DE69016962T2 - Dynamische Isolierschaltung für integrierte Schaltungen. - Google Patents

Dynamische Isolierschaltung für integrierte Schaltungen.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet integrierter Schaltungen und insbesondere integrierte Schaltungen mit lateralen (seitlichen) Transistoren und vertikalen Transistoren, wobei die lateralen Transistoren einzeln oder gruppenweise isolierte Übergänge, oder Grenzschichten, aufweisen.
  • Um das gestellte Problem darzulegen, sollen zwei Beispiele für herkömmliche Konfigurationen integrierter Schaltungen mit vertikalen Transistoren und lateralen Transistoren in Bezug auf die Figuren 1 und 2 in Erinnerung gerufen werden.
  • Figur 1 zeigt eine integrierte Schaltung, welche in einem N- Substrat 1 ausgebildet ist, auf dessen Rückseite eine überdotierte N&spplus;-Zone 2 vorgesehen ist, die mit einer Metallisierung 3 beschichtet ist. Auf der rechten Seite der Figur ist eine vertikale N-Kanal MOS-Transistorzelle 10 gezeigt, und auf der linken Seite der Figur ist ein Logikbereich oder Signalbereich 20 gezeigt, in dem die lateralen N-Kanal und P-Kanal MOS-Transistoren augebildet sind.
  • Der vertikale MOS-Transistor 10 umfaßt Source-Bereiche 11, die in Kanalbereichen 12 ausgebildet sind, welche von einem isolierten Gate 13 überbrückt werden. Die Source-Bereiche 11 sind einstückig mit einer Source-Metallisierung 14 ausgebildet, die auch in Kontakt mit dem Caisson-Bereich 15 sind, wobei ein Teil dieses Bereiches den Kanalbereich 12 bildet. Üblicherweise besteht ein vertikaler Leistungstransistor (VDMOS) aus einer großen Anzahl von parallelen Zellen, wie der Zelle 10.
  • Der Logikbereich 20 weist P-Kanal MOS-Transistoren 21 und N- Kanal MOS-Transistoren 22 auf. Diese Transistoren sind in einem N-Caisson 23 ausgebildet (die N-Kanal Transistoren sind in einem zweiten Caisson 24 ausgebildet, der in dem Caisson 23 angeordnet ist). Die gesamte Anordnung des Logikbereiches ist mittels P&spplus;-dotierter Bereiche Übergangs-isoliert, wobei die P&spplus;- dotierten Bereiche einerseits eine vergrabene (verdeckte) Schicht 25 und andererseits laterale Schächte 26 bilden, welche die vergrabene Schicht 25 erreichen. Die isolierende Struktur 25, 26 ist über ihren oberen Teil mit isolierenden Metallisierungen 27 verbunden, welche an ein Isolationspotential Viso angeschlossen sind.
  • Figur 2 zeigt eine andere übliche Struktur für einen integrierten Schaltkreis, die aus vertikalen und lateralen Komponenten besteht. In dieser Figur sind die Komponenten, welche denen von Figur 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der rechte Teil der Figur 2, welcher einer Zelle eines vertikalen N-Kanal MOS-Transistors entspricht, ist mit dem rechten Teil von Figur 1 identisch.
  • Der Bereich der Logiktransistoren ist nun mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Dieser Teil ist in einem P&supmin;-Caisson 31 mit zu dem Substrat entgegengesetzter Leitfähigkeitsart ausgebildet. In der Figur wurde nur ein N-Kanal Transistor 32 dargestellt. An den P&supmin;-Caisson grenzt ein P&spplus;-Isolationsschacht 36 an, welcher mit einer isolierenden Metallisierung 37 verbunden ist, die an ein Isolationspotential Viso an geschlossen ist. Bei dieser Konfiguration ist Viso gleich dem Bezugspotential VSS des Signalbereiches.
  • Ferner ist in Figur 2 ein vertikaler bipolarer Transistor 40 mit einem P&supmin;-Basisbereich 41 und einem N&spplus;-Emitterbereich 42 dargestellt. Der Kollektor dieses vertikalen Transistors entspricht dem Drain des vertikalen MOS-Transistors, und die Metallisierung des Kollektors ist daher die Metallisierung der Rückseite 3. Man bemerke, daß in der Struktur von Figur 1 ebenso ein vertikaler NPN-Transistor vorgesehen sein könnte.
