DE2263075C3

DE2263075C3 - Elektrische Spannungsversorgung für eine monolithisch integrierte Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2263075C3
Application number: DE19722263075
Authority: DE
Inventors: Tadaharu Isehara Kanagawa Tsuyuki (Japan)
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB1411960A; IT972873B; NL7217509A; JPS515277B2; CA969673A; DE2263075B2; FR2164849A1; JPS4869484A; DE2263075A1; FR2164849B3

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Spannungsversorgung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 5"

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 48 053 bekannt. Bei dieser Anordnung wird zwischen den Halbleiterinselzonen und den Widerstandszonen durch in Sperrichtung vorgespannte PN-Übergäiige eine Isolierung erreicht. Die elektrische Isolierung hängt dabei von der Größe der Sperrvorspannung ab, so daß die Inselzonen üblicherweise mit dem höchsten Potential der Schaltung beaufschlagt werden, in der die Anordnung verwendet werden soll, um sicherzustellen, daß alle isolierenden PN-Übergänge ausreichend in f>o Sperrichtung vorgespannt sind.

Wenn die Anordnung mit einer hohen Quellenspannung betrieben wird, ist es jedoch notwendig, relativ weite Inselzonen vorzusehen, um die erforderliche Isolierung zu erreichen. Im Falle eines Widerstandes, ⁶^ der mit einem Potential nahe dem Massepotential beaufschlagt wird, ist die Breite der Sperrschicht des PN-Übergangs etwa proportional der Quellenspannung, so daß es, wenn zwei benachbarte Widerstände auf ein Potential nahe dem Massepotential gelegt werden, notwendig ist, die Widerstände um eine Strecke zu trennen, die wenigstens zweimal so groß wie die Breite der Sperrschicht ist. Wenn man ζ. Β annimmt, daß der spezifische Widerstand einer Inselzone 15 Ohm-cm beträgt und mit einer Quellenspannung von 200 Volt gegenüber dem darunter liegenden Substrat gespeist wird, erstreckt sich jede Sperrschicht etwa 50 bis 60 μηι nach außen. Daher muß die Entfernung zwischen den beiden Widerständen wenigstens 120 μίτι betragen und ist damit zehnmal so breit wie die Breite eines jeden Widerstandes. Außerdem muß der Raum zwischen den Widerständen, die mit einem Potential nahe dem Massepotential beaufschlagt werden, und dem Isolierbereich ebenfalls groß sein, da der Isolierbereich üblicherweise mit Massepotential beaufschlagt wird.

Aus dem Buch von David K. Lynn et alia, »Analysis AND Design OF INTEGRATED CIRCUITS«, 1967, New York, Seiten 127-129, 259—260, ist es bekannt, bei einer monolithisch integrierten Halbleiterschaltung mit Widerständen und aktiven Schaltungselementen die Widerstandszonen in Halbleiterinselzonen anzuordnen und für die Inselzonen separate Anschlüsse vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die PN-Übergänge zwischen den Widerstandszonen und den Inselzonen in Sperrichtung vorgespannt sind, liegen die Anschlüsse der Inselzonen auf einem gemeinsamen Potential.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Halbleiteranordnung der eingangs genannten Gattung derart mit Spannung zu versorgen, daß sie bei geringen Abmessungen mit relativ hohen Spannungen betrieben werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Widerstandszone von einem gesonderten Begrenzungsbereich des gleichen Leitungstyps wie die Inselzonen, jedoch mit einer höheren Verunreinigungskon/.entration, umgeben.

Da die Potcntialdiffcren/.en /wischen den llalblcitctinselzoncn und den Widerstandszonen möglichst gering sind, haben die gebildeten Sperrschichten eine geringe Breite, so daß die Halbleiteranordnung bei gleichen Vcrsorgungsspannungen im Vergleich zum Stand der Technik geringere Abmessungen haben kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der I'ig. I und 2 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer monolithisch integrierten Halbleiteranordnung und

Fig.2 das elektrische Schaltbild eines Spannungsregelkreises.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer monolithischen, integrierten Halbleiteranordnung mit einer N-Icitcnden Halbleiterepitaxialschicht 12 auf einem P-Ieilendcn Halbleitersubstrat 11, das mit dem Masseanschluß der Schaltung verbunden ist, in der die Halbleiteranordnung verwendet wird. Die N-lcitcnde Epitaxialschichl 12 ist durch P-Ieitendc Halblcilerisolicrbcrciche 15 in N-Ieitende Halbleiterinselzonen 13 und 14 unterteilt.

