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    公开号:WO1989007358A1
    申请号:PCT/DE1988/000784
    申请日:1988-12-24
    公开日:1989-08-10
    发明作者:Gerhard Conzelmann；Adolf Kugelmann
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:H01L27-00
    专利说明:
    [0001] Elektronisches Gerat
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät nach der Gattung des Hauptanspruchs.
    [0004] Derartige Geräte sind bereits bekannt. Die signal erarbeitenden Schaltungsteile dieser Geräte können dabei zur Verarbeitung der Sig¬ nale dienende elektronische Transformationsglieder wie schnelle Operationsverstärker, Komparatoren, als Pulsformer dienende schnelle Kippschaltungen, digital arbeitende Schaltungsteile mit hoher Takt¬ frequenz oder dergleichen enthalten. Die dabei notwendigerweise steilen Flanken der Signalspannungen liefern ein Frequenzspektrum bis zu sehr hohen Frequenzen. Dringen diese Störspektren über die Anschlußleitungen, wie etwa Leitungen zum Versorgen der signalverar¬ beitenden Schaltungsteile mit Betriebsstrom, Signaleingangsleitungen bzw. Signalausgangsleitungen, über das Netz direkt oder über das elektromagnetische Nahfeld in andere elektronische Geräte ein, so kann deren Funktion bis zum völligen Versagen gestört sein. Die bekannten Geräte der eingangs genannten Art verwenden Siebschal¬ tungen, die mit diskreten Komponenten in Leiterplattentechnik, aber auch schon in hybrider Bauweise auf keramischen Substraten aufgebaut sind; häufig ist der Einbau in eine Abschirmbox zu finden, wobei die Anschlußleitungen über Durchführungskondensatoren nach außen geführt sind. Mit derartigen Anordnungen lassen sich mit beliebigem Aufwand Störspannungen in beliebigem Maße dämpfen, sie sind deshalb grund¬ sätzlich einsetzbar, wie beispielsweise auch in Kraftfahrzeugen.
    [0005] Vorteile der Erfindung
    [0006] Das erfindungsgemäße elektronische Gerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich die im signalverarbeitenden Schaltungsteil entstehenden Stör¬ spannungen durch die vorgeschlagenen, kostengünstig herstellbaren monolithisch integrierten Siebschaltungen geringer Ausdehnung hin¬ reichend dämpfen lassen und daß sich darüber hinaus auch von außen stammende Störspannungen mit größerer Amplitude, wie sie in der Nähe eines starken Senders auf den Leitungen influenziert werden, bis in den GHz-Bereich hinein dämpfen lassen, so daß die Funktion der ange¬ schlossenen elektronischen Teilschaltungen durch die Unterdrückung der andernfalls entstehenden Richtspannungen voll erhalten bleibt. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 er¬ geben sich aus den TJnteransprüchen 2 bis 33 in Verbindung mit der Beschreibung.
