SE522910C2 - Integrerad krets för reducering av strömdensitet i en transistor innefattande sammanflätade kollektor-, emitter- och styrfingrar - Google Patents

Description

522 910 ---- ~ tor- och emitterfingrarna smalare. Samtidigt ökar mättnads- strömmen i mer nedskalade teknologier upp till ett område av 1 mA/pm bredd hos styret. För en transistor med en bredd hos styret av 10 pm kommer denna ökning att resultera i en maximal kollektor- metallfingrarna anslutna till emitter- och kollektorområdena och emitterström av 20 mA. I tidigare teknik löper längs hela bredden av transistorn, dvs längden av varje kollektor- eller emitterområde. Således samlar varje finger in sin ström längs hela bredden av transistorn. Som en konsekvens därav når strömmen i kollektor- och emitterfingrarna maximum på ställen där fingret lämnar transistorn och ansluter till en buss. På grund av de små dimensionerna hos fingrarna, i storleksordningen av 1 pm, överskrider strömdensiteten med lätthet det maximala värdet som tillåts av reglerna för tillförlitlig konstruktion även om flera sammankopplingsskikt stackas ovanpå varandra. Detta sätter stränga gränser för arbetsområdet för transistorn.

Det finns således ett behov av en robust lösning som minskar strömdensiteten i kollektor- och emitterfingrarna och genom att göra detta ökas den maximala utmatningseffekten från transis- torn, dvs arbetsområdet för transistorn ökas.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anord- ning för att förbättra strömhanteringsegenskaperna hos kollek- tor- och emitterfingrarna i en effekttransistor.

Syftet med uppfinningen uppnås genom att två strömfördelande element anordnas i det övre metallskiktet hos en effekttransis- tor eller annan flerfingeranordning, där varje sådant ström- fördelande element täcker approximativt halva transistor- bredden. Det första strömfördelande elementet ansluts till alla kollektorfingrarna längs approximativt halva längden, dvs transistorbredden, av varje kollektorfinger. Det andra ström- fördelande elementet ansluts på liknande sätt till alla emitterfingrarna längs approximativt halva längden av varje emitterfinger, dvs transistorbredd. o n.. ~ . v . ., n . . u a - _ _ . ' * o u - o a . n» 1 Den maximala strömmen som kan samlas in pà detta sätt i kollektor- och emitterfingrarna, innan den fördelas i anordningen enligt uppfinningen, är således endast hälften jämfört med den konventionella utformningen, där strömmen samlas in och flyter längs hela längden av varje finger.

En sådan anordning enligt uppfinningen minskar strömdensiteten i vart och ett av fingrarna, både i kollektorn och emittern, och gör det möjligt att väsentligt öka den maximalt tillåtna strömmen i hela transistorn och genom att göra så också öka den maximala utmatningseffekten.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att den öppnar upp för möjligheten att ytterligare minska detaljstorlekarna sàsom längden av kollektor- och emittersammankopplingsomràdena hos effekttransistorn utan att avvika fràn den s.k. minimi- konstruktionsregeln för strömdensiteten. Sàledes kan mindre och till och med mer effektfulla transistorer tillverkas.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA En utföringsform av uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan med hänvisning till de medföljande ritningarna, pà Vilka: Fig. 1 är en schematisk vy ovanifràn av en transistor med strömfördelande element enligt uppfinningen, Fig. 2a är en schematisk tvärsektionsvy längs linjen a-a i fig. 1 och Fig. 2b är en schematisk tvärsektionsvy längs linjen b-b i fig. l.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. l är en schematisk vy ovanifràn av en fälteffekttransistor av MOS-typ (MOSFET) med tvà strömfördelande element 1, 2 enligt uppfinningen. o un» o n u . ., 0 - ~ n .- 1 På ett känt i sig innefattar effekt-MOSFET-transistorn ett flertal sammanflätade kollektor-, emitter- och styrområden, ovanpå vilka s.k. kollektor-, emitter- och styrfingrar 10, 11, 12 är belägna. I denna struktur ligger varje kollektorfinger 10 intill två styrfingrar 12 och samlar in strömmen från två emitterfingrar ll.

