NL7806989A - Geintegreerde schakeling. - Google Patents

Description

J - )

VEER/LA

..PHN-g-l^g- N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Geïntegreerde schakeling

Geïntegreerde schakeling met poortschakelingen die elk een signaalingang hebben, die wordt gevormd door een basis van een bipolaire transistor en meerdere signaal-uitgangen, die elk via een diode met de kollektor van de 5 bipolaire transistor zijn gekoppeld, waarbij de signaalingang is voorzien van middelen voor het toevoeren van stroom, welke geïntegreerde schakeling een halfgeleider-lichaam bevat met een hoofdoppervlak waaraan de bipolaire transistors van de genoemde poortschakelingen grenzen, 10 waarbij deze transistors elk een emitterzone, een basiszone en een kollektorzone hebben die zijn gevormd door drie in een richting dwars op het hoofdoppervlak opeenvolgende halfgeleiderzones van afwisselend geleidingstype, waarbij althans de basiszone en de kollektorzone aan het 15 hoofdoppervlak grenzen, waarbij een stelsel van signaal-verbindingen aanwezig is, dat de kollektorzone van een eerste van de transistors via een eerste diodeovergang met de basiszone van een tweede van de transistors en via een tweede diodeovergang met de basiszone van den derde van de 20 transistors verbindt, waarbij de signaalverbindingen banen van geleidend materiaal bevatten, die door een isolerende laag van het hoofdoppervlak zijn gescheiden en die plaatselijk door openingen in de isolerende laag tot aan het hoofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam reiken.

25 ' Geïntegreerde logische schakelingen met poort- · schakelingen van deze soort zijn in verschillende uitvoeringsvormen bekend. Onder meer kanvworden gewezen op het artikel "Schottky I^L" in "IEEE Journal of Solid-State Circuits". Vol. SC-10, No. 5» bladzijde 3^3 tot en met 30 -3^8-r De diode o ver gangen in de signaalverbindingen tussen 7806989

508294F

- 2 - -EHÈL-9J-7-5- de kollektors en de bases zijn in deze uitvoeringsvorm uitgevoerd als Schottky-overgangen, die rechtstreeks op het betreffende kollektorgebied zijn aangebracht.

Ook in soorten van logikaschakelingen anders 2 5 dan I L worden wel logische signaalverbindingen met rechtstreeks op het kollektorgebied van een transistor geïntegreerde dioden toegepast.

De onderhavige uitvinding beoogt geïntegreerde schakelingen van de in de aanhef beschreven soort verder 10 te verbeteren en met name een grotere flexibiliteit ten aanzien van de topologische uitvoering te verschaffen welke grotere flexibiliteit er toe leidt dat het ontwerpen van de topologische uitvoering wordt vereenvoudigd en/of de pakkingsdichtheidt wordt vergroot zodat voor .een zelfde 15 schakeling met een kleiner· halfgeleiderlichaam kan worden volstaan.

Een geïntegreerde schakeling zoals in de aanhef omschreven is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de eerste en de tweede diodeovergang pn-over-20 gangen zijn die elk tenminste aan één van hun beide zijden over hun gehele oppervlak direkt aan polykristallijne ihalfgeleidersporen grenzen, waarbij deze halfgeleidersporen! tot de genoemde banen van geleidend materiaal behoren. j

Opgemerkt wo.rdt dat poly-mono-diodes en poly- i 25 diodes op zichzelf wel bekend zijn en ook reeds in geïn tegreerde schakelingen worden, gebruikt. De onderhavige juitvinding betreft dus niét deze diodes als zodanig, maar het gebruik van deze op zichzelf bekende diodes in de aangegeven signaalverbindingen van geïntegreerde schakelingen 30 van de in de aanhef omschreven soort. Juist in deze signaal verbindingen kunnen deze diodes eenvoudig en praktisch zonder extra processtappen worden aangebracht waarbij vooral een vereenvoudiging van de vervaardiging en een grotere vrijheid ten aanzien van de doteringsconcentraties wordt 33 verkregen vergeleken met de in deze verbinding tot nu toe gebruikelijke Schottkydioden. Bovendien wordt een gro-terfi flexibiliteit tan aanzi gvn van_de_t-Op.aljOgi-e- 7806989

S06294F

I 1 - 3 - PWN QI75_ omdat in de geïntegreerde schakeling volgens de uitvinding de dioden naar keuze grenzend aan de kollektorzone, grenzend aan de basiszone of in een polykristallijn deel van de signaalbaan tussen de beide transistors kunnen worden 5 aangebracht. Vooral als de dioöeovergangen als zich dwars op het hoofdoppervlak uitstrekkende pn-overgangen in de polykristallijne halfgeleidersignaalbanen worden uitgevoerd, is voor de dioden geen extra ruimte aan het oppervlak van het halfgeleiderlichaam nodig.