    [0007] Zeichnung
    [0008] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erstes, signalverarbeitendes und ein zweites, signal¬ empfangendes elektronisches Gerät, wobei beide Geräte mittels Steck¬ verbindungen und einer Leitung miteinander verbunden sind;
    [0009] Figur 2 dieselbe Anordnung wie in Figur 1,.^ jedoch ergänzt durch eine Siebschaltung;
    [0010] Figur 3 als Beispiel ein signalverarbeitendes elektronisches Gerät, das mittels eines Kabelbaums einerseits mit einer Fahrzeugbatterie über Schmelz icherung und Schalter, andererseits eingangsseitig mit zwei Gebern und ausgangsseitig mit einem zweiten elektronischen Ge¬ rät verbunden ist, sowie ein drittes elektronisches Gerät;
    [0011] Figur 4 zum besseren Verständnis den Amplitudengang der Verbindungs¬ leitung zwischen den beiden elektronischen Geräten über der Frequenz für dieses komplexe LeitungssSystem;
    [0012] Figur 5a den Schnitt, Figur 5b das Layout eines möglichen Bipolar¬ prozesses zur Darstellung des Gegenstands der Erfindung;
    [0013] Figur 6a, b, Figur 7a, b und Figur 8a, b eine mögliche Darstellung von Kapazitäten in diesem Prozeß;
    [0014] Figur 9 die Ersatzschaltung eines ersten Ausführungsbeispiels einer monolithisch integrierten Siebschaltung in der Wirkung der Schaltung nach Figur 2;
    [0015] Figur 10 die dazugehörige Schaltung in integrierter Form;
    [0016] Figur 11 ein mögliches Beispiel mit einem anderen Prozeß und
    [0017] Figur 12 das Schnittbild dieser Schaltung. Beschreibung der Erfindung
    [0018] Zunächst werden anhand der Figuren 1 bis 4 wenigstens in einer groben Näherung Enstehung von StörSpannungen und herkömmliche Ent¬ störung beschrieben. In Figur 1 ist mit 1 ein erstes elektronisches Gerät bezeichnet, das einen signalverarbeitenden Schaltungsteil 4 enthält, mit 2 ein zweites, signalempfangendes elektronisches Gerät. Beide Geräte sind mittels der Doppelleitung 64, 65 miteinander zu einem System verbunden, um einfache Verhältnisse zu bekommen, liegt am Eingang des Gerätes 2 ein Durchführungskondensator 3 hinreichen¬ der Größe zwischen den beiden Leitern in der elektrischen Ebene 61; der ebenfalls an die Doppelleitung 64, 65 in der elektrischen Ebene 62 angeschlossene Ausgang des signalverarbeitenden Schaltungsteils 4 des ersten elektronischen Geräts 1 mit den hier symbolisch darge¬ stellten steilen Übergängen 4* der Signalspannung sei hochohmig gegen den Wellenwiderstand der Doppelleitung 64, 65; ihre elek¬ trische Länge sei durch den Abstand der Leitungsendpunkte 61 und 62 gegeben.
    [0019] Unter diesen Bedingungen ist die Leitung 64, 65 an der Stelle 61 kurzgeschlossen, an der Stelle 62 dagegen im wesentlichen offen. Sie stellt ein resonanzfähiges Gebilde dar, wie etwa ein Lecher- oder Antennensystem; sind die Übergänge 4' der Signalspannung hinreichend steil, so enthalten ihre Spektren auch die Eigenfrequenz der Leitung und ihre nicht dargestellten Oberschwingungen. Es entsteht eine mit der Güte der Leitung überhöhte stehende Welle. Das Diagramm gibt den Amplitudenverlauf über der elektrischen Länge 61, 62 für die Grund¬ welle wieder. Die Amplitude ist bei 61 wegen des Kurschlusses 0, bei 62 wegen des Leerlaufs ein Maximum, das bei 621 angedeutet ist. Fehlt der Kondensator 3, so ist die Grundwelle durch eine Lambda- Halbe-Anregung gegeben, auch bei 61 entsteht ein Spannungsbauch, der Nulldurchgang liegt bei der Hälfte der Strecke 61, 62. In Figur 2 ist dieselbe Anordnung ergänzt durch die Siebschaltung 7, die aus einem ersten ohmschen Widerstand 71, einem Kondensator 72 und einem zweiten ohmschen Widerstand 73 bestehen kann; häufig sind sehr viel komplexere Siebschaltungen erforderlich, um die Funktion der Gesamtanlage sicherzustellen.
    [0020] Der Wellenwiderstand von Verbindungsleitungen in Kraftfahrzeugen liegt näherungsweise in der Größenordnung zwischen 30 Ohm und 300 Ohm, typisch bei etwa 100 Ohm.
