SE433787B - Multipel transistor med gemensam emitter och sparata kollektorer - Google Patents

Description

'8304013-9 .u- Vid transistor-er avsedda för höga spänningar är det utrymme som isolations- diffusionen upptar avsevärt vid ökad spänning maste nämligen det epitaktiska skiktets tjocklek ökas för att ge plats at det djupare utarmningsomràdet för kollektor-bas övergången hos transistorerna. Dä isolationsomràdet härmed maste diffunderas längre ner, kommer pà grund av den samtidiga stördiffu- sinnen i sidled omradet att kräva större utrymme. Det är visserligen känt att minska detta utrymme genom att före paläggningen av det epitaktiska skiktet deponera dopämnen av P-typ under de områden där isolationsdiffusionen uppifrån skall ske senare, men isolationen tar ändock stor plats.

Det är känt att tillverka multípeltransistorer av NPN-typ med gemensam kollektor. De enskilda transistorerna separeras då från varandra av kontakt- díffusionsomrâden som alla när ner till den för samtliga transistorelement gemensamma bottendiffusionen. I de av bottendiffusionen och de kontakt- diffusionerna bildade brunnarna är de enskilda transistorernas bas 'och emitter indiffunderade. Det behövs således ej någon speciell isolationsdiffusion mellan transistor elementen.

I en multipeltransistor med gemensam kollektor kommer de enskilda belast- ningarna alltid att ligga i emitterkretsarna pa transistorelementen. l många fall önskar man ha belastningen i kollektorkretsen t.ex. i balanserade kretsar med gemensam emitter.

En sådan transistor kan ej realiseras med konventionell teknik. Teoretiskt skulle en transistor med gemensam kollektor enligt ovan kunna drivas inverterat men eftersom emittern skulle utgöras av det lâgdopade epitaktiska omradet skulle emitterverkningsgraden och därmed förstärkningen vara låg. Dessutom blir genombrottsspänningen lag, ca 5 V, Den enda möjligheten att åstadkomma en integrerad multipel NPN transistor med gemensam emitter har hittills varit att anordna ett avtal trensistorer pà ett substrat med fullständig isolering mellan samtliga transistorer. De separata emittrarna koplas samman med kontakteringsskiktet. En sadanmultipel tran- sistor kommer att kräva stor substratyta och blir därmed dyrbar. _15 8304013-9 Det är ocksa känt genom den svenska utläggningsskriften 8105040-3 att fram- ställa dioder med lag läckning till substratet genom att utnyttja en struktur där man över den vanliga bottendiffusionen, som normalt utnyttjas som kollektor, lägger en andra bottendiffusion av motsatt ledningstyp. Till denna andra bottendiffusion läggs en ringformad kontaktdiffusion som omger diodens katod som utgörs av den normala emitterdiffusionen och tillhörande kontaktdiffusion.

Anoden utgörs av den andra bottendiffusionen som är sammankopplad med den första bottendiffusionen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen är det möjligt att åstadkomma en multipel transistor med gemensam emitter utan att det är nödvändigt att isolera den enskilda transis- torelementen fran varandra med speciella isolationsdiffusioner. Vi utnyttjar härvid speciella drag hos den i den svenska utläggningsskriften visade diod- strukturen och uppfinningens kännetecken framgar av bifogade patentkrav.

F IGURBESKRIVNING F ig. 1 visar i sektion och Fig. 2 i en planvy sett ovanifran en monolitisk integrerad multipeltransistor utförd enligt uppfinningen. Fig. 3 visar en förenk- lad variant 'av kretsen enligt Fig. 1 och 2.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I Fig.l och2 betecknar ll ett P-substrat av i huvudsak samma slag som används vid tillverkning av integrerade kretsar. I substratet ll är indiffunderat ett högdopat N+ skikt som bildar en första bottendiffusion 12. Över den första bottendiffusionen 12 ligger en andra bottendiffusion 13 av P-typ som paläggs i samma steg som den undre delen 14 av eventuella isolationsdiffusioner som isolerar multipeltransistorn fran eventuella andra komponenter som kan läggas pa samma substrat. Över substratet finns ett epitaktiskt palagt N-skikt 15 som är lagdopat och vars tjocklek beror pa önskad spänningstalighet hos transis- torerna. I det epitaktiska skiktet finns indiffunderade ett antal kontakt- diffusioner av Pïtyp i form av slutna inre ramar 17A, 175 som nar ner till den övre bottendiffusionen 13 och som utförs i samma processteg som den even- 8304013- 9 tuella övre delen 16 av isolations díffusionen. Utanför de inre ramarna 17A, l7B finns en kontaktdiffusion i form av en ram 18 med tvärgaende partier 18A som nar ner till den första botten diffusionen 12. Ramen 18, 18A omger helt ramarna 17A, l7B. Ramarna 18, 18A och 17A och l7B är lämpligen lagda sa nära varandra att de respektive dopämnena delvis tränger in i den angränsande kontaktdiffusionen vid diffusionen.

Diffusionsomràdet 18, 18A kommer således enligt Fig. 2 att dels (18) sträcka sig runt bottendiffusionens 12 rand, dels separera ramarna 17A och l7B från varandra. Den övre bottendiffusionen 13 kommer därför att delas i separata delar 13A, l3B av kontaktdiffusionens 18A Nïskikt. I de av ramarna l7A, l7B bildade facken är Nïskikt 19A och l9B indiffunderade.