10 In het bijzonder in grote geïntegreerde schake lingen, de zogenoemde LSI-schakelingen (LSI is de afkorting van de Engelse benaming Large Scale Integration), komen regelmatig lange signaalverbindingen voor tussen een eerste transistor die bijvoorbeeld aan of dichtbij een rand van 15 het hoofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam is gelegen, en twee of meer transistors van andere, aan te sturen poortschakelingen die op relatief grote afstand en bijvoorbeeld aan of nabij een tegenoverliggende rand van het hoofd-ioppervlak liggen. Bij de gebruikelijke uitvoering met op het 20 kollektorgebied geïntegreerde dioden is dan voor ieder van de aan te sturen transistors een lange signaalbaan nodig die vanaf het kollektorgebied van de eerste transistor naai ! de betreffende aan,te sturen transistor loopt. Bij toepassing van de uitvinding wordt het patroon van signaalbanen 25 belangrijk vereenvoudigd omdat nu met ëén lange signaalbaan kan worden volstaan die van het kollektorgebied aan de ene rand naar de andere rand voert en die zich dicht bij de aan te sturen transistors bijvoorbeeld splitst in een aantal takken waarbij in elk van deze takken en al of 30 niet direkt grenzend aan de aan te sturen basis, een pn-overgang aanwezig is.

Naast verbindingen waarbij één sturende transistor twee of meer op relatief grote afstand gelegen transistors aanstuurt, komen ook verbindingen voor waarbij twee 35 of meer sturende transistors verbonden zijn met dezelfde op relatief grote afstand van de sturende transistors gele- 7806989

503294F

jBHN -9175___________ - 4 - overgangen veelal dicht bij de sturende transistors worden gesitueerd teneinde het patroon van geleidersporen zo eenvoudig mogelijk te houden. De plaats van de pn-overgangen in de signaalverbindingen kan dus geheel vrij worden ge-5 kozen waarbij afhankelijk van het logische netwerk en de topologische rangschikking van de transistors van de poort-schakelingen relatief lange signaalbanen zowel tussen kol-lektor en pn-overgang als tussen pn-overgang en basis kunnen voorkomen.

10 De uitvinding zal nader worden uiteengezet aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de bijgaande tekening, waarbij - I Figuur 1 en 2 schakelschema’s van delen van een logisch.1 netwerk weergegeven, 15 Figuur 3 schematisch een dwarsdoorsnede van een deel van het halfgeleiderlichaam van een voorbeeld van de geïntegreerde schakeling volgens de uitvinding toont en

Figuur 4 schematisch de topologie of lay-out 20 van een deel van een voorbeeld van de geïntegreerde schakeling volgens de uitvinding voorstelt.

Het uitvoeringsvoorbeeld dat aan de hand van de figuren 1, 2 en 3 wordt beschreven is een geïntegreerde schakeling met logische poortschakelingen, die elk een 23 signaalingang hebben, die wordt gevormd door een basis van een bipolaire transistor. In figuur 1 zijn drie van zulke bipolaire transistors 1, 2 en 3 aangegeven. De basis van de transistor 1 vormt de signaalingang 4 en de bases van de transistoren 2 en 3 vormen de signaalimgangen 5 res-30 pektievelijk 6.

Elk van deze poortschakelingen heeft meerdere signaaluitgangen, die elk via een diode met de kollektor-van de bipolaire transistor zijn gekoppeld. De signaal-uitgangen3S, 7> 8 en 9 zijn via de dioden 10 respektieveli^k 35 11, 12 en 13 gekoppeld met de kollektor 14 van transistor 1. De signaaluitgangen 15> 16 en 17 zijn via de dioden 18

78 0 6 9 8 9 PP

506294F

- 5 - PHN Q17 5_ van transistor 2. De signaaluitgangen 22 en 23 zijn via de dioden 24 respektievelijk 25 gekoppeld met de kollektor 26 van transistor 3. De signaaluitgangen 27 en 28 zijn via dioden 29 respektievelijk 30 verbonden met kollektors van 5 niet-getekende transistors.

De signaalingang 4 respektievelijk 5 en 6 van elk van de poortschakelingen is voorzien van middelen voor het toevoeren van stroom, welke zijn aangeduid met de stroombronnen 31 respektievelijk 32 en 33· 10 De geïntegreerde schakeling bevat een halfgelei- derlichaam 41 met een hoofdoppervlak 42 waaraan de bipolaire transistors van de poortschakelingen grenzen. Fig.