    [0021] Liegt der Widerstand 73 in diesem Bereich und ist die Kapazität des Kondensators 72 hinreichend groß und induktionsarm, so ist die Lei¬ tung etwa aperiodisch gedämpft, die Resonanzüberhöhung verschwindet, es wird nur noch die erheblich niedrigere Amplitude 622 erreicht. Da die Siebschaltung 7 sehr breitbandig sein muß, wird die Kapazität des Kondensators 72 groß. Wegen der räumlichen Ausdehnung der Filter und der damit verbundenen parasitären Leitungsinduktivitäten sind solche Filter nur schwer zu beherrschen. Bei einer monolithischen Integration dagegen ließe sich auch eine komplexe Filterschaltung auf weniger als einem Quadratmillimeter Fläche unterbringen, so daß die Leitungsinduktivitäten sehr viel kleiner und damit leichter be¬ herrschbar werden. Die Probleme entstehen hier dadurch, daß nur Kon¬ densatoren kleiner Kapazität wirtschaftlich zu integrieren sind, die Filter also hochohmig werden; außerdem ist darauf zu achten, daß an den nun unvermeidlichen pn-Übergängen von Komponenten des Filters keine Richtspannungen entstehen.
    [0022] Figur 3 zeigt eine kraftfahrzeugspezifische Anordnung mit den Ge¬ räten 1, 2, wobei das Gerät 1 wieder den signalverarbeitenden Schal¬ tungsteil 4 enthält und das Gerät 2 ein signalaufnehmendes Gerät ist, mit dem dazugehörenden Kabelbaum 60, der Farzeugbatterie 11 mit ihrem Masseanschluß 64/0 und ihrem Pluspol 68/0, mit einem über eine Antenne 18 signalaufnehmenden elektronischen Gerät 17, wie etwa ein Funkempfänger, mit einer Schmelzsicherung 13, einem Schalter 14 und den beiden Signalgebern 15, 16, die die Eingangsinformation für das Gerät 1 liefern.
    [0023] Der Kabelbaum 60 bezogen auf die Signalleitungen stellt nun hoch¬ frequenztechnisch gesehen ein recht komplexes System gekoppelter Kreise unterschiedlicher Eigenfrequenz und Dämpfung dar. Ist das Ge¬ rät 1 mit dem signalverarbeitenden Schaltungsteil 4 vom Kabelbaum abgetrennt, so läßt sich das Frequenzverhalten messen:
    [0024] In Figur 4 ist die Amplitude in der Ebene 66 in logarithmischem Ma߬ stab bei konstanter Einströmung als Funktion der Frequenz in linearem Maßstab aufgetragen. Nach dem Reaktanzsatz von Foster wechseln "Maxima" und "Minima" bzw. "Zwischenmaxima" und "Zwischen- minima" einander ab; die erste Parallelresonanz liegt etwa bei 15 MHz, die mit geringster Dämpfung bei ca. 100 MHz und 150 MHz mit einem Dämpfungsfaktor von 0,03, was einer ca. 30-fachen Resonanz¬ überhöhung entspricht; oberhalb 200 MHz bleiben Maxima und Minima innerhalb des angegebenen Amplitudenbereichs auf hohem Niveau.
    [0025] Die von dem signalverarbeitenden Schaltungsteil 4 des Geräts 1 er¬ zeugten Störspannungen gelangen direkt über die Leitung 65 in das Gerät 2 und über das Nahfeld des Kabelbaums 60 in die Antenne 18 des Funkempfängers 17. Wegen der gegenseitigen Kopplung der Leitungen des Kabelbaums kann es vorteilhaft sein, nicht nur die Signalleitung an ihrem Ende 66 zu bed mpfen, sondern möglichst auch weitere Leitungen wie die Leitung für die Betriebsspannung 68/1 und die Leitungen zu den beiden Sig¬ nalgebern 15, 16, also möglichst das Gesamtsystem "Kabelbaum".
    [0026] In den Figuren 5a und 5b ist beispielhaft ein möglicher Prozeß zur Darstellung der Erfindung, ohne den Versatz durch Unterätzung und Unterdiffusion, wiedergegeben anhand von Schnittbild und Layout von (nicht ganz) zwei Halbzellen eines Leistungstransistors.