  • Die Figuren 1 und 2 wurden extrem schematisch dargestellt, und sie sollen nur das Problem darlegen, welches bei der Isolierung der lateralen Transistorbereiche (Signalbereich oder Logikbereich) entsteht.
  • In einem üblichen Betriebsmodus eines vertikalen Leistungstransistors sind die Sources des vertikalen MOS-Transistors (VDMOS) oder die Ermitter des vertikalen NPN-Transistors mit Masse verbunden, und die Drains der VDMOS und die Kollektoren der vertikalen NPN-Transistoren (Rückseite) sind mit der positiven hohen Spannung verbunden. Die Logikschaltkreise arbeiten normalerweise zwischen dem Massepegel und einer positiven Versorgungsspannung (VCC). Damit die Caissons der lateralen Transistoren richtig isoliert sind, ist es zweckmäßig, wenn das Isolationspotential Viso das negativste Potential des Schaltkreises ist, d.h. Masse. In diesem Fall ist der Anschluß 27 (Figur 1) oder der Anschluß 37 (Figur 2), wie Figur 3A sehr schematisch zeigt, mit Masse verbunden, und die P&spplus;N-Diode 50 zwischen dem Isolationsbereich (25, 26; 36) und der Rückseite liegt in Sperrrichtung zwischen der positiven hohen Spannung Vout und Masse. Die Schaltung ist dann angemessen isoliert.
  • Dennoch ist es möglich, daß die an die Metallisierung der Rückseite 3 angelegte Spannung Vout während einer Übergangsphase negativ wird, beispielsweise in Folge eines Umschaltens oder von Störungen. Dann wird die in Figur 3A gezeigte isolierende Diode 50 in Vorwärtsrichtung polarisiert oder vorgespannt. Daraus ergeben sich zahlreiche wohlbekannte Nachteile, nämlich:
  • - eine Zirkulation beträchtlicher Störströme in dem Logikbereich oder Signalbereich,
  • - ein hoher Leistungsverbrauch in der Versorgung des Signalbereiches,
  • - das Risiko eines Latch-Up-Effekts potentieller CMOS- Strukturen, die in dem oder den logischen Caissons enthalten sind,
  • - eine mögliche Veränderung des Zustandes bestimmter logischer Schaltkreise, wie Speicherstellen, Zähler und dgl.
  • Um diesen Nachteilen zu begegnen, wurde im Stande der Technik vorgeschlagen, daß Isolationspotential Viso nicht direkt sondern über eine Diode 51 mit Masse zu verbinden, wie in Figur 3B gezeigt ist. Dadurch ist die Zirkulation des Stromes zwischen dem Isolationsbereich und der Rückseite der integrierten Schaltung normalerweise gesperrt, wenn sich die Spannung Vout an dieser Rückseite umkehrt. Diese Lösung hat jedoch zahlreiche Nachteile:
  • - die Diode 51 ist nicht leicht integrierbar;
  • - das Einfügen dieser Diode 51 addiert eine Diodenschwellspannung (ungefähr 0,6 Volt) zu allen Eingangs/Ausgangs- Spannungen des Logikbereiches; daraus ergibt sich beispielsweise, daß dieser logische Bereich nicht mehr kompatibel zu den TTL-Steuersignalen ist;
  • - es besteht die Gefahr, daß die Schaltung nicht mehr arbeiten kann, wenn Vout negativ wird, wobei Viso dann auf einem Schwebepotential liegt; und
  • - wie Figuren 1 und 2 zeigen, existiert ein parasitärer bipolarer PNP-Transistor Qp1, dessen Kollektor dem Isolationsbereich 26 oder 36 entspricht, dessen Emitter dem Caisson 15 des MOS-Leistungtransistors entspricht und dessen Basis dem Substrat 1 der integrierten Schaltung entspricht. Wenn Vout negativ wird, besteht die Gefahr, daß dieses Element, das, wie in Figur 3B gezeigt, parallel zu der Diode 51 angeschlossen ist, leitend wird und so die Wirkung dieser Diode 51 zunichte macht.