width (d) that its edge layer ( 9 ) does not have the P⁺-doped collector region ( 6 ) of the second transistor (T₂) even when thermal effects or diffusion processes occur reached. 2.Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (11) aus einem Teilbereich des die Basen (B1, B2) der beiden Transistoren (T1, T2) bildenden H-Gebiets (2, 5) besteht. 2. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 11 ) consists of a portion of the bases (B 1 , B 2 ) of the two transistors (T 1 , T 2 ) forming the H region ( 2 , 5 ). 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung (d) der Zwischenschicht (11) mindestens 20-30 µm beträgt.3. Semiconductor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the extent (d) of the intermediate layer ( 11 ) is at least 20-30 microns.
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