    [0027] Es bedeuten:
    [0028] 000 Substrat
    [0029] 001 "buried layer"
    [0030] 002 Untere Isolierungsdiffusion 100 Epitaxie
    [0031] 003 Obere Isolierungsdiffusion
    [0032] 004 Kollektoranschluß-Diffusion
    [0033] 005 Basisdiffusion
    [0034] 006 Emitterdiffusion
    [0035] 007 Deckoxid
    [0036] 008 Metallisierung
    [0037] 009 Schutzschicht
    [0038] 070, 090 Kontaktfenster in den Ebenen 007, 009
    [0039] Die beiden Isolierungs-Diffusionen 002, 003 sind weit, die Kollek¬ tor-Anschluß-Diffusion 004 eng von links unten nach rechts oben, das strukturierte Metall 008 dagegen von links oben nach rechts unten schraffiert wiedergegeben. Die Schutzschicht 009 kann aus einem Silan- oder Plasma-Oxid oder aus einem Plasma-Nitrid bestehen; sie ist zum Verständnis der Anordnung nicht erforderlich. Figur 5a stellt einen Schnitt entlang der Linie GH von Figur 5b dar. Figur 5b ist das Plot des zugehörenden Layouts in gleicher Dar¬ stellung. Die kräftigsten Linien zeigen die Umrisse der Kon¬ takt-Fenster, die beiden schwächsten die von Emitter und buried layer; die Basis ist nur wenig schwächer als die Kontaktfenster ge¬ zeichnet. Zusammen mit dem Schnitt nach Figur 5a lassen sich die entsprechenden Zonen eindeutig zuordnen.
    [0040] Es sind: Der buried layer einer Zelle des Leistungstransistors 010, sein Kollektoranschluß mit der Kollektoranschlußdiffusion 040, das zugehörige Kontaktfenster 070, die Kollektoranschlußleitung 080, die Basisdiffusionszone 050 mit der Basisanschlußleitung 051, die den Emitter bildende Emitterdiffusionszone 060, die Verbindungsleitung zum Emitterwiderstand 061, ein mit der Emitterdiffusion gebildeter Emitterwiderstand 062, die Emitter- und Masseleitung 064, die Iso¬ lierungsdiffusion 002, 003, eine diffundierte Signalleitung 041; ferner die Komponenten der benachbarten Halbzelle: der buried layer 011, die aufsitzende untere Isolierungsdiffusionszone 020, der An¬ schlußkontakt 030 für die untere Isolierungsdiffusionszone, ausge¬ führt mit der oberen Isolierungsdiffusion, und eine weitere Basis¬ diffusionszone 052 mit Emitter 063 sowie die Schutzschicht 009.
    [0041] Die auf dem buried layer 011 aufsitzende untere Isolierungs- Diffusion 020 bildet ein in den Leistungstransistor hineininte¬ griertes Diodenelement; der Leistungstransistor enthält nun eine Vielzahl solcher Elemente, so daß ein unipolarer Kondensator beacht¬ licher Kapazität erzeugt wird, der die damit verbundene Leitung wirksam belastet. Die Figuren 6a, 7a, 8a stellen einen Schnitt entlang der Linie AB der Figuren 6b, 7b, 8b dar. Es sind drei mögliche Ausführungsformen für Kondensatoren in dem in Figur 5 beschriebenen Prozeß, und zwar in den Figuren 6 und 7 je ein unipolarer, in Figur 8 ein bipolarer Typ. Selbstverständlich können auch noch andere Diffusionszonen zur Bildung von Kondensatoren herangezogen werden. Ausschlaggebend für die Wahl sind einerseits ein möglichst hoher Kapazitätsbelag, an¬ dererseits eine hinreichend hohe Durchbruchspannung der Sperrschicht.
    [0042] In Figur 6 ist 031 eine obere Isolierungsdiffusionszone, 066 eine darin eingebrachte Emitterdiffusionszone, 64/1 der mit 031 verbun¬ dene Masseanschluß und 067 der mit der Emitterdiffusionszone 066 verbundene Anschluß der heißen Elektrode des Kondensators, dessen Kapazität durch die durch die Zonen 031, 066 gegebene Sperrschicht gebildet ist. Dieser unipolare Kondensator läßt sich auch für nega¬ tive Sperrspannungen einsetzen, sondern die untere Isolierungs¬ diffusionszone weggelassen ist.