3 toont de transistors 1 en 2, waarbij de transistor 1 ΔΛ een emitterzone 41, een basiszone 43 en een kollektorzone 15 44 heeft en de transistor 2 een emitterzone 42, een basis zone 45 en een kollektorzone 46. De zones 41, 42 en 43 vormen, evenals de zones 41, 45» en 46, drie in een richtirg dwars op het hoofdoppervlak 42 opeenvolgende halfgeleider-zones van afwisselend geleidingstype waarbij althans de 20 basiszone 43 en 45 en de kollektorzones 44 en 46 aan het hoofdoppervlak 42 grenzen.

Het halfgeleiderlichaam 41 bestaat bijvoorbeeld uit silicium en de zones 41, 44 en £-'6 zijn bijvoorbeeld n-type waarbij de zones 43 en 45 p-type zijn. j 25 Voorts is een stelsel van signaalverbindingen 47 aanwezig dat de kollektor 14 van transistor 1 via een eerste diode 12 en de signaaluitgang 8 verbindt met de signaalingang 4 en de basis van transistor 2 en tevens Ivia een tweede diode 13 en de signaaluitgang 9 met de 30 signaalingang 6 en de basis van transistor 3? In figuur 2 is zichtbaar dat een signaalverbinding 47 de kollektorzone 44 van de transistor 41, 43, 44 via een diode-overgang 48 verbindt met de basiszone 45 van de transistor 41, 45, 46. De signaalverbindingen 47 bevatten banen 35 van geleidend materiaal die door een isolerende laag 49 van het hoofdoppervlak 42 zijn gescheiden en die plaatse-li.ik door openingen 50. *51 in de isolerende laag 49 tot aar IIJ 6 9 8 9 _ 6 _ PHN 917 5_ het hoofdoppervlak 42 reiken. De diodeovergang 48 vormt de gelijkrichtende overgang van de diode 12 van figuur 1.

De stroombronnen 31» 32 en 33 zijn in het onderhavige voorbeeld gerealiseerd in de vorm van laterale 5 komplementaire transistors. Via de stroombron 31 die de laterale pnp-transistor 52, 41, 43 bevat kan stroom worden toegevoerd aan de basiszone 43 van de npn-transistor 41, 4j , 44. De stroombron 32 bevat de laterale pnp-transistor 53» 41, 45 die voor stroomtoevoer aan de basiszone 45 van de 10 npn-transistor 41, 45, 46 dient.

Volgens de uitvinding zijn de eerste diodeovergang 48 van de diode 12 en de tweede diodeovergang van de diode 13 pn-overgangen die elk aan tenminste een van hun beide zijden over hun gehele oppervlak direkt aan een poly-15 kristallijn halfgeleiderspoor grenzen, waarbij deze half-geleidersporen tot de genoemde banen 47 van geleidend materiaal behoren. In het onderhavige voorbeeld bestaan de signaalverbindingen 47 in hun geheel uit polykristallijn silicium dat vanaf de n-type kollektorzone 44 en de opening· 20 50 tot aan de pn-overgang 48 netype is gedoteerd en dat var- af de overgang 48 tot aan de opening 51 en de p-type basiszone 45 p-type is gedoteerd.

In figuur 2 is een andere kombinatie van transistors die door signaalverbindingen met elkaar zijn ver-25 bonden aangegeven. Deze figuur toont een vierde, vijfde i -- en zesde transistor 61 respektievelijk 62 en 63 met signaal-ingangen 64, 65 en 66, stroombronnen 91» 92 en 93» dioden 72, 73» 79, 80, 84 en 85 en signaaluitgangen 68, 69, 76, 77, 82 en 83.

30 De kollektor van de -derde transistor 61 is via de diode 73 en de signaaluitgangen 69 verbonden met de sig-naalingang 66 van de zesde transistor 03· Voorts is de kollektor van de vijfde transistor 62 via de diode 80 en de signaaluitgang 77 eveneens verbonden met de signaalingang 35 66 van de zesde transistor 63· Beide genoemde verbindingen zijn aangeduid met 107· _Volledigheidshalve wordt ongemerkt, dat naast de 7806989

606294F

- 7- Q17 ^_ beide beschreven kombinaties van met elkaar verbonden transistors nog vele andere kombinaties in de geïntegreerde schakeling volgens de uitvinding kunnen voorkomen.