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Isolierschaltung vorzusehen, welche Teil eines monolithischen integrierten Schaltkreises gemäß der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Art ist und die es möglich macht, die Isolation und richtige Funktion der Logikbereiche der Schaltung selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn sich die positive hohe Spannung umkehrt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine integrierte Struktur, welche als dynamische Isolierschaltung bezeichnet ist, gemäß Anspruch 1 vor, die es möglich macht, automatisch die Isolationsbereiche entweder mit Masse zu verbinden, wenn die hohe Spannung an der Rückseite der integrierten Schaltung relativ zu Masse positiv ist, oder mit der Spannung der Rückseite zu verbinden, wenn sie relativ zu Masse negativ wird. Viele vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind mit weiteren Einzelheiten in der folgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung näher dargelegt. In den Figuren zeigen:
  • Figuren 1 bis 3B, welche bereits beschrieben wurden, sollen den Stand der Technik und die dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe illustrieren; in diesen Figuren zeigen Figur 1 und 2 herkömmlich integrierte Schaltungsstrukturen mit lateralen und vertikalen Transistoren, und Figuren 3A und 3B zeigen äquivalente Diagramme der Isolation der logischen Caissons;
  • Figur 4 zeigt die Funktion, welche die Schaltung gemaß der vorliegenden Erfindung ausführt;
  • Figur 5 zeigt schematisch ein Beispiel eines Polaritätsdetektors;
  • Figur 6 zeigt ein Beispiel eines Polaritätsdetektors mit weiteren Einzelheiten;
  • Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Polaritätsdetektors;
  • Figur 8 stellt die Hauptelemente einer Ausführungsform der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
  • Figur 9 zeigt etwas detaillierter die Hauptelemente einer Ausführungsform einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • Figur 10 zeigt schematisch ein Beispiel einer Integrationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Wie Figur 4 zeigt, umfaßt eine Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Polaritätsdetektor D zum Anzeigen, ob das Potential der Rückseite einer integrierten Schaltung, wie der von Figuren 1 und 2, die vertikale und laterale Komponenten aufweist, relativ zu der Bezugsspannung der Schaltung positiv oder negativ ist, wobei die Bezugsspannung normalerweise Masse GND ist. Gemäß dem Ergebnis des von dem Detektor D vorgenommenen Vergleichs, ist die an die Isolationsbereiche (25, 26; 36) angelegte Spannung Viso entweder Masse GND, die über einen ersten Schalter 51 angeschlossen wird, oder die Spannung der Rückseite Vout, die über einen zweiten Schalter 52 angeschlossen wird. Ein Inverter I macht es möglich, die Schalter 51 und 52 zueinander entgegengesetzt anzusteuern. Dadurch ist das Isolationspotential Viso immer über einen niederohmigen Schalter mit dem niedrigsten Potential der Schaltung verbunden, und der Betrieb der Logikschaltungen bleibt zufriedenstellend, unabhängig von möglichen negativen Störeffekten auf der Rückseite.
  • Beispiele für den Aufbau des Polaritätsdetektors für die Rückseite
  • Eine erste Ausführungsform des Detektors D ist schematisch in Figur 5 gezeigt. Sie umfaßt einen vertikalen NPN-Transistor Q1, beispielsweise derart, wie er auf der linken Seite von Figur 2 gezeigt ist. Dieser Transistor wird jedoch unter Berücksichtigung der Tatsache eingesetzt, daß der Kollektor die Funktion eines Emitters und der Emitter die Funktion eines Kollektors hat. Wie Figur 2 zeigt, ist der Kollektor baulich mit der Spannung der Rückseite Vout verbunden. Der Emitter A, der den Ausgangsanschluß bildet, ist mit der Versorgungsspannung der Logikschaltungen + VCC über einen Lastwiderstand Rc verbunden, welcher beispielsweise ein MOS-Verarmungstransistor sein kann.