De två strömfördelande elementen, enligt uppfinningen i formen av två strömfördelande ledande plattor 1, 2, är belägna ovanpå effekt-MOSFET-transistorn. Varje platta 1, 2 är orienterad på ett sådant sätt att den sträcker sig tvärs över varje kollektor-, emitter- och styrfinger 10, 11, 12 såväl som över området mellan varje finger 10, 11, 12.

Företrädesvis är de strömfördelande plattorna 1, 2 i samma plan och är anordnade så att de är separerade med ett förutbestämt avstånd 3, varvid de således aldrig överlappar varandra. Såsom ett resultat sträcker sig plattorna 1, 2 tillsammans med det separationsavständet 3 längs hela transistorbredden 4. Tran- sistorbredden 4 definieras såsom längden av de individuella kollektor- och emitterfingrarna 10, ll.

Separationsavståndet 3 bestäms genom vad som vanligtvis är känt såsom minimikonstruktionsregeln för IC-tillverkningsprocessen.

Således kan avståndet 3 variera från en utföringsform av uppfinningen till en annan. Beroende på kraven för varje särskild utföringsform kan avståndet 3 variera inom intervallet 50 nm till 5 pm.

Företrädesvis överlappar de två strömfördelande plattorna 1, 2 nästan lika stora delar av transistorbredden 4. Företrädesvis är dessa delar nära hälften av transistorbredden 4.

Det skall förstås att de två plattorna 1, 2 kan överlappa också icke-lika delar av transistorbredden 4. Företrädesvis skall de två plattorna 1, 2 var och en överlappa mer än 1/3 av transis- torbredden 4 och mindre än 2/3 av transistorbredden 4. På grund 'non ~ ~ - . n | . . v n a n ' ' Iuu o'.: n av det förutbestämda separationsavståndet 3 kan inte de två plattorna 1, 2 samtidigt överlappa transistorn med nära 2/3 av transistorbredden 4.

Den första plattan 1 är enligt uppfinningen ansluten medelst första vior 5 till alla kollektorfingrarna 10. Dessa första vior 5 är fördelade längs nära halva längden av varje kollek- torfinger 10. Den andra plattan 2 är enligt uppfinningen ansluten medelst andra vior 6 till alla emitterfingrarna 11. På liknande sätt är dessa andra vior 6 fördelade längs nära halva längden av varje emitterfinger 11.

Såsom bättre visas i fig. 2a är den första plattan 1 belägen ovanpå kollektorfingret 10 och är ansluten till det, medan den andra plattan 2 är belägen ovanpå kollektorfingret 10, men icke ansluten till det.

På liknande sätt, såsom bättre visas i fig. 2b, är den andra plattan 2 belägen ovanpå emitterfingret 11 och ansluten till det, medan den första plattan 1 är belägen ovanpå emitterfing- ret 11 men icke ansluten till det.

Det skall förstås att de första och andra viorna 5, 6 kan vara belägna längs mer än halva fingerlängden såväl som längs mindre än halva fingerlängden, beroende på delen av transistorbredden 4 som täcks av var och en av de tidigare nämnda två plattorna 1, 2.

Företrädesvis är de strömfördelande elementen 1, 2 rektangulära plattor. Det skall icke desto mindre förstås att både formen och storleken hos de strömfördelande elementen 1, 2 kan vara olika.

Det kan finnas andra variationer av utformning hos de ström- fördelande elementen 1, 2, där bredden hos det emitter- resp. kollektorströmfördelande elementet 1, 2 kan variera, beroende på den maximala strömdensiteten i kollektor- resp. emitterfing- rarna 10, 11. Utformningen bestäms också av den önskade totala | a ~ » ao 522 910 ana 1 | a u n . , n. utmatningsströmmen från emitter- resp. kollektorfingrarna 10, ll.

