SE444234B - Anordning for anvendning i en monolitisk integrerad multiplikatorkrets - Google Patents

Description

atv, v.fv~i-yy~~l..__zæ,f._y. "WW y_._.q,w,,4«_,,u Hnv _ i" r79os7s4-s å inneboende hög packningsdensitet, såsom metalloxidhalvledar- teknologi (MOS) eller integrerad injektionslogik (I2L). Dessa teknologier är emellertid naturligt långsammaívid drift i för- hållande till mera konventionella bipolära transistorkretsar, så att eventuella fördelar i packningsdensitet som erbjudes av dessa teknologier erhålles på bekostnad av driftshastigheten.

Ett betydelsefullt steg framåt i detta avseende utgjorde utvecklingen av multiplikatorkretsar framställda genom en trip- peldiffusionsframställningsprocess och genom användande av emít- terföljarlogik i kretsschemat. Trippeldiffusionsprocessen har erhållit sitt namn på grund av det faktum att det där förekom- mer tre separata diffusionssteg i vilka föroreningar díffunde- ras in i ett kiselsubstrat vid mycket höga temperaturer i och för bildande av kollektor-, bas- och emitterregionerna i tran- sistoranordningen. Som bekant kan bipolära transistorer antingen vara pnp-typ eller npn-typ, där beteckningarna n och p identi- då fierar den typ av förorening som tillföres det rena kiselmate- rialet för att ge dess kristallina struktur en negativ (n) eller positiv (p) elektrisk karaktäristik, En bipolär transistor be- står av två övergångar mellan material av n-typ och p-typ bil- dande antingen pnp- eller npn-konfigurationen.

Trippeldiffusionsprocessen bör särskiljas från den epi- taxiala processen och den isoplana processen, vilka båda in- volverar tillväxten av ett tillkommande enkristallskikt på ett kiselsubstrat. 7 Emitterföljarlogiken (BFL) är en välkänd form av transis- torlogik i vilken en utgångstransistor av npn-typ kopplas till A emittrarna av ingångstransistorer av pnp-typ, En fördel med den- na blandning av pnp- och npn-transistorer är att en relativt hög packningsdensitet kan erhållas på grund av möjligheten att sammansmälta intilliggande transistorer av olika typ, dvs. de intilliggande transistorerna kan dela områden av halvledarma- terial utan behovet av ur packningsynpunkt icke önskvärda iso- leringsomrâden däremellan. Vidare är pnp-transistorn något mind- re En npn-transistorn, och denna faktor bidrager även till emit- terfoljarlogikens höga packningsdensitet. Detta tillvägaflšngs- ,r satt att kombinera trippeldiffusionsteknologin med emitterfol- I »w-w, ïnrlnqiken beskrivs i detalj i det amerikanska patentet 3 G93 lea. 7905734-5 Trots att den utgör ett betydelsefullt framsteg inom tekniken uppvisar emitterföljarlogikmetoden i multiplikator- kretsar ett antal väsentliga nackdelar. För det första erford- rar emitterföljarlogiken rent principiellt ett relativt stort antal resistiva element, vilka måste ha relativt stora resistans- värden om effektförbrukningen skall reduceras till en accepta- bel nivå. Fastän detta vid användande av tidigare existerande tillverkningsprocesser i och för sig ej är någon nackdel, är det en begränsande faktor vid utvecklingen och tillämpningen av nya tillverkningsteknologier med mindre "geometríer", dvs. teknologier som erbjuder mindre geometriska dimensioner av ele- ment och avstånd mellan intilliggande element samt i motsvarande grad grundare diffusionsdjup. Den konventionella metoden för erhållande av relativt höga resistansvärden är känd under benäm- ningen "pinching" (strypning). Varje resistanselement är väsent- ligen ett område av n-typ med relativt låg ytresistans, och strypningsprocessen utgöres principiellt av diffusion av ett tillkommande basområde för reducering av resistansskiktets tjock- lek och därigenom ökning av dess resistansvärde. Om emellertid mycket små geometrier är involverade i tillverkningsprocessen E..