  • Erfindungsgemäß ist die Basis des Transistors QI mit einer Spannungsquelle Vb verbunden, die auf Masse GND bezogen ist und einen Wert hat, der geringer ist als die Basis-Emitter-Leitspannung VBE eines NPN-Transistors, nämlich eine Spannung von weniger als 0,6 Volt, beispielsweise 0,2 Volt. Solange die Spannung Vout positiv ist, sperrt also der Transistor QI, und der Punkt A liegt bei dem Potential VCC (beispielsweise 5 bis 15 Volt). Sobald die Spannung Vout ausreichend negativ ist, damit die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter (Vb-Vout) des Transistors QI gleich einer Dioden-Schwellspannung (VBE) wird, wird der Transistor Q1 andererseits leitend, und der Punkt A folgt im wesentlichen dem Potential von Vout. Dadurch wird ein Signal am Ausgangsanschluß A des Detektors erhalten, das im wesentlich gleich der Spannung VCC ist, wenn Vout positiv ist, und ein Signal, das im wesentlichen gleich Vout ist, wenn Vout negativ ist (negativer als 200 mV-VBE).
  • Figur 6 zeigt ein Beispiel eines detaillierteren Schaltbildes der Schaltung von Figur 5. In dieser Figur sind die N-Kanal MOS-Verarmungstransistoren mit einer zusätzlichen vertikalen Linie symbolisch dargestellt. Die Schaltung zum Vorsehen der Spannung Vb (beispielsweise 200mV) umfaßt vier MOS-Transistoren in Reihenschaltung, drei MQS-Verarmungstransistoren M1, M2 und M3 und einen MOS-Anreicherungstransistor M4, die zwischen der Spannung VCC und Masse angeschlossen sind. Die Gates der Transistoren M1, M2 und M4 sind miteinander und mit dem Drain/Source-Verbindungspunkt D4 der Transistoren M3 und M4 verbunden. Das Gate des Transistors M3 ist mit dem Drain/Souce-Verbindungspukt D2 der Transistoren MI und M2 verbunden.
  • Der Transistor M1 ist eine 1"Kaskoden"-Anordnung, welche an der Source von M1 (Punkt D2) eine Spannung erzeugt, die fast unabhängig von der Versorgungsspannung VCC ist. Die Zelle (M2, M3) ist eine Schaltung zum Erzeugen einer Bezugsspannung der "Lambda-Zellen"-Art, welche eine Potentialdifferenz Vb zwischen D3 und D4 erzeugt, die etwas abhängig von der Potentialdifferenz V(D2) - V(D4) ist. Der Transistor M4 ist ein Anreicherungstransistor mit großer Steilheit (Transkonduktanz), dessen Drain D4 auf eine Spannung vorgespannt ist, die wenig von ihrer Schwellspannung VTE abweicht. Die Spannung am Punkt D3 nimmt daher den Wert VTE+Vb an.
  • Die Spannung Vb+VTE am Punkt D3 wird an eine Stromverstärkerschaltung angelegt, die in Reihenschaltung Transistoren M5 und M6 aufweist, wobei der Transistor M5 ein NMOS-Anreicherungstransistor ist, der identisch mit dem Transistor M4 ist, und der Transistor M6 ist ein NMOS-Verarmungstransistor, dessen Gate mit der Source verbunden ist. Die Source des Transistors M6 ist mit Masse verbunden, und der Drain des Transistors M5 ist mit VCC verbunden. Am Drain/Source-Verbindungspunkt der Transistoren M5 und M6 wird also die Spannung Vb erhalten, die an die Basis des Transistors Q1 angelegt werden soll, der, wie in Figur 5 gezeigt, in Reihe mit einem Widerstand Rc geschaltet ist, welcher in Form eines MOS-Verarmungstransistors realisiert ist, dessen Gate mit dem Drain verbunden ist.
  • Ein anderes Beispiel für den Aufbau des Detektors D ist in Figur 7 gezeigt. Diese Schaltung umfaßt einen MOS-Verarmungstransistor M11 und einen MOS-Anreicherungstransistor M12 zwischen der Spannung VCC und Masse. Die Gates der Transistoren M11 und M12 sind gemeinsam mit dem Drain/Source-Verbindungspunkt dieser Transistoren verbunden. An diesem Drain/Source- Verbindungspunkt liegt also eine Spannung an, welche nahe bei der Schwellspannung VTE eines N-Kanal MOS-Anreicherungstransistors (des Transistors M12) liegt. Diese Schaltung umfaßt ferner zwischen der Spannung VCC und der Rückseite (Vout) einen N- Kanal MOS-Verarmungstransistor M13, einen N-Kanal MOS-Anreicherungstransistor M14 und einen vertikalen N-Kanal MOS-Anreicherungstransistor (VDMOS) M15. Die Verbindung zwischen den Transistoren M14 und M15 ist mit dem Bezugszeichen B bezeichnet. Das Gate des Transistors M13 ist mit dem Drain/Source- Verbindungspunkt der Transistoren M13 und M14 verbunden und bildet den Ausgangsanschluß A des Detektors. Das Gate des Transistors M14 ist mit dem Drain/Source-Verbindungspunkt der Transistoren M11 und M12 verbunden, d.h., es liegt bei einem Potential in der Nähe von VTE. Das Gate des VDMOS-Transistors M15 liegt auf dem Potential VCC.