In het voorbeeld bevat het halfgeleiderlichaam 5 een relatief1 laagohmig n-type gebied 54 dat een substraat kan zijn of1 een begraven laag die zich aan en nabij het grensvlak tussen een p-type substraat en een relatief* hoog-ohmige n-type oppervlakte laag 55 uitstrekt. De oppervlak- telaag 55 kan bijvoorbeeld een epitaxiale laag zijn. Het 2 10 voorbeeld betreft een I L-schakeling waarbij de transistors van de getekende poortschakelingen een gemeenschappelijke emitterzone hebben. De kollektorzones 44 en 46 zijn door plaatselijke dotering verkregen oppervlaktezones die geheel binnen de bijbehorende basiszones 43 respektievelijk 45' 15 liggen. De vertikale bipolaire transistors zijn dus tran sistors die in vergelijking met de gewone vertikale planai-re transistor in omgekeerde richting, met een onderliggende emitterzone en een bovenliggende kollektorzone, werken.

Alhoewel de onderhavige uitvinding niet is beperkt tot deze 2 20 soort van I L-schakelingen, betreft het hier wel een belang rijke voorkeursuitvoeringsvorm die belangrijke voordelen biedt.

2

In deze soort van I L-schakelingen met dubbel-gediffundeerde planaire transistors met bovenliggende kol-25 lektorzone is het schakelschema van de figusn 1 en 2 met !toepassing van de gebruikelijke op de kollektorzone geïn-jtegreerde Schottky overgangen praktisch niet realiseerd-baar. De doteringsconcentratie van de gediffundeerde kol-! lektorzone is doorgaans te hoog om daarop betrouwbare 30 Schottky-overgangen te kunnen maken. Bij toepassing van poly-dioden volgens de uitvinding kan het schema volgens de figuren 1 en 2 echter wel en zelfs bijzonder eenvoudig worden gerealiseerd. Indien voor de polykristallijne gelei-derbanen 47 p-type halfgeleidersporen worden aangebracht,b.v. 35 nadat de basiszones zijn verkregen, en vervolgens plaatse lijk een n-type dotering wordt aangebracht worden de kollek-torzones en de diode o ver gangen tegeli.ik met dezblfde be- 78 0 6 9 8 9

S0829-1F

! -8 - JHN 91,7,¾_ werkingsstappen verkregen.

i

Dubbelgediffundeerde planaire transistors met bovenliggende kollektorzone worden tot nu toe voornamelijk 2 in de oorspronkelijke vorm van X L-schakelingen, waarin 5 multi-kollektor-transistors worden toegepast, gebruikt.

Deze oorspronkelijke vorm is onder meer beschreven in het °P 25 juni 1975 gepubliceerde Britse octrooischrift 1.398.862. In deze oorspronkelijke vorm is het aantal kollektors van de planaire inverter transistor en dus het aantal uitgan-10 gen van de poortschakeling naar .boven begrensd. Deze begrenzing wordt onder meer veroorzaakt doordat bij een toenemend aantal kollektors de basisserieweerstand gemakkelijk een storende rol kan gaan spelen. Bovendien is in deze vorm van I L de versterkingsfaktor^i van de in omgekeerde rich-15 ting bedreven invertertransistor onder meer afhankelijk van het aantal aanwezige-kollektors.

Bij toepassing van de onderhavige uitvinding wordt daarentegen het voordeel verkregen dat alle inverter-transistors aan elkaar gelijk kunnen zijn. Zij behoeven 20 immers elk maar één kollektor te hebben. De'invertertran- sistors zijn daardoor althans gemiddeld kleiner en vertonen minder spreiding in hun elektrisch gedrag. De versterkings-faktoren de basisweerstand zijn onafhankelijk van het aantal uitgangen en de ladingsopslagkapaciteiten van de tran-25 sistors zijn beter aan elkaar gelijk.

In het onderhavige voorbeeld heeft het aan de • jkollektorzone 44 van de eerste transistor grenzende deel van het halfgeleiderspoor 47 tot aan de pn-overgang 48 een hogere doteringsconcentratie dan het deel dat zich vanaf 30 de overgang 48 tot aan de basiszone 45 van de tweede transistor uitstrekt en een hogere doteringsconcentratie dan de basiszones van de transistors. In het algemeen is het van voordeel met het oog op de vervaardiging als de aan de kol-lektorzones grenzende delen van de polykristallijne signaal-35 banen hoger gedoteerd zijn dan de basiszones van de transistors.. Eerstgenoemde delen kunnen dan tijdens de bewer-kingen die voor het aanbrengen van de het hoogst gedoteerde 7806989

5032S4F

- 9 - PHN ¢)175_ zones van de transistors nodig zijn, worden gedoteerd.