Plattorna l, 2 kan vara huvudsakligen av antingen aluminium, koppar eller guld. I fallet med aluminium är materialet van- ligtvis legerat med koppar och/eller titan och/eller annat legeringselement. På liknande sätt för fallet med guld och koppar kan materialet vara legerat med olika legeringselement för att erhålla de önskade egenskaperna.

Tillverkningen av plattorna 1, 2 kan utföras genom elektro- plätering, sputtring, ångdeponering eller varje annan depone- ringsteknik. För att erhålla god vidhäftning till transistorn är plattorna 1, 2 bildade genom att olika material skiktas, särskilt i fallet med kopparplattor. Vanligtvis deponeras ett vidhäftande skikt eller föregår ett barriärskikt deponeringen av plattorna l, 2 ovanpå transistorn.

Också andra konduktiva material kan användas beroende pà de önskade egenskaperna hos anordningen.

Utföringsformen enligt uppfinningen avser reducering av ström- densitet i en effekt-MOSFET-transistor. Det skall förstås att en liknande anordning kan anbringas pà varje annan typ av transistorer, t.ex. bipolära transistorer. Uppfinningen är inte begränsad till användning vid hög frekvens.

Det skall uppenbarligen förstås att föreliggande uppfinning inte begränsas till den föredragna utföringsformen, utan kan modifieras inom skyddsomfànget för de bifogade patentkraven.

Claims (12)

...". .....: :2"w :usa -~~ ...... .. . .... ~: s :un :nu .p n n un; u n . . , _ .. ... .. . . . Û U V Il lo Ii :in i PATENTKRAV

1. Integrerad krets för reducering av strömdensitet i en transistor, innefattande ett flertal sammanflätade kollektor-, emitter- och styrfingrar (10, ll, 12), k ä n n e t e c k n a d a v att ett första strömfördelande element (1) är beläget ovanpà transistorn i ett övre metallskikt hos den integrerade kretsen och är anslutet till nämnda flertal kollektorfingrar (10) medelst första vior och att ett andra strömfördelande element (2), som ligger i plan med nämnda första element (1), är beläget ovanpå transistorn i ett övre metallskikt och är anslutet till nämnda flertal emitterfingrar (11) medelst andra vior.

2. Integrerad krets enligt krav l, k å n n e t e c k n a d a v att det första och det andra strömfördelande elementet (1, 2) är åtskilda medelst ett förutbestämt avstånd (3).

3. Integrerad krets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda avstånd (3) ligger i intervallet 50 nm till 5 um.

4. Integrerad krets enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda två strömfördelande element (1, 2) och nämnda separationsavstànd (3) tillsammans sträcker sig längs hela transistorbredden (4).

5. Integrerad krets enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda första strömfördelande element (1) överlappar en första förutbestämd del av transistorbredden (4) och att nämnda andra strömfördelande element (2) överlappar en andra förutbestämd del av transistorbredden (4).

6. Integrerad krets enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda första del av transistorbredden (4) mäter mellan 1/3 och 2/3 av transistorbredden (4) och att nämnda 522 910 uunonc 0 n en uu -e n 0 a n ce na 0 . nu soon po n andra del av transistorbredden (4) mäter mellan 2/3 och 1/3 av transistorbredden (4).

7. Integrerad krets enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda första och andra del av transistorbredden (4) är lika stora.

8. Integrerad krets enligt nàgot av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda strömfördelande element (1, 2) är tillverkade huvudsakligen i aluminium, koppar eller guld.

9. Integrerad krets enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda strömfördelande element (1, 2) är huvudsakligen rektangulära plattor.

10. Integrerad krets enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda strömfördelande huvudsakligen rektangulära plattor är anordnade parallellt med varandra.

11. Integrerad krets enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d a v .att nämnda integrerade krets är tillverkad med en IC-teknik med detaljstorlekar mindre än 1 pm.

12. Integrerad krets enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda flertal kollektor- och emitterfingrar har en bredd i storleksordningen av 1 pm.