P-r' ir styrningen av strypningsprocessen mycket svår, så att stör- re värden på resistansen måste erhållas genom användande av längre resistiva element, vilket naturligtvis minskar packninga- tätheten. ' En annan nackdel hos emitterföljarlogiken är att den ut- nyttjar ett stort antal pnp-transistorer, vilka uppvisar ett inneboende lägre frekvenssvar än npn-transistorer. Det vanliga kriteriet för mätning av swítchkretsar är "hastighetseffekt- produkten", vilken i själva verket utgöres av produkten mellan propageringsfördröjningstiden och effektförbrukningen. En låg hastighetseffektprodukt indikerar en önskvärd kombination av nog hastighet och låg effekt.

Emitterföljarlogiken uppvisar tillkommande problem när ett antal logiska steg kaskadkopplas i serie, eftersom logiken är sådan att spänningen som representerar en viss logisk nivå sjunker från steg till steg. Om alltför många sten kaskadkopp- las kan en logiskt hög spänningsnivå slutligen sjunka i sådan urntriekniggégtt den skulle kunna misstolkas såsom en logiskt v Qïpww- ~ wfw» n "Wr- ~. ...fl- _, fle, WW 7905734-5 låg spänningsnivå. De möjliga lösningarna på detta problem vid emitterföljarlogik är antingen att arbeta vid relativt höga spänningslogikniváer i tidiga steg, så att den reducerade nivån i senare steg kan tolereras, eller att inkludera en tillkommande mättningsanordning efter ett förutbestämt antal steg i och för återställning av signalspänningen till dess begynnelsenivä. Emel- lertid ökar dessa tillkommande mättningsanordningar hela kret- sens tidsfördröjning. En relaterad nackdel hos emitterföljar- logiken är att den inre kollektorresistansen hos en transistor kan ha en betydelsefull inverkan på utgångsspänningsnivån från en mättningsanordning som används i emitterföljarlogiken för återställning av den logiska spänningsnivân. Effekten av en hög kollektorresistans när transistorn är mättad är alstring av en lågnivåutsignal väsentligt över jordnivå och närmare en högnivå- utsignal. Effekten kan minimeras endast genom begränsning av strömmen eller genom parallellkoppling av en eller flera transis~ torer i och för reducering av den effektiva kollektorresistan- sen.

Av ovanstående inses att det fortfarande föreligger ett väsentligt behov av en digital parallell multiplikatorkrets som övervinner ovan nämnda nackdelar hos tidigare känd teknik och som erbjuder en höghastighets~, lågeffektsmultiplikator- krets bildad på ett substrat med relativt hög packningsdensi- tet i och för erbjudande av en i motsvarande grad hög produk- tionsavkastning. Föreliggande uppfinning uppfyller detta behov.

Föreliggande uppfinning utnyttar i en integrerad digital parallell multiplikatorkrets som utnyttjar strömmodlogik (current mode logic = logikkretsar där transistorerna arbetar omättade, förkortas CML) och framställes genom användande av en avancerad trippeldiffusionsframställningsprocess. Den avancerade trippel- diffusionsprocessen erbjuder extremt små geometrier, ner till avstånd på 2 mikrometer mellan elementen, varvid en förbättring i packningstätheten i förhållande till tidigare kända trippel- diffusionsprocesser erhålles. Dessutom erhålles genom användan- de av strömmodslogík (CML) ett färre antal transistorer och resistorer i förhållande till emitterföljarlogik (BFL). Exempel- vis utnyttjar en heladderare inplementerad i ÉNL 34 element (26 trannistorer och 8 resistorer), medan motdvarande adderare ' ° q w * a. x xmplwnnnteraà 1 LPL utnyttjar 64 element (31 transistorqr Övn 7905734-5 18 resistorer). Dessutom utnyttjas i CML-resistorer med resis- tansvärden som är 20-30 gånger mindre än resistansvärdena för resistorerna i en motsvarande BFL-krets. Trots sammansmältnings- möjligheten av pnp-transistorer som används i EFL-tillvägagångs- sättet är kretsarean vid användande av CML mycket mindre än motsvarande area vid användande av EFL för samma logiska funk- tion. Exempelvis är en heladderarkrets vid användande av den avancerade trippeldíffusionsprocessen ungefär 0,010 tum gånger 0,10 tum i CML-utförande, vilket bör jämföras med ungefär O,G125 tum gånger 0,012S tum för EFL-utförandet. Motsvarande skillna- der i en hel multiplikatorkrets kan göra EFL-tillvägagångssättet fullständigtopraktisktpå grund av en låg produktionsavkastning härrörande från en sådan stor yta, speciellt i sådana stora kretsar som 24-gånger-24-bitskretsar eller 32-gånger-32-bits- kretsar.