Bij voorkeur worden de polykristallijne signaal-verbindingen met diodeovergang in kombinatie met eerste, tweede en derde en/of vierde, vijfde en zesde transistors 5 van het type met bovenliggende kollektorzone gebruikt, waarbij de kollektorzone 44, 46 in een richting dwars op het hoofdoppervlak 42 van het halfgeleiderlichaam 41 gezien in zijn geheel boven de bijbehorende basiszone 43 respektie-velijk 45 ligt. In deze kombinatie worden de elektrische 10 voordelen die van het gebruik van signaalverbindingen met Schottky-dioden-dioden bekend zijn in belangrijke mate gerealiseerd zonder dat een ingewikkelde vervaardigingsmethode moet worden toegepast om een bovenliggende kollektorzone te kunnen verkrijgen met een voldoend lage doteringsconcen-15 tratie om daarop Schottky-dioden te kunnen'integreren. De doteringsconcentraties voor de kollektor- en/of de basiszones kunnen bij toepassing van de uitvinding in belangrijke mate vrijer worden gekozen. Met voordeel hebben de bovenliggende kollektorzones een hogere doteringsconcen-20 tratie dan de aan deze kollektorzones grenzende basiszones zoals dat in de planaire dubbelgediffundeerde of -geïmplanteerde uitvoeringsvorm gebruikelijk is.

Naast het voordeel van de ruimtewinst die bij toepassing van mono-poly-dioden of poly-dioden optreedt in 25 vergelijking tot soortgelijke poortschakelingen die uitgevoerd zijn met Schottky-dioden, heeft een ander belangrijk voordeel betrekking op de topologische flexibiliteit. Bij de onderhavige uitvinding kunnen de diodeovergangen naar keuze als mono-poly-diode direkt grenzend aan de kol-30 lektorzone of direkt grenzend aan de basiszone worden uitgevoerd. Bij voorkeur echter worden poly-dioden zoals in het uitvoeringsvoorbeeld toegepast, waarbij de diodeovergang 48 zich geheel in het polykristallijne materiaal bevindt en zich met voordeel dwars op het hoofdoppervlak 35 uitstrekt.

De plaats van de diodeovergangen in de signaal-verbindingen kan dus praktisch vri.i worden gekozen. In het 7806989

508234F

_10 _ « 1 PHN Q175_ algemeen leidt dit tot een eenvoudiger en/of gemakkelijker te ontwerpen patroon van geleidersporen. Vooral bij grote geïntegreerde schakelingen kan door een geschikte plaatsing van de diodeovergangen de totale lengte van de geleider-5 sporen relatief kleiner zijn en daarmee ook het voor het geleiderpatroon benodigde oppervlak. Bij lange signaalverbindingen, bijvoorbeeld bij geleidersporen die van een zijde van het hoofdoppervlak langs en/of 03?er tussen liggende poortschakelingen naar een tegenoverliggende zijde van het 10 hoofdoppervlak lopen, is de langs de signaalverbinding 47 gemeten afstand tussen de kollektorzone 44 van de eerste transistor en de eerste diodeovergang 48 bijvoorkeur groter en met voordeel tenminste driemaal groter dan de langs de signaalverbinding 47 gemeten tweede afstand tussen de 15 diodeovergang 48 en de basiszgne 45 wan de tweede tran sistor. Door in deze lange signaalverbindingen 47 de diode·· overgangen relatief dicht bij elkaar en relatief dicht bij tenminste een van de basiszones van de. aan te sturen transistors te leggen, wordt bereikt dat de signaalverbin-20 ding vanaf de kollektorzone voor een belangrijk deel van zijn lengte uit een enkel geleiderspoor kan bestaan, welk spoor zich pas in de nabij-heid van een of meerdere van de aan te sturen transistors verdeeld in takken die elk naar zo een transistor voeren.

25 Bij lange signaalverbindingen van. de in figuur 2 aangegeven soort worden de diodes 73 en 80 bij voorkeur dicht bij de respektievelijke transistors 61 en 62 geplaatst zodat ook in dit geval de lange signaalverbinding 107 voor het grootste deel van zijn lengte uit een enkel ge-30 leiderspoor kan bestaan. Het langste deel van de signaal verbinding bevindt zich hierbij tussen de dioden 73 en 80 aan de ene kant en de basis van de zesde transistor 63 aan de andere kant en is bij voorkeur tenminste driemaal langer dan het kleinste van de beide delen die zich tussen 35 de koliektors van de vierde respektievelijk de vijfde tran sistor en de bijbehorende diode 73 respektieveli jk 80 be-vinden. Voorzover dit langste deel een polvkristalij in_ 7806989

50329-4F

-11 - JP-HN-9-1-75_ halfgeleiderspoor bevat, is het polykristallijne halfge-leidermateriaal bij voorkeur p-type gedoteerd.

