DE9301093U1 - Schaltungsanordnung zur Verringerung parasitärer Ströme an integrierten Strukturen, insbesondere Widerständen - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Verringerung parasitärer Ströme an integrierten Strukturen, insbesondere Widerständen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verringerung parasitärer Ströme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In integrierten Schaltungen werden häufig bestimmte Strukturen, beispielsweise Transistoren, Kondensatoren und insbesondere auch Widerstände in Form von Halbleitergebieten oder -bahnen verwirklich. Nachfolgend sollen zur Vereinfachung und Verdeutlichung die Problemstellung und -lösung anhand integrierter Widerstände erläutert werden. Entsprechende Überlegungen gelten für andere Strukturen.

Im Fall von integrierten Widerständen bestimmen die geometrische Form und der spezifische Widerstand der Halbleiterbahn den Widerstandswert. Das Halbleitermaterial der Widerstandsbahnen ist dabei so dotiert, daß der Leitfähigkeitstyp verschieden von dem des umgebenden Halbleitermaterials ist. Auf diese Weise entsteht ein pnübergang, der zur Isolation der Widerstandsbahn in Sperrichtung vorgespannt sein muß. Das bedeutet, daß der Widerstand auch unter Berücksichtigung eines Spannungsabfalls aufgrund eines durch den Widerstand fließenden Stroms an allen Punkten ein Potential haben muß, das für eine Sperrvorspannung gegen das umgebende Halbleitermaterial sorgt. Wenn im anderen Falle der pn-übergang zwischen der Widerstandsbahn und dem umgebenden Halbleitermaterial leitend wird, entsteht ein parasitärer Transistor, dessen Emitter die Widerstandsbahn, dessen Basis das umgebende Halbleitermaterial und dessen Kollektor die Abgrenzungszone der jeweiligen Insel ist,

auf der der Widerstand verwirklicht wird. Da ein solcher parasitärer Transistor sehr hohe Stromverstärkung haben kann, entstehen parasitäre Ströme, die nicht nur den Widerstandswert verfälschen, sondern zu weiteren Störungen führen. Ähnliches gilt für den Fall, daß die Abgrenzungszonen zusammen mit dem Substrat der integrierten Schaltung als Emitter und die Widerstandsbahn oder eine andere Struktur als Kollektor eines parasitären Transistors wirken.

Die Bedingung, daß der pn-übergang zwischen der jeweiligen Widerstandsbahn und dem umgebenden Halbleitermaterial der Insel gesperrt bleiben muß, ist insbesondere dann nur schwer einzuhalten, wenn das Potential der jeweiligen Insel nicht festgelegt ist und die Insel dynamisch oder durch Leckströme angesteuert werden kann.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die parasitäre Ströme an integrierten Strukturen und insbesondere Widerständen auch dann verringert oder verhindert, wenn das Potential der Insel, die die Strukturen enthält, nicht festgelegt ist. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Durch die Parallelschaltung einer Diode mit niedriger Flußspannung oder eines Transistors mit verbundener Basis und Kollektor wird erreicht, daß der Basis-Emitter-Übergang des parasitären Transistors, also der pn-übergang zwischen dem Halbleitergebiet bzw. im Fall eines Widerstandes der Widerstandsbahn und dem umgebenden Inselmaterial oder bei umgekehrter Polung zwischen dem Inselmaterial und den Abgrenzungszonen zusammen mit dem Substrat der integrierten Schaltung nur unterhalb der Schwellenspannung in Durchlaßrichtung vorgespannt werden kann, also noch kein nennenswerter Durchlaßstrom fließt. Das läßt sich auch so beschreiben, daß der parasitäre Transistor bezüglich seiner Stromverstärkung verschlechtert wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann zwar die Diode mit niedriger Flußspannung oder der weitere Transistor im Prinzip an einer beliebigen Stelle der integrierten Schaltung auch außerhalb der jeweiligen Insel angeordnet werden, eine bevorzugte Ausführungsform sieht aber vor, daß das Halbleitergebiet bzw. der Widerstand innerhalb der Insel ganz oder teilweise von einem Bereich des einen Leitfähigkeitstyps umgeben und dieser Bereich mit der Insel leitend verbunden ist. Auf diese Weise entsteht der weitere Transistor direkt im Bereich des Halbleitergebietes bzw. des Widerstandes selbst, wobei die leitende Verbindung mit der Insel die Verbindung zwischen der Basis und dem Kollektor des weiteren Transistors darstellt. Die Angabe, daß das Halbleitergebiet bzw. der Widerstand ganz oder teilweise umgeben ist, soll so verstanden werden, daß der Bereich des einen Leitfähigkeitstyps auch nur an einem Ende des Halbleitergebiets angeordnet sein kann, und zwar bei dem Widerstand vorzugsweise an dem Ende, dessen Potential aufgrund eines Stromflusses über den Widerstand näher am Potential des umgebenden Inselmaterials liegt. An diesem Ende kann am ehesten eine parasitäre Transistorwirkung auftreten, die dann erfindungsgemäß beseitigt oder verschlechtert wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch eine integrierte

Schaltung im Bereich einer Insel, Fig. 2 eine Aufsicht des Ausschnitts der integrierten

Schaltung gemäß Fig. 1.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird in einer n-leitenden Halbleiterschicht 1 durch eine bis zum p-leitenden Substrat iO eindiffundierte p-leitende Zone 2 eine &eegr;-leitende Insel oder Wanne abgegrenzt. Innerhalb der Wanne 3 ist ein Widerstand 4 in Form eines

p-leitenden Streifens mit Kontakten 5 an beiden Enden realisiert. Der Widerstand 4 dient hier nur als Beispiel und zur Erläuterung. Normalerweise sind in einer solchen Insel oder Wanne viele Bauteile, beispielsweise Widerstände, Transistoren und Dioden, verwirklicht. Unterhalb der Wanne 3 befindet sich in üblicher Weise ganz oder teilweise eine hochdotierte n⁺-Zone 6.