CML-logik har den tillkommande fördelen att man där ut- nyttjar endast npn-transistorer och av denna anledning kan eli- minera de naturligt långsammare pnp-transistorerna. Vidare kan ett lägre logikspänningsomfång användas i CML, vilket på grund av de inneboende kapacitiva egenskaperna av halvledarkretsar även bidrager till en högre hastighet och av denna anledning erbjuder en förbättrad hastighetseffektprodukt. Ännu viktigare är att logikspänningsnivån i CML vid varje logiksteg automatiskt återställes utan behov av tillkommande mättningsanordningar för utförande av denna funktion, varför CML-logikgrindar kan kaskad- kopplas utan begränsningar och utan förlust i logikspännings- nivå. Q Principiellt är då uppfinningen i sin bredaste mening en anordning avsedd att användas i en monolitisk integrerad mul~ tiplikatorkrets och innefattande ett flertal npn-transistorer och ett flertal resistiva element, vilka alla framställts genom användande av en avancerad tippeldiffusionsprocess kapabel att uppnå en två-mikrometerelementgeometri och övergångsdjup på ett par mikrometer eller mindre, samt kretsorgan för att förbinda transistorerna och resistorerna för drift i strömmodslogik.

Eftersom diffusionsdjupen i den avancerade trippe1diffu~ sionstillvorkningsprocessen är mycket mindre än i tidigare till» ñïfiiliua tippeldiffusionsprocesser har användande av "strypta" ~79os1s4-s resistorer blivit extremt svårt, och större ytor skulle behövas för att tillhandahålla element med stora resistansvärden. Genom användande av CML-logik har emellertid detta problem undanröjts eftersom CML-logik utnyttjar färre resístorer, vilka alla har mycket lägre värden än resistorerna som används i EFL-logik.

Företrädesvis är npn-transistorerna där så är möjligt anslutna i differentiella par. Varje sådant par är med sina emitterteminaler anslutna till en konstantströmkälla, och kom- plementära logikingångsnivåer är pålagda parets basterminaler.

I denna konfiguration kan spänningsskillnaden mellan hög och låg logiknivå i varje steg vara 200-300inillivolteller ännu mindre. Denna skillnad mellan basspänníngarna í paret är till- räcklig för att strypa strömmen i en transistor och att styra den totala konstanta strömmen genom övriga transistorer. Efter- som'vidare transístorerna som används i CML-logik aldrig drivs i det mättade omrâdet i sin karaktäristik har den inre serie- kollektorresistansen i anordningen praktiskt taget ingen effekt på utgångsspänningsnivån, vilken härledes från spänningsfallet som alstras av en konstant ström som flyter genom ett belast- ¿ ningsmotstånd. Ä Av oaanstående inses att föreliggande uppfinning represen- terar ett betydande framsteg inom området digitala parallella höghastighetsmultiplikatorkretsarÜ Speciellt erbjuder uppfin- ningen en_multiplikatorkrets med starkt förbättrad packnings- densitet och därur resulterande hög produktsionsavkastning,l men trots detta med en överlägsen hastighetseffektprodukt. Den unika kombinationen av strömmodslogik ochavancerad trippeldíf- fusionsteknologi erbjuder sålunda en integrerad multiplikator- krets med oöverträtfade prestanda och framställbarhet. Andra aspekter och fördelar hos uppfinningen kommer att framgå av nedanstående detaljerade beskrivning, vilken bör läsas i före- ning med de bifogade ritningarna.

På ritningarna visar fig. 1 ett schema av en grundläggande CML-grind, de tig. 2 ett schema av en OCH-grind med två nivåer utförd å i CNL~logik, % tig. 3 ett schema av en typisk CHL-grind av trenivå-typ, 79os1s4§s fig. 4 ett schema av en heladderare och en-bit-produkt- generator som används i multiplikatorkretsen enligt förelig- gande uppfinning, fig.~5 en förenklad schematisk vy av en transistor fram- ställd i enlighet med den avanceradetrippeldiffusionsprocessen som utgör en väsentlig del av föreliggande uppfinning, fig. 6-15 tvärsnittsvyer som sammanfattar sekvensen av processteg som utföres i den avancerade trippeldiffusionsproces- en, och- V fig. 16 ett förenklat blockschema av en digital multipli- katorkrets.