De beide soorten van signaalverbindingen kunnen ook gedeeltelijk tussen dezelfde transistors voorkomen. De 5 eerste transistor is dan bijvoorbeeld dezelfde als de vierde transistor of de tweede transistor is dezelfde als de zesde transistor.

Bij toepassing van de uitvinding is de plaats ven de diodeovergangen in de topologie van de geïntegreerde 10 schakeling niet langer door de gekozen wijze van vervaardiging direkt aan de plaats van de transistor gebonden. Daardoor kunnen lange signaalverbindingen van de in fig.

1 aangegeven soort samen met die van de in figuur 2 aangegeven soort in dezelfde geïntegreerde schakeling worden 15 gerealiseerd, zodat het benodigde patroon van geleider-sporen relatief eenvoudig wordt.

In figuur 4 is schematisch de topologie van een deel van een geïntegreerde schakeling aangegeven. Het betreft een rij van naast elkaar gelegen transistors 94 tot 20 en met 99 met elk een stroombron "Vtff respektievelijk 118 tot en met 122. Naast de rij van transistors strekken zich een aantal geleidersporen123» 124 en 125 voor elektrische verbinding van de transistors in de rijrichting uit. Elk van deze sporen kan zoals het spoor 122 uit meerdere afzonderlijke 25 delen A, B en C bestaan. Meestal zullen deze geleidersporen 123 tot en met 125 zich tussen twee rijen van transistors bevinden. Het aantal van deze naast elkaar gelegen geleidersporen dat nodig is voor de signaalverbindingen is onder meer afhankelijk van de plaats die voor de pn-overgangen 30 wordt gekozen in kombinatie met een aangepaste volgorde van de transistors in hun rij. Met dit aantal geleidersporen is obk de onderlinge afstand van de twee transistorrijen vén de plaats van de dioden afhankelijk.

De poortschakelingen waarvan de transistors 94 35 tot en met .”99 deel uitmaken worden gekompleteerd door dioden die praktisch in de interkonnektiebaan, die de sporen 123» 7806989

50329-iF

-12- ^H.N—9-1-7-5_ 124 en 125 bevat zijn opgenomen. In figuur 4 zijn de dioden I23 tot en met 127 getekend. De kollektor van transistor 94 is via diode 123 verbonden met de basis van transistor 95» via de diode 124 met de basis van transistor en via de 5 diode 1g5 met de basis van transistor 99. Laatstgenoemde basis is bovendien via de diode Έ6 verbonden met de kollektor van transistor 97 en via de diode 127 met de kollektor van transistor 98. Indien een relatief lang deel van een geleiderspoor direkt met een kollektor is verbonder. 10 (transistor'94) dan is dit lange deel via een pn-overgang verbonden met tenminste één relatief kort spoor dat direkt naar de basis van een verdere transistor voert (95* respek-tievelijk 96). Indien een relatief lang deel van een geleiderspoor direkt met een basis is verbonden (transistor 99) 15 dan is dit lange deel via een pn-overgang verbonden met tenminste één relatief kort spoor dat direkt met een kollektor van een verdere transistor (9^ respektievelijk 9$) is verbonden.

De basiszone 43 en de kollektorzone 46 (figuur j) 20 zijn van een geleidende aansluiting 56 respektiebelijk 57 voorzien. Deze aansluitingen kunnen uit polykristallijn halfgeleidermateriaal of uit een andere geschikte geleidende laag zoals aluminium of titaan-platina-goud bestaan. Kollektor- en/of basisaansluitingen van niet-halfgeleider-25 materiaal zullen met name aan de signaalingangen en signaal- uitgangen van de geïntegreerde schakelingen kunnen voorkomen. Ook de geleidende kontakten 58 van de emitters 52 er. 53 van de laterale pnp-transistor bestaan uit geleidend materiaal, zoals aluminium of gedoteerd polykristallijn 30 halfgeleidermateriaal.

Voorts kan een niet-getekende tweede laag van geleidende sporen voor elektrische verbindingen aanwezig zijn, welke tweede laag door een niet-getekende tweede, isolerende laag van de polykristallijne verbinding 47 is 35 gescheiden. In dat geval kunnen signaalverbindingen 47 ook gedeeltelijk uit bijvoorbeeld een in de tweede laag 7806989 5082941= - 13- pEHM-9-175___ laag gelegen polykristallijn halfgeleiderspoor bestaan, waarbij deze verschillende delen door openingen in de tweede isolerende laag met elkaar zijn verbonden.