Im normalen Schaltungsbetrieb muß dafür gesorgt werden, daß alle Teile des Widerstandes 5 auf einem Potential liegen, das negativ gegen das &eegr;-leitende Material der Insel 3 ist. Im anderen Falle würde der pn-übergang zwischen dem Widerstand 4 und der Insel 3 leitend, so daß in unerlaubter Weise parasitäre Ströme fließen können. Zur Einhaltung der Bedingung, daß der pn-übergang zwischen dem Widerstand 4 und der Insel 3 sperrt, muß das Potential der Insel 3 festgelegt sein. Das erschwert häufig die Auslegung der äußeren Gesamtschaltung und macht zusätzliche Maßnahmen mit zusätzlichem Aufwand zur Einhaltung der Spannungsbedingungen an den Gehäuseanschlüssen der integrierten Schaltung erforderlich.

Wenn der pn-übergang zwischen dem Widerstand 4 und der Insel 3 leitend wird, beispielsweise an einem Ende des Widerstandes, das aufgrund eines fließenden Stromes positiver als das andere Ende ist, so entsteht im Bereich des leitenden pn-übergangs ein parasitärer Transistor, dessen Emitter der leitende Teil des pn-übergangs, dessen Basis die Insel 3 und dessen Kollektor die Zone 2 und das Substrat 10 sind. Dieser Transistor kann sehr hohe Stromverstärkung besitzen, so daß der dann fließenden parasitären Strom sehr viel größer als der "Basisstrom" zwischen dem leitenden Teil des pnübergangs 3-4 und der Insel 3 ist. Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung wird dafür gesorgt, daß die Stromverstärkung des parasitären Transistors zwischen den Bereichen 4, 3 und 2 klein wird, so daß die parasitären Ströme ebenfalls auf ein unschädliches Maß begrenzt werden. Zu diesem Zweck schaltet man den pn-übergang zwischen dem Widerstand 4 und der Insel 3 gleichsinnig eine Diode

mit niedriger Flußspannung parallel (nicht dargestellt), so daß über den pn-übergang zwischen dem Widerstand 4 und der Insel 3 selbst kein oder nur ein vernachlässigbar kleiner Durchlaßstrom fließt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist statt einer getrennten Diode ein zusätzlicher p-leitender Bereich 7 in die Insel 3 eindiffundiert. Ein Kontakt 8 in Form einer Metallisierung verbindet den p-leitenden Bereich 7 über einen n⁺-Bereich 9 mit dem Material der Insel 3. Der Bereich 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur an einer Seite des Widerstandes 4 angeordnet, weil im vorliegenden Fall davon ausgegangen wird, daß aufgrund eines über den Widerstand 4 fließenden Stromes nur diese Seite des Widerstandes 4 positiv gegen die Insel 3 werden kann. Gegebenenfalls kann der zusätzliche Bereich 7 aber auch um einen Teil oder den gesamten Widerstand 4 herumreichen.

Der zusätzliche, durch die Metallisierung 8 kurzgeschlossene pnübergang zwischen dem Bereich 7 und der Insel 3 sorgt dafür, daß der ursprüngliche parasitäre Transistor zwischen dem Widerstand 4, der Insel 3 und dem Bereich 2 sowie dem Substrat 10 bezüglich seiner Stromverstärkung so verschlechtert wird, daß die bei einem Leitendwerden des pn-übergangs zwischen dem Widerstand 4 und der Insel 3 fließenden parasitären Ströme in gewünschter Weise stark verringert werden.

Claims (3)

Schutzansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Verringerung parasitärer Ströme an

integrierten Strukturen, insbesondere Widerständen (4), die wenigstens ein Halbleitergebiet eines Leitfähigkeitstyps (p) in einer durch Zonen (2) des einen Leitfähigkeitstyps (p) abgegrenzten Insel (3) des anderen Leitfähigkeitstyps (n) mit nicht festgelegtem Potential einer integrierten Schaltung (1) aufweisen,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Basis-Emitter-Strecke des durch das Halbleitergebiet (4) als eine Hauptelektrode (z. B. Emitter), die Insel (3) als Basis und die Abgrenzungszonen (2) als andere Hauptelektrode (z. B. Kollektor) gebildeten, parasitären Transistors eine Diode mit niedriger Flußspannung in Durchlaßrichtung oder ein weiterer Transistor gleichsinnig parallel geschaltet ist, dessen Basis mit seinem Kollektor verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Halbleitergebiet (4) innerhalb der Insel (3) ganz oder teilweise von einem Bereich (7) des einen Leitfähigkeitstyps

(p) umgeben ist und

daß dieser Bereich (7) mit der Insel (3) leitend (8, 9) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Bereich (7) des einen Leitfähigkeitstyps (p) nur an einem Ende des Halbleitergebiets (4) angeordnet ist.