Såsom visas på ritningarna är föreliggande uppfinning att hänföra till förbättringar vid parallella digitala hög- hastighetsmultiplikatorkretsar och speciellt till multíplikator- kretsar i integrerad eller monolitisk form, dvs. kretsar fram- ställda på en enda halvledarchip. I enlighet med uppfinningen erbjudes en multipliktorkrets med överlägsna hastighets-effekts- karakteristika och väsentligt förbättrad packningstäthet samt produktionsavkastning genom kombinering av fördelarna hos ström- modslogiken med den förbättrade packningstätheten och hög av- kastningen för en avancerad trippeldiffusionsframställnings- process.

Fig. 1-3 visar några grundläggande logiska grindar som karakterisierar strömodslogiken (CML), och fig. 4 visar hur CML-logiken är implementerad i en heladderare och en en-bits- produktsgenerator som utgör ett logiskt byggblock för multi- plikatorkretsen enligt uppfinningen. q Såsom visas i fig. 1 är den grundläggande CML-grinden en differentialkrets innefattande två npn-transistorer betecknade 10 och 12. Transistorernas 10 och 12 kollektorterminaler är via resistorer 14 resp. 16 anslutna till en spänningskälla be- tecknad VCC, och emitterterminalerna är anslutna till jord via en konstantströmanordning betecknad 18. En insignal, som indi- keras vid A, är ansluten till transistorns 10 bas, och den in- versa ingångssignalen Ä är ansluten till den andra transistornn 12 has. Komplomentära utgångar är anordnade på transistorerna: kollektortermínalor, varvid utgångsnivån Ä tages från transis~ tnrns 12 kollektorterminal och den inversa nivån 3 tages från transistorns 10 kollektorterminal. Denna krets, som arbetar som en inverterare eller förstärkare, illustrerar den grund- läggande konfigurationen hos CML-logikgrindar. Såsom kommer att framgå av nedanstående beskrivning är mera praktiska CML-kretsar något mera komplexa. vid drift utnyttjar kretsen som visas i fig. 1 konstantf strömkällan 18 för tillhandahållande av en konstant ström genom den ena eller den andra av transistorerna 10 och 12 i beroende av tillståndet för insignalen A. När insignalen A är på hög logisk nivå befinner sig transistorn 10 i ett ledande tillstànd dock ej i det mättade området utan i det aktiva området, och är den andra transistorn 12 icke-ledande. Sålunda befinner sig transistorns 12 kollektorterminal väsentligen på försörjnings- spänníngen VCC och transistorns 10 kollektorterminal befinner sig på en något lägre spänning på grund av spänningsfallet över resistorn 14.

SD Det logiska spänningsomfånget; dvs= skillnaden mell n logiskt höga och låga spänningar behöver endast uppgå till några hundra millivolt, eftersom det tydligt framgår att endast eng mycket liten skillnad mellan spänningarna på de två transisto- rernas 10 och 12 basterminaler erfordras för att åstadkomma strypning av en av transistorerna. Om exempelvis samma spän- ning tillfördes de båda transistorernas basterminaler skulle strömmen som tillfördes av källan 18 i det ideala fallet vara lika delad mellan de två transistorerna, men om basspänningen för transistorn 10 ökades något skulle verkan av transistorn vara sådan att den tenderar att starkt öka kollektorströmmen genom transistorn 10. Eftersom emellertid den totala strömmen genom de två transistorerna är begränsad av konstantströmanord~ ningen 18 skulle detta leda till att transistorns 12 arbets~ punkt mycket snabbt skulle förflyttas till ett läge för full- ständig strypning av kollektorströmmen.