Langere polykristallijne sporen kunnen ter v.er-5 mindering van de serieweerstand zonodig over een groter of kleiner deel van hun lengte op overigens bekende wijze van een meestal dunne laag silicide worden voorzien of met een metaallaag worden bedekt. Kortsluiting van de diodeovergan-gen wordt daarbij voorkomen door deze vooraf met een mas-10 kerende laag te bedekken en/of de aangebrachte weerstands-verminderende laag plaatselijk te verwijderen.

2

De onderhavige uitvinding is niet tot I L-scha-kelingen beperkt en kan bijvoorbeeld ook in logische schakelingen zoals gepubliceerd in ’’Electronics”, 8 juni, 1978 15 bladzijde 41 en 42, worden toegepast. Dit type van logische schakelingen heeft eveneens per poortschakeling één enkele planaire invertertransistor met meerdere op het kollektor-gebied ran de transistor geïntegreerde Schottky-dioden.

Ook in dit geval kunnen de Schottky-dioden met voordeel woi’-20 den vervangen door poly-of mono-poly-dioden. De inverter-transistors, die in dit type schakelingen in de gebruikelijke richting, dus met bovenliggende emitter worden gebru:.kt, kunnen kleiner worden uitgevoerd waarbij voor de dioden praktisch geen ruimte aan het hoofdoppervlak nodig is, ter·· 25 wijl bovendien zoals aan de hand van het voorbeeld volgens de figuren 1, 2 en 3 uiteengezet is, het patroon van sig-naalverbindingen vereenvoudig!en meer flexibel wordt. Bovendien kunnen bij invertertransistors met bovenliggende emitter de poly-dioden op op zichzelf bekende wijze tege-30 lijk met het aanbrengen van de emitterzones worden verkregen, waardoor het vervaardigingsproces eenvoudiger kan worden.

Volledigheidshalve wordt opgemerkt dat het voor de goede werking van de beschreven logische poortschakelin·· 35 gen zoals bekend is, noodzakelijk is dat de som van de kollektor-emittersjanning van een geleidende invertertransis- 7806989

5082S4F

» - ΛΗ- ΡΗΝ Q175_:_ tor, de voorwaartsspanning die over een geleidende diode optreedt en de door de serieweerstand van de signaalverbin·· ding veroorzaakte spanningsval kleiner moet zijn dan de emitter-basis-spanning die bij de geleidende toestand van 5 de invertertransistor hoort. Net als de Schottky-dioden in de bekende uitvoeringen hebben mono-poly- en poly-dioden in vergelijking tot planaire pn-overgangen in monokristallijn halfgeleidermateriaal een relatief hoge Iq, die het mogelijk maakt aan bovenstaande voorwaarde te voldoen. Wel kan 10 het in verband met deze voorwaarde nodig zijn de poort-schakelinge,n in de geïntegreerde schakeling volgens de uitvinding niet bij stromen boven een bepaalde maximale waarde te bedrijven. Dit maximale stroomniveau zal hoger liggen naarmate de serieweerstand kleiner is, het opper-15 vlak van de pn-overgang van de dioden groter en ook, zoals proefondervindelijk gebleken is, naarmate de korrelgrootte van het polykristallijne halfgeleidermateriaal kleiner is. Daarom wordt de polykristallijne halfgeleiderlaag waaruit de halfgeleidersporen worden verkregen op overigens bekende 20 wijze bij niet te hoge temperatuur, bijvoorbeeld bij ongeveer 800° C gegroeid en bijvoorkeur in een stadium van de vervaardiging waarin zoveel mogelijk bewerkingen die een hoge temperatuur vereisen reeds zijn uitgevóerd. Door de polykristallijne halfgeleiderlaag aan zo min mogelijk be-25 werkingen bij hoge temperatuur bloot te stellen, wordt rekristallisatie in de halfgeleiderlaag waardoor de korrelgrootte toeneemt zoveel mogelijk beperkt.

In plaats van het genoemde silicium kunnen ook andere halfgeleidermaterialen zoals gamanium of 30 verbindingen worden toegepast. Voor de isolerende lagen komen behalve siliciumoxide ook andere materialen zoals siliciumnitride of combinaties van oxide- en nitridelagen in aanmerking. In het beschreven voorbeeld kunnen de gelei-· dingstypes worden verwisseld. In plaats van met als latera].e 35 transistor uitgevoerde stroombronnen 31> 32 en 33 kan de stroomtoevoer aan de signaalingangen van de poortschakelingen ook met behulp van weerstanden geschieden. Dargel i jVo τ^οο-ι-Ι 7806989

508294F

Claims (11)