In der N-Ieitenden Inselzone 13 liegen zwei gerade, parallele P-Ieitende Halblciterwiderstandszoncn 21 und 22. Jede Widerstandszone 21 und 22 ist von einem N+-leitenden Halbleiterbcgren/.ungsbcicich 23 umgeben, der in der Inselzone 13 liegt. Die Widerstandszone

21 hat Anschlüsse 31 und 32, die an gegenüberliegenden Enden liegen. Ein externer Ansehluß 32a verbindet den Ansehluß 32 mit dem N⁺- Begrenzungsbereich 23. Die Widerstandszone 22 hat Anschlüsse 33 und 34 an gegenüberliegenden Enden. An die Widerstandszonen 21 und 22 wird ein relativ hohes elektrisches Potential angelegt. Die Inselzone 13 erhält daher das höchste Potential der Schaltung über den Ansehluß 32 und die externe Verbindung 32a.

Eine U-füimige P-Ieitende Halbieiterwiderstandszone 24 ist in der N-Inselzone 14 gebildet. Die entgegengesetzten Enden der Widerstandszone 24 haben Anschlüsse 35 und 36. Ein N+-leitender Halbleiterbegrenzungsbereich 26 ist in der Oberfläche der Inselzone 14 parallel zu und zwischen den parallelen Schenkeln der Widerstandszone 24 angeordnet. Ein weiterer N +-leitender Halbleiterbegrenzungsbereich 25 ist in der Oberfläche der Inselzone 14 angeordnet. Ein Ansehluß 37 ist an dem Begrenzungsbereich 25 angeschlossen.

Die N-Inselzone 14 erhält über den Ansehluß 37 ein Potential, das niedriger als das Potential der Inselzone 13 ist. Das an den Anschluß 37 angelegte Potential kann z. B. an einer Zwischenstelle in einem Spannungsteilernetzwerk erhalten werden, das zwischen das höchste Potential und die Masse der Schaltung geschaltet ist. oder von einem Zwischenpunkt in einer Reihenschaltung von Zencrdiodcn.

Im allgemeinen dürfen die verschiedenen Potentiale, die an die Insel/oncn angelegt werden, nicht niedriger als das höchste Potential der Widerslandszoncn sein, die in diesen Inselzonen liegen, damit Inselzonen und Widerstandszonen von den entstehenden, in Sperrichtung vorgespannten PN-Übergängen elektrisch voneinander getrennt werden. Dennoch soll in jedem Fall die Differenz zwischen dem Potential der Inselzone und dem höchsten Potential einer Widerstandszone in der Inselzone klein sein, so daß die Sperrschichten 41,42 und 43, die um die Widerstandszonen 21, 22 und 24 gebildet werden, sich nicht weit in die jeweiligen Inselzonen 13 und 14 erstrecken.

F i g. 2 zeigt einen Spannungsregelkreis, der wie die monolithische, integrierte Halbleiteranordnung nach F i g. 1 ausgebildet ist. Der Teil der Schaltung, der von der gestrichelten Linie umgeben ist, entspricht teilweise der Anordnung der Fig. 1. Die Schaltung hat Anschlüsse 61 bis 67. Der Ansehluß 61 wird mit dem höchsten Potential z.B. von einer 120-Volt-Quelle B⁺ versorgt, und der Ansehluß 64 ist mit der Masse der Schaltung verbunden. Die Widerstände 73 bis 77 haben jeweils die Widerstandswerte 16kOhm, lOkOhm, 2 kOhm und 7 kOhm. Diese fünf Widerstände sind zusammen in einer einzigen Haibleiterinselzone gebildet, die auch für die Kollektoren der NPN-Transistoren 7) und 72 verwendet wird, und die das höchste Potential der Schaltung erhält, nämlich + 120 Volt.