  • Der Betrieb dieser Schaltung ist folgender. Wenn Vout positiv ist, wird die Spannung am Punkt B auf VCC minus der Schwellspannung des VDMOS M15 begrenzt, d.h. VCC - VTVDMOS. Die Gate- Spannung des Transistors M14 beträgt dann weniger als die Source-Spannung, M14 sperrt, und die Spannung am Punkt A ist gleich VCC. Wenn Vout negativ wird, leitet der Transistor M15 und die Spannung am Punkt B ist im wesentlichen gleich Vout In diesem Fall leitet der Transistor M14 einen Strom, der ausreichend ist, damit die Spannung am Punkt A auf einer Spannung sehr nahe bei Vout abfällt.
  • Beispiel für den Aufbau der Schalter
  • Figur 8 nimmt in etwas detaillierterer Form den allgemeinen Schaltplan der vorliegenden Erfindung wieder auf, der zuvor in Figur 4 als Blockdiagramm gezeigt wurde.
  • In dieser Darstellung ist der Schalter 51, welcher es möglich macht, die Verbindung zwischen der Isolationsspannung Viso und Masse GND herzustellen, wenn Vout positiv ist, durch einen lateralen MOS-Transistor realisiert, und der Schalter S2, welcher es möglich macht, die Verbindung zwischen der Spannung Viso und dem Potential Vout herzustellen, wenn Vaut negativ ist, ist durch einen vertikalen NPN-Transistor S2 realisiert. Die anderen Bezugszeichen dieser Schaltung sind identisch zu denen, die in Figur 4 verwendet wurden. Man wird bemerken, daß der Inverter I vorzugsweise zwischen VCC und dem Potential Viso, d.h. abhängig von dem Vorzeichen von Vout dem Potential GND oder Vout, vorgesehen wird. Dies macht es möglich, seinen Betrieb in dem Fall, daß Vout negativ ist, besser zu gewährleisten.
  • Figur 9 nimmt in etwas detaillierterer Darstellung die Schaltung von Figur 8 wieder auf, abgesehen davon, daß in der Praxis Treiber- und Pufferstufen vorgesehen werden müssen, damit die Schaltung zufriedenstellend arbeitet.
  • Der Ausgangsanschluß A des Detektors D, an dem die Spannung Vout (wenn Vout negativ ist) oder VCC (wenn Vout positiv ist) zur Verfügung steht, ist mit zwei Invertern 61 und 62 verbunden.
  • MOS-Transistoren M21 und M22 sind in Reihe zwischen der Versorgungsspannung VCC und dem Potential Viso angeordnet. Ein MOS-Transistor M23, ein MOS-Transistor M24 und ein NPN-Transistor Q2 sind in Reihe zwischen der Versorgungsspannung VCC und der Spannung Vout angeordnet. Der Ausgang des Inverters 61 steuert die Gates der Transistoren M21 und M24 an. Der Ausgang des Inverters 62 steuert die Gates der Transistoren M22 und M23 an. Der Drain/Source-Verbindungspunkt der Transistoren M21 und M22 steuert die Basen der bipolaren Transistoren Q2 und S2 an, die beide vertikale bipolare NPN-Transistoren sind. Der Drain/Source-Verbindungspunkt der MOS-Transistoren M23 und M24 steuert das Gate des lateralen MOS-Transistors S1 an.
  • Die Transistoren M21 und M22 bilden eine erste Folgeverstärkerstufe, während die Transistoren M23, M24 und Q2 eine zweite Folgeverstärkerstufe bilden. Diese Stufen sollen die notwendigen Steuerströme und ein ausreichend schnelles Umschalten der Schalter S1 und S2 gewährleisten.