Fig. 1 illustrerar den grundläggande karakteristiken for strömmodslogik, varvid en konstantströmanordning alstrar en ström som styres genom en eller flera uppsättningar av diffe- rentiella npn-transistorpar i och för alstring av en logisk utsinnal som tages från kollektorerna fran ett eller flera av trnnsistorparen. nwwwflw'i *ß \ 7905734-5 Fig. 2 illustrerar kanske på ett bättre sätt denna egen- skap i form av en OCH-grind av tvánivâtyp. Här utgöres konstant- strömkällan av en npn-transistor 20 och ett motstånd 22 anslutet till jord från emittern av transistorn 20. En referensspänning VREF pàlägges transistorns 20 bas i och för begränsning av kol- lektorströmmen till en i huvudsak konstant nivå. Återigen till» handahàlles effekt från en spänningskälla VCC via två motstånd 24 och 26 till kollektorterminalerna av ett par npn-transistorer 28 och 30, vilka vidare är kopplade till ett tillkommande par av npn-transistorer 32 och 34, vars emittrar är anslutna till konstantströmanordningen, dvs. till transistorns 20 kollektor- terminal. V Transístorernas 28 och 30 emitterterminaler är gemensamt anslutna till transistorns 32 kollektorterminal, och transis- torns 30 kollektorterminal är ansluten till transistorns 34 kollektorterminal. Två ingående logiska nivåer A och B påläg- qes resp. bastermínaler av transistorerna 28 och 32, och mot- svarande inversa nivåer Ä och E pålägges basterminalerna av transistorerna 30 resp. 34. De utgående logiska nivåerna A 'B och Ä É tages från kollektorterminalerna av transistorerna 28.

Av följande beskrivning inses att kretsen enligt fig. 2 30 resp. arbetar såsom en logisk OCH-grind. När ingångarna A och B båda är logiskt noll (låg spänningsnivå) är transistorerna 28 och 32 avstängda och är transistorn 34 påslagen. Strömbanan går då genom motståndet 26 och transistorn 34 till strömkällan, vilket 2 š, vilka: u- gör att spänningen A B är lägre än spänningen A leder till en logisk nollutsignal för OCH-kvantiteten A ' B.

När A är noll och B är ett inses att strömbanan återigen går genom motståndet 26, men denna gång via transístorn 30 och transistorn 32. Om vidare A är ett och B är noll går strömhanan fortfarande genom motståndet 26 och sedan genom transistorn 34.

Om slutligen A är lika med ett och B är lika med ett går ström- bannn genom motståndet 24, transístorn 28 och transístorn 32, etta A ' E. en något mera komplex loaík B och C för ekvationen varínenom en utgående logisk bildas för Schemat i fig. 3 visar inne- fattande tre innànqssignaler A, bildande av en nt» ninuxsianal D i enlighet mer 7¶905734-5 wo ¿ i I D=A'š+c'š+a'c där punkten (.) representerar den logiska OCH-funktionen och plustecknet (+) representerar den logiska ELLER-funktionen.

Fig. 4 är typisk för CML-logik såsom den används i mul- tiplikatorkretsen enligt uppfinningen. I en teräkningscell in- nefattande en heladderare och en-bits-produktsgenerator multi- pliceras två binära kvantiteter, vars inversiindikeras av sig- nalerna § och É, och adderas resultatet tillflen ingående binär summakvantitet betecknad S och en ingående överförinqskvan- títet betecknad CIN i och :gr bildande av eníutgående binär summakvantitet SOUT samt en utgående överfördngskvantitet COUT.

Det framgår att kretsen utnyttjar endast npnktransistorer till största delen anslutna i differentiella par och att kretsen in- nefattar mycket få resistanselement. Å Såsom visas i fig. 16 består en fullständig multiplikator- krets principiellt av ett multiplikatorfält dö för utförande av de nödvändiga multiplikations- och additionsstegen, ett par ingångsregister 37 och ett utgångsregister BÉ, vilka kan ha de visade fälten för mest signifikanta produkt (MSP) och minst signifikanta produkt (LSP), samt logik (indikerad endast genom klocksignaler) för grindning av ingångssígnaierna respresente- rande talen som skall multipliceras in i ingängsregistren och grindning av de resulterande produktsignalerna ut ur utgångs- registret. Detta systemarrangemang är konventionellt och är vanligt vid praktiskt taget alla narallella digitala multipli- katorkretsar.

Av denna anledning, och eftgrsomuppfínningen principiellt avser kombinationen av strömmodslogik inom varje beräkningscell och en avancerad trippeldíffusionsframställningsprocess, har fullständiga kretsdetaljer för en viss multinlikatorkrets ej inkluderats på ritningarna. Utvídgningen av ÖHL-principerna till alla aspekter av en särskild multiplikatorkrets utgör en rutin- åtgárd för en ingenjör när principerna och framställningsprocns- sen till fullo har förstàtts. Dessutom skulle det kompletta schemat för en stor multiplikatorkrets eríordra 2Ü eller fler ritningsark, vars komplexitet ej skulle tjäna till att fwrtyd- liga uppfinningen ytterligare.

