DE3502713A1

DE3502713A1 - Monolithisch integrierte schaltung mit untertunnelung

Info

Publication number: DE3502713A1
Application number: DE19853502713
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Phys. 7022 Leinfelden-Echterdingen Conzelmann; Gerhard Dipl.-Ing. Fiedler (FH), 7440 Nürtingen; Ulrich Dr.-Ing. 7401 Pliezhausen Fleischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-01-28
Filing date: 1985-01-28
Publication date: 1986-07-31

Description

Monolithisch integrierte Schaltung mit Untertunnelung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer monolithisch integrierten Schaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Monolithisch integrierte mehrstufige Leistungsverstärker in Zellstrukturbauweise neigen zum Schwingen auf hohen Frequenzen. Die Schwingneigung entsteht durch eine kapazitive Rückkopplung vom Kollektor des Leistungstransistors auf den Eingang des Verstärkers. Bedingt durch die hohe Spannungsverstärkung und große Steilheit dieser Verstärker, genügen bereits extrem niederohmige, in der Regel induktive Widerstände im Kollektor, um das unerwünschte Schwingen hervorzurufen. Bereits extrem kurze Leitungen können derartige induktive Widerstände darstellen, die die Schwingneigung bewirken. Entkopplungskondensatoren, die unmittelbar am Kollektor angebracht werden, reichen meist nicht aus, um die strukturell bedingten Rückkopplungskondensatoren, wie sie bei Untertunnelungen auftreten, unschädlich zu machen.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße monolithisch integrierte Schaltung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ermöglicht durch eine geschirmte Untertunnelung, daß die hochfrequenten Schwingungen wesentlich sicherer unterbunden werden können als durch eine Beschaltung mit diskreten Dämpfungsgliedern. Auf diese Weise kann auch eine geschlossene Integration von Steuer- und Leistungsstufen auf einem Chip ohne zusätzliche Beschaltung vorgenommen werden.
Die Schirmelektrode, die zwischen einer an der Oberfläche einer Halbleiterschaltung verlaufenden Verbindungsleitung und einer darunter, im Halbleitermaterial verlaufenden Untertunnelung angeordnet ist, hat eine Dotierung bzw.
eine Leitfähigkeit, die gegenüber der Dotierung der Untertunnelung eine entgegengesetzte Polarität aufweist.
Die Schirmelektrode kann auf Massepotential oder hochfrequenzmäßig an Masse liegen. Das Potential der Schirmelektrode kann auch so gewählt werden, daß eine der Schwingneigung entgegenwirkende Gegenkopplung auftritt.
Die Untertunnelung kann auf einfache Weise mit der Buried-Layer-Diffusion und die Schirmelektrode mit der Basis-Diffusion oder der Isolierungs-Diffusion ausgeführt sein. Es sind auch andere Kombinationen denkbar, so kann beispielsweise die Untertunnelung mit der Epitaxie-Schicht und die Schirmelektrode mit der Basis-Diffusion ausgeführt werden. Eine Untertunnelung mit einem Basis-Emitter-Pinch-Widerstand ist ebenfalls möglich, wobei die Schirmelektrode in diesem Fall durch die Emitter-Diffusion gebildet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine bekannte Untertunnelung einer Leiter bahn ohne Schirmelektrode, Figur 2 bis Figur 5 Ersatzschaltbilder zu Untertunnelungen, Figur 6 eine erfindungsgemäße monolithisch integrierte Schaltung mit Untertunnelung und mit einer Schirmelektrode und Figur 7 den Schnitt AB der in Figur 6 dargestellten Anordnung.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausschnitt aus einer monolithisch integrierten Schaltung befindet sich über einem Silizium-Substrat 1 eine Epitaxie-Schicht 2, über der eine p-dotierte Basiszone als Untertunnelung 3 angeordnet ist. Die Untertunnelung 3 verbindet zwei Kontakte 4, 5. An der Oberseite der Halbleiteranordnung befindet sich eine Isolierschicht 6, die aus Silizium-Dioxid besteht. Zwischen den Kontakten 4, 5 befindet sich eine von innen isoliert angeordnete metallische Kollektor-Verbindungsschiene 7. Die Epitaxie-Schicht 2 ist seitlicfi. durch Isolierungen 8, die p+-dotiert sind, begrenzt.
In den Ersatzschaltbildern, die in den Figuren 2 bis 5 angegeben sind, sind die Kontakte 4, 5, die als p-dotierte Basiszone ausgebildete Untertunnelung 3 und die Kollektor-Verbindungsschiene 7 durch entsprechende Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Figur 2 und Figur 3 besteht der Leistungsverstärker nur aus einem einzigen Transisitor 9 mit einem Emitter 10. In Figur 2 verbindet die als Widerstand wirkende Untertunnelung 3 die beiden Kontakte 4, 5. In Figur 3 ist eine zwischen der Leitung bzw. der Verbindungsschiene 7 und der Untertunnelung 3 sich bildende resultierende Kapazität 11 eingezeichnet, die am Punkt 12 der Untertunnelung 3 angreift.