  • Wenn der Punkt A auf dem Potential VCC liegt (Vout ist positiv), sind die Transistoren M22 und M23 leitend, die Transistoren M21 und M24 sperren. Daraus ergibt sich, daß die NPN- Transistoren Q2 und S2 sperren, während der Transistor S1 leitend ist. Das Potential Viso liegt dann tatsächlich auf Masse GND, und zwar über den Transistor S1.
  • Wenn der Punkt A auf dem negativen Potential Vout liegt, kehrt sich der Zustand der MOS-Transistoren M21, M22, M23 und M24 um, das Gate des Schalters S1 liegt bei Vouti und die Basis der bipolaren Transistoren Q2 und S2 liegt bei Vout + VBE,- d.h. der letztgenannte Transistor wird leitend und das Potential Viso wird auf das Potential Vout eingestellt, was dem gewünschten Ergebnis entspricht.
  • Aus dem oben gesagten folgt tatsächlich, daß die Spannung Viso nicht streng gleich dem Massepotential oder der Spannung von Vout ist, sondern daß sie von diesen Potentialen nur um eine Spannung von einigen zehn mV abweicht, was beispielsweise der Kollektor/Emitter-Spannung bei Sättigung eines bipolaren Transistors oder dem Drain/Source-Spannungsabfall eines MOS-Transistors im leitenden Zustand entspricht.
  • Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, daß die obigen Ausführungsformen nur ein Beispiel eines Aufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Was den Transistor Sl betrifft, so wurde dieser vorstehend als ein MOS-Transistor beschrieben; es könnte jedoch unter der Bedingung, daß seine Steuerschaltung entsprechend modifiziert wird, auch ein bipolarer Transistor eingesetzt werden. Ähnlich könnte ein vertikaler MOS-Transistor anstelle eines vertikalen NPN-Transistors für den Transistor S2 vorgesehen werden. Allgemeiner gesagt, die vorliegende Erfindung kann auf dieselbe Weise mit P-Kanal Transistoren für die lateralen MOS bzw. PNP-Transistoren für die vertikalen bipolaren Transistoren eingesetzt werden.
  • Figur 10 zeigt auf vereinfachte Weise ein Beispiel für die Integration einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche Figur 8 entspricht.
  • Figur 10 zeigt von links nach rechts:
  • - einen vertikalen NPN-Transistor S1, dessen Basis B das Ausgangssignal des Detektors D empfängt,
  • - einen logischen Caisson, wie den Caisson 30 von Figur 2,
  • dessen Isolationsbereiche mit der Spannung Viso verbunden sind,
  • - einen lateralen N-Kanal MOS-Transistor, der den Schalter S1 bildet, und - eine VDMOS-Transistorzelle, wie die Zelle 10 der Figuren 1 und 2.
  • Wie bereits erläutert, ist der Ermitter des vertikalen NPN- Transistors S2 mit dem Potential Viso verbunden, welches auch mit dem Drain des Transistors S1 verbunden ist, dessen Source mit Masse verbunden ist, wobei als Verbindung der Source beispielsweise die VDMOS-Zelle 10 dient.
  • Es sei bemerkt, daß gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der P&spplus;-Isolationsbereich des lateralen MOS-Transistors S1 mit Masse und nicht mit Viso verbunden ist. In diesem Fall, wird nämlich dann, wenn Vout negativ wird, der parasitäre bipolare NPN-Transistor QP2, der in Figur 10 gezeigt ist, leitend und bestätigt die Verbindung von Viso zu Vout

Claims (8)

1. Dynamische Isolierschaltung, welche Teil eines monolithischen integrierten Schaltkreises in einem Halbleitersubstrat einer ersten Leitfähigkeitsart ist, mit seitlichen Transistoren, deren Anschlüsse von der Vorderseite des Substrates zugänglich sind, und vertikalen Transistoren, bei denen ein Leistungsanschluß der Rückseite des Substrates entspricht, wobei die seitlichen Transistoren einzeln oder in Gruppen durch einen Isolationsbereich der zweiten Leitfähigkeitsart (26;36) isoliert sind, der mit einem als Isolationspotential (Viso) bezeichneten Potential verbunden ist, wobei die seitlichen Transistoren mit Spannungen verbunden sind, welche bezüglich einer Bezugsspannung (GND) eine erste Polarit&t aufweisen, und der mit der Rückseite (3) verbundene Leistungsanschluß normalerweise ebenfalls mit einem Potential (Vout) verbunden ist, das bezüglich der Bezugsspannung die erste Polarität aufweist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (D) zum Erfassen des Vorzeichens des Potentials der Rückseite relativ zu der Bezugsspannung, eine erste Schaltvorrichtung (S1), welche mindestens einen seitlichen Transistor umfaßt, um das Isolationspotential mit dem Bezugspotential zu verbinden, wenn das Potential der Rückseite relativ zu dem Bezugspotential die erste Polarität aufweist,
eine zweite Schaltvorrichtung (S2), welche mindestens einen vertikalen Transistor aufweist, um das Isolationspotential mit dem Potential der Rückseite zu verbinden, wenn das Potential der Rückseite relativ zu dem Bezugspotential die zweite Polarität aufweist.
2. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugspotential Masse ist, die Rückseite der integrierten Schaltung einer Schicht entspricht und der Isolationsbereich ein P-Bereich ist, die erste Polarität die positive Polarität ist, und die seitlichen Transistoren mit einer üblichen positiven Versorgungsspannung (VCC) verbunden sind.
3. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (D) zum Erfassen des Vorzeichens des Potentials der Rückseite relativ zur Masse einen vertikalen NPN-Transistor (QI) aufweist, dessen Kollektor mit der Rückseite verbunden ist, dessen Basis auf eine vorgegebene positive Spannung (Vb) vorgespannt ist, welche geringer ist als die Basis- Emitter-Spannung im leitenden Zustand (VBE) eines NPN- Transistors, und dessen Emitter mit der üblichen positiven Versorgungsspannung (VCC) der seitlichen Transistoren mittels eines Lastelementes (Rc) verbunden ist, wobei das Erfassungssignal am Verbindungspunkt des Emitters und des Lastelementes (Rc) bereitgestellt wird.
4. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (D) zum Erfassen des Vorzeichens des Potentials der Rückseite relativ zur Masse einen N-Kanal-VDMOS-Transistor (M15) aufweist, dessen Drain mit der Rückseite verbunden ist und dessen Source mit dem seitlichen NMOS-Transistor (M14) verbunden ist, dessen anderer Hauptanschluß mit der üblichen positiven Versorgungsspannung der seitlichen Transistoren über ein Lastelement (M13) verbunden ist; das Gate des N-Kanal-VDMOS-Transistors (M15) auf die übliche positive Versorgungsspannung der seitlichen Transistoren (VCC) vorgespannt ist und das Gate des seitlichen NMOS-Transistors (M14) auf einen Wert vorgespannt ist, der geringfügig größer ist als dessen Schwellwertspannung (VT);das Erfassungssignal an dem Verbindungspunkt des seitlichen NMOS-Transistors (M14) und des Lastelementes (M13) bereitgestellt wird.
5. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltvorrichtung (S1) in einem P-Caisson einen MOS-Transistor mit angereichertem N-Kanal aufweist, dessen Source mit dem Bezugspotential verbunden ist, dessen Drain mit den Isolationsbereichen verbunden ist und dessen Gate von der Vorrichtung zur Erfassung des Vorzeichens (D) angesteuert wird.
6. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Caisson des MOS- Transistors mit dem Bezugspotential (GND) verbunden ist.
7. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltvorrichtung (S2) einen vertikalen bipolaren NPN-Transistor aufweist, dessen Emitter mit der Rückseite des Substrats verbunden ist, dessen Kollektor mit den Isolationsbereichen verbunden ist und dessen Basis über eine Invertervorrichtung von der Vorrichtung zum Erfassen des Vorzeichens (D) angesteuert wird.
8. Dynamische Isolierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltvorrichtung (S2) einen vertikalen N-Kanal-MOS-Transistor aufweist, dessen Drain mit der Rückseite verbunden ist, dessen Source mit dem Isolationspotential verbunden ist und dessen Gate über einen Inverter von der Vorrichtung zum Erfassen des Vorzeichens (D) angesteuert wird.
DE69016962T 1989-11-29 1990-11-22 Dynamische Isolierschaltung für integrierte Schaltungen. Expired - Lifetime DE69016962T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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