1. Geïntegreerde schakeling met poortschakelingen 5 die elk een signaalingang hebben, die wordt gevormd door een basis van een bipolaire transistor en meerdere sig-naaluitgangen, die elk via een diode met de kollektor van de bipolaire transistor zijn gekoppeld, waarbij de signaalingang is voorzien van middelen voor het toevoeren van 10 stroom, welke geïntegreerde schakeling een halfgeleiderli-chaam bevat met een hoofdoppervlak waaraan de bipolaire transistors van de genoemde poortschakelingen grenzen, waarbij deze transistors elk een emitterzone, een basiszone en een kollektorzone hebben;;die zijn gevormd door drie, in een 15 richting dwars op het hoofdoppervlak opeenvolgende halfge-leiderzones van afwisselend geleidingstype, waarbij althans; de basiszone en de kollektorzone aan het hoofdoppervlak grenzen, waarbij een stelsel van signaalverbinding en aanwezig is, dat de kollektorzone van een eerste van de transis-· 20 tors viai een eerste diodeovergang met de basiszone van een tweede van de transistors en via een tweede diodeovergang met de basiszone van een derde van de transistors verbindt, waarbij de signaalverbindingen banen van geleidend materiaal bevatten, die door een isolerende laag van het hoofdop-25 pervlak zijn gescheiden en die plaatselijk door openingen in de isolerende laag tot aan het hoofdoppervlak reiken, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede diodeovergang pn-overgangen zijn die elk aan tenminste een van hun beide zijden over hun gehele oppervlak direkt aan een polykris-30 tallijn halfgeleiderspoor grenzen, waarbij deze halfgelei-dersporen tot de genoemde banen van geleidend materiaal behoren.

2. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de banen van geleidend materiaal tus- 35 sen de kollektorzone van de eerste transistor en de basiszones van de tweede en de derde transistor over hun gehele ZJft.0 6 9 8 9 -16- PHN QI75_____| dermaterlaai bevatten.

3. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het aan de kollektorzone van de eerste transistor aansluitende deel van het halfgeleider-5 spoor hetzelfde geleidingstype als deze kollektorzone heeft en de aan de basiszones van de tweede en derde transistors grenzende delen van het halfgeleiderspoor hetzelfde geleidingstype als deze basiszones hebben. h. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 1, 2 10 of 3i met het kenmerk, dat de eerste en de tweede diode-overgang zich in het polykristallijn halfgeleiderspoor bevinden.

5· Geïntegreerde schakeling volgens conclusie#k, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede diodeovergang 15 in. het halfgeleiderspoor met hun oppervlak praktisch dwars op het hoofdoppervlak van het halfgeleiderlichaam staan.

6. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 3> ^ of 3 met het kenmerk, dat het deel van het halfgeleider-20 spoor dat zich tussen de kollektorzone van de eerste transistor en de eerste en tweede diodeovergang uitstrekt een hogere doteringsconcentratie heeft dan het deel van het halfgeleiderspoor dat tussen de eerste diodeovergang en de basiszone van het tweede transistor en het deel van 23 het geleiderspoor dat zich tussen de tweede diodeovergang en de basiszone van de derdè'-transistor aanwezig is.

7· Geïntegreerde schakeling volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste, tweede en derde transistors transistors met een boven-30 liggende kollektorzone zijn waarbij de kollektorzone in een richting dwars op het hoofdoppervlak van het halfgeleider lichaam gezien in zijn geheel boven de bijbehorende basiszone ligt.

8. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 7> 35 met het kenmerk, dat de. bovenliggende ko Hektor zones een doteringsconcentratie hebben die hoger is dan dievan cfe aacccfeze 78 0 6 9 8 9 608234F -17- PHN 9175_

9· Geïntegreerde schakeling volgens een of meer dei voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de langs de signaalverbinding gemeten eerste afstand tussen de kol-lektorzone van de eerste transistor en de eerste diode-5 overgang groter is dan de langs de signaalverbinding ge meten tweede afstand tussen de eerste diodeovergang en de basiszone van de tweede transistor.

10. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat de eerste grotere afstand ten- 10 minste driemaal groter is dan de tweede, kleinere afstand.

11. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede diodeovergang dichter bij de tweede respektievelijk de derde transistor dan bij de eerste transistor liggen.

12. Geïntegreerde schakeling volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kollek-torzone van een vierde van de transistors via een derde pn-overgang en de kollektorzone van een vijfde van de transistor via een vierde pn-overgang zijn verbonden met 20 de basis van een zesde transistors, waarbij de derde pn- ove3?gang dichter bij de vierde transistor dan bij de zesde transistor liggen. 7806989 508294F