Im Halbleiterchip besteht der Transistor 9 aus einer Vielzahl parallel geschalteter Zellen. Die Kollektoren der einzelnen Zellen sind mittels der Verbindungsschiene 7 miteinander verbunden, wobei die Verbindungsschiene 7 bei Transistoren für größere Kollektorströme gleich als Anschlußpfad für die Verbindung nach außen dienen kann.
Ist der Leistungsverstärker ein einfacher Transistor wie in Figur 3, so wirkt die Kapazität 11 im Sinne eines Miller-Integrators gegenkoppelnd und der Verstärker bleibt stabil. Besteht jedoch der Leistungsverstärker wie in den Figuren 4 und 5 aus einer mehrstufigen Anordnung, so bewirken die zwischen den Leistungstransistor 9 und der Kapazität 11 geschalteten Komponenten, wie beispielsweise ein Vortransistor 91 oder gar eine Darlington-Stufe 92, daß die Anordnung schwingt. Der Vortransistor 91 oder die Darlington-Stufe-92 sind phasendrehende Komponenten, die von der Kollektor-Verbindungsschiene 7 auf den Eingang des Verstärkers wirken. Der Vollständigkeit halber wird noch erwähnt, daß die Darlington-Stufe 92 von Figur 5 über einen Kollektor-Widerstand 13 mit einem Betriebsspannungsanschluß 14 verbunden ist.
Um hochfrequentes Schwingen zu verhindern, muß die Rückwirkungskapazität 11 verkleinert werden. Ein erfindungsgemäßes. Ausführungsbeispiel zur Verkleinerung bzw. zur Kompensation des Einflusses der Rückwirkungskapazität 11 zeigen Figur 6 und Figur 7.
Hier ist mit n-dotierten Diffusionszonen 15, 16 eine Untertunnelung 30 ausgeführt, wobei die n-dotierten Diffusion mit dem Kollektoranschluß bzw. dem Buried-Layer ausgeführt sind. Zwischen der Kollektor-Verbindungsleitung 7 und der Untertunnelung 30 läßt sich jetzt eine Schirmelektrode 17 mit umgekehrter Polarität einbringen. Im Beispiel ist die Schirmelektrode 17 als p-dotierte Basiszone ausgebildet, die direkt mit Masse verbunden ist. Ist der Quadratwiderstand der Basiszone zu hochohmig, kann in die Basiszone eine Emitterzone eingebracht werden. Liegt zwischem dem Basisanschluß 4 und dem Substrat 1 nur eine relativ niedrige Spannung, so kann die Schirmelektrode 17 auch mit der Diffusion der Isolierung 8 gebildet werden, die dieselbe Polarität aufweist. Ebenso kann für hochohmige Untertunnelungen bereits die n-dotierte Epitaxie-Schicht als Schirmelektrode in Verbindung mit einer Basiszone ausreichen. Auch ein Basis-Emitter-Pinch-Widerstand ist als Untertunnelung brauchbar, wobei in diesem Fall die über der Basis liegende Emitter-Diffusion als Schirmelektrode hochfrequenzmäßig an Masse anzuschließen ist. Ferner ist es auch möglich, die Schirmelektrode 17 mit einem Potential der Schaltung zu verbinden, welches im interessierenden Frequenzbereich hochfrequenzmäßig eine Gegenkopplung bewirkt.
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Claims

Patentansprüche Monolithisch integrierte Schaltung mit wenigstens einer Untertunnelung von einer oder mehreren Leiterbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß über der Untertunnelung (30) eine diffundierte oder implantierte Schirmelektrode (17) angeordnet ist, deren Dotierung eine zur Dotierung der Untertunnelung (30) entgegengesetzte Polarität aufweist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (17) auf Massepotential liegt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (17) hochfrequenzmäßig an Masse liegt.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode (17) an ein eine Gegenkopplung bewirkendes Potential angeschlossen ist.
5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Untertunnelung (30) mit der Buried-Layer-Diffusion und die Schirmelektrode (17) mit der Basis-Diffusion oder der Isolierungs-Diffusion ausgeführt ist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Untertunnelung (30) mit der Epitaxie-Schicht (2) und die Schirmelektrode (17) mit der Basis-Diffusion ausgeführt ist.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Untertunnelung mit einem Basis-Emitter-Pinch-Widerstand ausgeführt ist, wobei die Schirmelektrode durch die Emitter-Diffusion gebildet wird.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schirmelektrode (17) verwendete Basis-Diffusion zusätzlich eine innerhalb liegende Emitter-Diffusion hat.