Ein Widerstand 78 mit einem Widerstandswert von 20 kOhm, der über den Anschluß 64 an Masse liegt, ist in einer anderen Insclzone gebildet, die mit dem Ansehluß 65 verbunden ist. Der Ansehluß 65 erhält von einein externen Spannungsteilerkreis 80 ein Zwischenpotential, das niedriger als 120 Volt ist.

'5 Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Sperrschicht des Widerstandes 78 nicht sehr weh und daher beträgt der Randbereich an jeder Seite der Widerstandszone etwa 40 μηι. Da der Randbereich, der von den Widerständen 74 und 75 in der anderen Inselzone benötigt wird, etwa 110 μιπ beträgt, wenn der Widerstand 78 ebenfalls auf der gleichen Inselzone gebildet werden würde, würde der Randbereich infolge der Differenz der elektrischen Potentiale der Widerstände 74 oder 75 und des Widerstandes 78 mehrere 100 μηι betragen. Daher nimmt der Widerstand 78 weniger Flache ein als wenn er in der gleichen Inselzone wie die mit relativ hohem Potential versorgten Widerstände liegen würde.

Der externe Spannungsteilerkreis 80 besteht im

}o wesentlichen aus einem Spannungsieilcrnetzwerk eines Transistors 82, dessen Kollektor und Emitter durch einen Widerstand 83 verbunden sind, der mit seinem Kollektor 82 mit der Spannungsquelle ß⁺ und mit seinem Emitter über einen Widerstand 84 an den

.15 Ansehluß 66 angeschlossen ist. Der Ansehluß 66 ist mit dem einen Ansehluß eines Potentiometers 86 verbunden, dessen anderer Ansehluß über einen Widerstand 88 an Masse liegt. Der Abgriff des Potentiometers 86 ist mit dem Ansehluß 65 verbunden. Die Basis des Transistors 82 ist an den Ansehluß 67 angeschlossen, um eine Regelung des Stroms und damit des Spannungsabfalls an den Widerständen 84, 86 und 88 zu erreichen. Die Anschlüsse 65 und 66 erhalten somit Potentiale, die niedriger als das Potential an dem Ansehluß 61 sind.

Der Ansehluß 62 ist über einen Kondensator 94 mit Masse verbunden. Der Ansehluß 63 ist an die Kathode einer Diode 90 angeschlossen, deren Anode mit dem Ansehluß 62 verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Spannungsversorgung für eine monolithisch integrierte Halbleiteranordnung, die aus einem Halbleitersubstrat des einen Leitungstyps, wenigstens einer ersten und zweiten Halbleiterinselzone des entgegengesetzten Leitungstyps in dem Substrat sowie einer ersten bzw. zweiten Halbleiterwiderstandszone des einen Leitungstyps in der ersten bzw. zweiten Halbleiterinselzone besteht, wobei die erste und zweite Widerstandszone auf verschiedenen Potentialniveaus liegen und die PN-Übergänge zwischen den Halbleiterinselzonen und den Widerstandszonen in Sperrichtung vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch an die erste und zweite Halbleiterinselzone (13, 14) verschiedene elektrische Potentiale angelegt werden, so daß die jeweiligen Differenzen zwischen dem höchsten Potential der ersten bzw. zweiten Widerstandszone (21, 22; 24) und dem Potential der ersten bzw. zweiten Halbleiterinselzone (13, 14) im Hinblick auf eine geringe Sperrschichtbreite möglichst klein sind.

2. Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterinselzonen (13,14) N-leitend und die Widerstandszonen (21,22; 24) P-Ieitend sind und daß die Widerstandszonen von N+-leitenden Bereichen (23; 25, 26) umgeben sind.

3. Spannungsversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine (21) der Widerstandszonen mit einem (23) der N+ -leitenden Bereiche verbunden ist.

4. Spannungsversorgung nach einem der Anspriiehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Halbleiterinsclzonen (13, 14) ein aktives Schaltungselement enthält.

5. Spannungsversorgung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (80), die wenigstens eine Zone des aktiven Schaltungsclements und die Inselzone, in der es angeordnet ist, mit dem gleichen Potential beaufschlagt.