E 7905134-5 11 Den tippeldiffusionsprocess genom vilken multiplikator- kretsen enligt föreliggande uppfinning framställs illustreras av fig.~5-15. Såsom visas i fig. 6 belägges ett kiselsuhstrat 40 med ett första oxidskikt 42. Såsom visas i fig. 7 avlägsnas sedan ett rektangulärt område eller fönster 44 från det första oxidskiktet 42 och implanteras ett material av N-typ, i detta fall fosfor, i vad som skall bli kollektorområdet av transis- torn 46 i fig. 9 och 10.

Ytan av kollektorområdet 46 och ytorna av andra diffu- sionsområden hos transistorn är alla geometriskt designerade med hjälp av en konventionell fotoresistprocess (indikeras sâ~ som PR på ritningarna), vilken ej är närmare illustrerad i de- talj på ritningarna. I en sådan process pålägges i princip en fotokänslig beläggning känd under beteckningen "fotoresist" på oxiden och utsattes denna beläggning därefter selektivt för ultraviolett ljus genom en fotomask (ej visad). I det speciella fallet med kollektorområdet 46 definierar masken det rektangu- lära fönstret 44. Det exponerade fönsteromràdet på fotoresisten tvättas därefter bort och därefter etsas fönsterytan med syra för friläggning av det underliggande kiselsubstratet, vilket ger upphov till det i fig. 7 isade fönstr-t 44. K llektorma- terialet 48 av N-typ kan därefter implanteras i kollektorfönster- området, och det återstående oxidskiktet 42 avlägsnas såsom visas i fig. 8. I en efterföljande_diffusion bildas ett andra oxidskikt 50, såsom visas i fig. 9, och kollektormaterialet 48 av N-typ diffunderas in i substratet 40 i och för bildande av kollektorområdet 46.

Kollektordiffusionsområdet 46 är ungefär 3,5 míkrometer djupt, har en ytkoncentration på 2 x 1017 cm"3 och en ytresi- stans på omkring 500 ohm per kvadrat. Ytresistansen är som he- kant en term som vanligen används för elektrisk resistans av ett ledande eller halvledande skikt. Resistansen mot strdmflodn från ena kanten av ett kvadratiskt ark av ett sådant skikt till den motsatta kanten av skiktet är oberoende av des: yta. r _,r_ Såsom visas i fig. 10 avlägsnas det andra oxidskiktet selektivt i och för bildande av ett basområdesfönster 32. Uflï r av okidskiktet SG placerade utanför kollektoromràdet ån avlA;:~ nas fivenledes. Därefter implanteras ett material av ?-tïï. i *27905734-5 12 detta fall bor, i basområdesfönstret 52, vilket indikeras vid S4, och detta material implanteras även i de frilagda områdena isuhstratet utanför kollektorområdet 46. Såsom framgår av fiq. 11 adderas sedan ett tredje oxidskikt 56, och bormaterialet diffunderar till ett djup av omkring 1,2 mikrometer i och för bildande av basområdet 58. Basområdet har ett djup av omkring 1,2 mikrometer, en ytkoncentration av 1 x 1019 cm_3 och en 22 ytresistans på 150-200 ohm per kvadrat. Bormaterialet av P- Å typ diffunderas även in i det omgivande fältet utanför kollek- torområdet 46. Detta fält 60 ökar ytkoncentrationen av sub- stratet 40 och isolerar intilliggande element från varandra.

Såsom visas i fig. 12 avlägsnas därefter det tredje oxid- :i ä ä g _ :Z skiktet 56 selektivt, återigen genom användande av fotoresist- processen i och för friläggning av ett emitterområdesfönster 62 över basområdet 58 och även för friläggning av ett kontinuer- ligt rektangulärt band 64 (fig. 5) över kollektorområdet 46.

Ett fosforhaltigt emittermaterial av n+-typ implanteras i de frilagda områdena och diffunderas till ettdjup av omkring 0,9 mikrometer i och för bildande av emitterområdet 66 och även i och för bildande av ett kontinuerligt område av +-typ nedan- te får §o+ rnlei-:an v talen-.. a..