De enskilda transistorerna TA och TB i multípeltransistorn har en gemensam emitter som utgörs av den första bottendiffusionen 12. Emitterarean blir här normalt större än för motsvarande transistor av konventionell typ men för relativt höga emitterströmmar är det emitteromkretsen som i huvudsak be- stämmer strömtàligheten så den större emitterarean kommer endast att mar- - ginellt påverka storleken på transistorn. Transistorelementens bas utgörs av de separerde delarna 13A och 138 av den andra bottendiffusionen. Kollektorerna utgörs av de inom ramarna 17A, l7B inneslutna delarna 15A, l5B av de epi- HKÖ: taktiska skíktet 15 vilka är försedda med kontaktdiffusionerna19A,19B av N+-typ.l Emitter-,bas- och kollektoranslutningarna görs med metallkontak- teríngarna 21, 22, 23 av sedvanligt slag; Tillverkningsstegen för framställning av denna multipeltransistor avviker ej fran den som tillämpas för integrerade transistorer avsedda för högspänning och de har tidigare beskrivits i litteraturen.

Multipeltransistorer av det slag som beskrivits i Fig. 1 och 2 kan lätt kombi- neras med logikkretsar och försteg av sådant slag som kan utföras med den visade tekniken. Så är det exempelvis möjligt att använda bipolär logik t.ex. av TTL-typ som skiljs fràn multipeltransistorn av en i solationsram 14, 16.

Multipeltransistorn enligt Fig. l och 2 har, som är konventionellt vid integre- rade kretsar, den första bottendiffusionens 12 anslutning 18 förd till substratets 8504013-9 ovansida. Detta medför naturligtvis en viss bottenspänning bestämd av kon~ taktdiffusionens 18 resistans. I F ig. 3 visas en utföringsform där en betydligt lägre bottenspänning kan erhållas. Substratet 33 är här av N+-typ och emit- teranslutningen 34 görs direkt till det högdopade substratets baksida.

Pâ substratet 33 finns pà samma sätt som visats i Fig. 1 en bottendiffusion 13 av P-typ och ett epitaktiskt skikt 15, kontaktramar 17A, 17B av P+-typ och kollektorkontaktdiffusioner19A,19B av Ni-typ. En djupt diffunderad yttre ram 38, 38A motsvarar ramen 18, 18A l Fig. l men den har i detta fall ingen kontaktfunktion pà grund av att emitterkontakten 34 görs pa substratets baksida utan denna diffusion har här uteslutande till uppgift att isolera de enskilda transitorelementen TA2, TBZ från varandra och hindra läckning av hal från en bottnad transistor. Med en multipel transistor enligt Fig. 2 har en sänkning av bottenspänningen med en faktor 2-3 observerats jämfört med utföringsformen enligt F ig. l. .

En ytterligare fördel är att antalet tillverkningssteg kan minskas genom att bottendiffusionen 12 (och eventuella isolationsramar) bortfaller.

Da substratet är gemensamt och lätt kan ges en fast potential som är den lägsta i kretsen, t.ex. jord är det möjligt att kombinera multipeltransistorn med styr och drivkretsar i K/TDS-teknik. MDS-kretsarna anbringas da pà konventionellt sätt i det epitaktiska skiktet antingen direkt i detta (P-MOS) eller i indiffun- derade P-brunnar (N-MDS).

Areavinsten jämfört med tidigare kända multlpeltransistorer kan bli ansevärd om t.ex. 4-5 transistorer placeras i samma P-isolerade ö enligt Fig. 1 kan det utrymme som atgar för P-isolationen försummas och ytatgangen blir ca tre gånger lägre än för motsvarande multipeltransistor där samtliga transistorer är helt isolerade fran varandra. Ytterligare ytvinst kan göras med utföringsformen enligt Fíg. 3.

Det är naturligtvis möjligt att tillverka en multipel PNP-transistor på mot- svarande sätt genom att utgå fran ett substrat av motsatt ledningstyp (N i figur l och 2 P+ i figur 3) och utföra dopningarna med ämnen av motsatt ledningstyp.

Claims (4)

8304013-9 10 PATENTKRAV

1. Multipel transistor med gemensam emitter och separata kollektorer inne- fattande ett substrat (ll,33) med ett över detsamma liggande epitaktiskt skikt (15) av en första ledningstyp (N) k ä n n e t e c k n a d av ett som en första bottendiffusion (13) i det epitaktiska skiktet (15) utfört basskikt av den andra ledningstypen (P), ett under detta liggande högdopat emitterskikt (l2,33) av den första ledningstypen (N) samt av ett antal på det epitaktiska skiktets (15) fria yta anordnade kollektorkontaktdiffusioner (l9A,l9B), en runt varje kollektor- kontaktdiffusion anordnad inre ringformad högdopad kontaktdiffusion (l7A,17B) av den andra ledningstypen (P) som när ned till basskiktet samt en runt varje inre kontaktdiffusion (l7A,17B) anordnad yttre ringformad högdopad kontakt- diffusion (l8,l8A) av den första ledningstypen (N) som när ner till emitter- skiktet (l2,33).

2. Multipel transistor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att emit- terskiktet utgörs av en under basskiktet (13) anordnad andra högdopad botten- diffusion (12) av den första ledningstypen (N+) anordnad i ett substrat av den andra ledningstypen (P).

3. Multipel transistor enligt patentkrav 2, k å n n e t e c k n a d av att samt- liga anslutningar (2l,22,23) sker på samma sida som det epitaktiska skiktets (15) fria yta.

4. Multipel transistor enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d av att emit- terskiktet utgörs av substratet (33) som är av ett högdopat material av den första ledningstypen (N) varvid emitterkontakten (34) är ansluten till substra- tets från det epitaktiska skiktet (15) vända yta.