Ugulara bandet 64 rlnt kollek t med kollekto området 66 är omkring l X komma i konta fär 18-25 ohm per kvadrat¿ Såsom visas i tig. 13 pålägges ett fjärde oxidskikt 70 över de redan bildade skikten, och avlägsnas detta skikt selek- tivt för friläggning av kontakthål avsedda att upprätta elek- trisk kontakt med de olika halvledaromràdena. Sedan bildas me- tallkontaktremsor, återigen genom användande av en konventio- nell fotoresistprocess som ej visas i detalj. Först páläqgen . . H \ r H ett metalliserat skikt over hela strukturen; sedan palaqges ett íotoresistskikt över metallen, vilket skiktïselektivt exponera: genom en fotolitografisk mask och tvättas bört för att lämna Eotoresistmaterial över de områden av metallen som skall bite- nšllas. Därefter etsas de återstående omaskerade områdena av metallen bort för att lämna de sammankopplande aetallrownorn» men visas på ritningarna. Såsom speciellt franaàr av fia. lå ïildafi en kollektorkontaktremsa 72, vilken npyrattwr wwniutf l Ä 7955734-5 13 med n¿-íältdiffusionsskiktet 60 runt kollektorområdets 46 yttre omkrets, en baskontaktremsa 74, vilken upprättar direkt kon- takt med basområdetn58, och slutligen en emitterkontaktrcmsa 76, vilken upprättar direkt kontakt med emitterområdets 66 cent- rum. Det slutliga steget i tillverkningsprocessen är applice- ringen av ett passiverande oxidskikt 78 över hela strukturen.

Metallkontaktremsorna ?3, 74 och 76 är enkla skikt unge- fär 10.000-15.000 Ångström tjocka (1-1,5 mikrometer}. Varje metalliserat skikt innefattar en tunn första beläggning av ti- tan, ungefär 100 Ångström tjock, varvid den återstående delen av skiktet innefattar koppar och aluminium. Metallremsorna är åtskilda med ett minsta inbördes avstånd på 2 mikrometer ochuppvisaren minsta bredd på 7 mikrometer. Alla andra ele- ment i anordningen har en minsta geometri på 2 mikrometer, vil- ket gäller både bredd och inbördes avstånd. Ytorna av halvle- darområdena kan dimensioneras alltefter önskemål inom dessa geometriska begränsningar. Ytan av emítterområdet 66 i den för närvarande föredragna utföringsformen är ungefär 5-6 mikro- meter och kontakthålen är 3 mikrometer breda.

Av ovanstående framgår att föreliggande uppfinning rep resenterar ett betydelsefullt framsteg inom fältet multiplikatnr- kretsar. Speciellt erbåuder uppfinningen en multiplíkatorkrets med en överlägsen hastighets-effektprodukt, men med förmågan att låta sig framställas vid en relativt hög packningsdensitet för uppnâende av maximal Produktionsavkastning. Vidare over- vinner multiplikatorkretsen enligt uppfinningen många av de problem som är naturligt inbyggda i multiplikatorkretsar som utnyttjar emitterföljarlogik. Det inses att fastän en specifik utföringsform av uppfinningen har beskrivits i detalj i illu- strerande syfte, kan många modifieringar utföras utan avvikel- se från uppfinningens grundtanke. Följaktligen begränsas upp- finnïngen endast av de bifogade patentkraven.

Claims (8)

«1_ la79os734-5 14 PATENTKRAV

1. Anordning för användning i en monolitísk integrerad mul- típlikatorkrets, k ä n n e t e c k n a d av ett flertal NPN-transistorer (Q) och motstånd (R) framställda í enlighet med en högdensítetstrippel-diffusionsprocess som med- ger användning av en minsta geometri om två mikron och i mot- svarande grad små övergångsdjup, i och för åstadkommande av en mycket hög packningsdensitet och motsvarande låg defektfrekvens och låg produktionskostnad, och kretsorgan (fig. 4) för förbindníng av transistorerna och mot- stånden till funktion i strömmodslogik, i och för bildande av en krets med färre och mindre motstånd och en önskvärt låg hastighet~effektprodukt.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kretsorgan innefattar organ för förbíndning av basterminalen av en första av nämnda transistorer (Q20) med en referensspänníng (V92) för tillhanda- hållande av í huvudsak konstant ström genom kollektorn av den första transistorn när spänning pålägges mellan dess kollektor- och emítterterminaler, och organ för förbindning av andra.(Ql1, Ql5r 012, 016: 018, D21: Ql9, Q22) av nämnda transistorer i ett flertal differentíalpar mellan den första transistorns kollektor och en spänningskälla (Vcc), varvid varje differentialpar har gemensamt förbundna emittertermínaler, varvid ett första dífferentialpar (Oll, Ql5) har var och en av dess kollektorterminaler anslutna till ett av motstånden (R4, R5) och sålunda till spänningskällan, 7905734-5 15 varvid ett andra differentialpar (019, 022) har sina emitter- terminaler anslutna till kollektorn av den första transistorn, varvid de återstående differentialparen är anslutna mellan det första och andra differentialparet i och för bildande av en vald strömbana mellan spänningskällan och den första transis- torn, vilken strömbana bestäms av tillstånden av komplementära par av insignaler pålagda basterminalerna av vart och ett av differentialparen, samt varvid komplementära utsignaler erhålles på kollektortermina- lerna av det första differentialparet, vilka utsignaler bestäms av tillstånden av insignalerna och av förbindelsekonfiguratio- nen av dífferentialparen, i och för bildande av en vald logisk funktion av insignalerna.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att insignalerna representerar kvantiteter om en bit som skall adderas, och att utsignalerna representerar en bit av den arit- _ L ' _ __. _ . . @ @ _ _ ~ -a ...a-gun o en ' mEtlSkd Summan av lugn aqâkïfânatltêiêïïlä.

4. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kretsorganen förbinder transistorerna och motstånden i och för bildande av en multiplikatorkrets med en låg hastighet- ~effektprodukt och kapabel att utföra parallell multiplikation av två flersiffriga numeriska ingångskvantíteter, i och för bildande av en flersiffrig numerisk utgångskvantitet, och att transistorerna och motstånden bildas på ett enda substrat (40) genom en trippeldiffusionsprocess som erbjuder så låg upp- lösning som två mikron i och för uppnående av hög packningsden- sitet och motsvarande låg defektfrekvens samt låg produktions- kostnad, och att motstånden bildas såsom icke strypta diffusionsregioner av n-typ i substratet. i och för bibehållan- de av hög densitet, låg defektfrekvens och låg produktionskost- nad. _79os734-s 16

5. Anordning enligt krav 4, k a n n e t e c k n a d av att transistorerna till största delen är anslutna för bildande av ett arrangemang av sammanknutna logikgrindar och konstant- strömorgan, varvid logikgrindarna innefattar organ för styrning av den konstanta strömmen genom logikgrindarna i enlighet med tillstânden av insignalerna som tillföres logikgrindarna, i och för bildande av utsignaler härledda ur insignalerna genom arrangemanget av lfigflvçríndar. 1*

6. Anordning enlíut krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att logikgrindarna innefattar komplementära par av nämnda tran- sistorerj varvid varje par har sina emitterterminaler samman- kopplade och har komplementära par av ínsignaler pålagda sina respektive basterminaler, varigenom strömmen som tillföras av konstantströmorganen styrs genom den ena eller andra av kollek- torkretsarna av nämnda par av transistorer i enlighet med till- stånden av de komplementära insignalerna.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att konstantströmorganen innefattar ett flertal av nämnda tran- sistorer. vilka var och en har ett av motstånden i sin emitter- krets och sin basterminal ansluten till en fix referensspän- ning, varvid de återstående motstånden är anslutna mellan en spänningskälla och kollektorterminalerna av vissa av nämnda par av transistorer, i och för bildande av komplementära utspän- ningsnivåer vid kollektorterminalerna av åtminstone ett av nämnda par av transistorer i beroende av vilket av nämnda par som befinner sig i ett ledande tillstånd.

8. Anordning enligt krav 4, k ähn n e t e c k n a d av att var och en av nämnda transistorer har en kollektorregion av N-typ diffunderad till ett djup av approximativt 3,5 mikron, en basregion av P-typ diffunderad till ett djup av approximativt 1.2 mikron in i kollektorregionen och en emitterregion av N+- typ diffunderad till ett djup av approximativt 0,9 mikron in i basregionen.