    [0043] In "Figur 7 ist 012 eine buried-layer-Diffusionszone, 021 eine untere, 032 eine obere Isolierungsdiffusionszone, 64/1 der Massean¬ schluß, 042 eine Kollektoranschlußdiffusionszone und 013 der heiße Anschluß des Kondensators; dieser ist gebildet durch die zwischen 012 und 021 liegende Sperrschicht. Die buried-layer-Diffusionszone 012 ist mittels der Kollektoranschlußdiffusionszone 042 mit dem heißen Anschluß 013 verbunden, sowie 021 mittels 032 mit dem Masse¬ anschluß. Ein kleiner Beitrag zur Kapazität stammt auch von der sich zwischen dem Substrat 000 und der buried-layer-Diffusionszone 012 bildenden Sperrschicht. Dieser unipolare Kondensator besitzt eine höhere Sperrspannung als der nach Figur 6; er läßt sich jedoch nicht gegen das Substrat isolieren. In Figur 8 ist 014 wieder eine buried-layer-Diffusionszone, 022 eine erste und 023 eine zweite untere Isolierungsdiffusionszone, 033 eine erste und 034 eine zweite obere Isolierungsdiffusionszone, 016 eine Aussparung in der buried-layer-Diffusion 014, 64/1 der Masseanschluß und 015 der Anschluß für die heiße Elektrode. Der Kapazitätsbelag dieses Kondensators bildet sich zwischen den beiden gegeneinanderge- schalfceten Sperrschichten 022, 014 bzw. 014, 023. Er ist somit bi¬ polar und damit für Filterschaltungen geeignet, die hohe Spannungen verarbeiten müssen, ohne daß RiehtSpannungen entstehen; letztere entstehen nur dann, wenn die Amplitude der hochfrequenten Stör¬ spannung und eine etwa überlagerte Gleichspannung die Durchbruch¬ spannung der symmetrischen Sperrschichten übersteigt bzw. wenn die beiden Teilkapazitäten 022, 014 und 014, 023 ungleich groß sind. Die Aussparungen 016 in der buried-layer-Diffusion sind zur Erhöhung des Reihenwiderstands des Kondensators eingebracht; sie sind nicht obligatorisch.
    [0044] Bewegt sich ein Kraftfahrzeug in der Nähe eines leistungsstarken Senders, so treten bei den in Frage kommenden Feldstärken von bis zu 300 V/m an der frei schwingenden Leitung im Fall der Resonanz Amplituden bis zu einigen 100 V auf. Zu tiefen Frequenzen hin läßt die Ξinkσpplung jedoch rasch nach. Es werden somit Spannungs¬ amplituden influenziert, die um Größenordnungen über dem linearen Aussteuerbereich von Halbleiterschaltungen liegen und immer noch er¬ heblich über der Sperrspannung nonolithisch integriert darstellbarer Kondensatoren. Es ist deshalb, wie schon erwähnt, vorteilhaft, nicht nur die Signalleitung 65 an ihrem Ende 66 zu bed mpfen, sondern mög¬ lichst auch die restlichen Leitungen des "Kabelbaums". Bei den monolithisch integrierten Siebschaltungen tritt dabei folgendes Problem auf: An den pn-Übergängen der Komponenten der Siebschaltungen entstehen Rieh Spannungen, die die Arbeitspunkte verschieben, was zur Beeinträchtigung der Siebschaltung selbst und zu Fehlfunktionen der elektronischen Geräte, die galvanisch mit den Siebschaltungen verbunden sind, führt. Durch eine hinreichende Dämpfung des Kabelbaums lassen sich die Amplituden auch im Resonanz¬ fall in den mit Halbleitern beherrschbaren Spannungsbereich bringen.
    [0045] Figur 9 zeigt die Siebschaltung 7 des elektronischen Geräts 1 von Figur 2 in einer monolithisch integrierbaren Bauart. Darin ist mit 4 wieder der signalverarbeitende Schaltungsteil, mit 7 die als Tiefpaß wirkende Siebschaltung mit dem Widerstand 71, dem Kondensator 72 und dem Widerstand 73 bezeichnet; der jetzt hochohmige Widerstand 73 vermag die Leitung nicht mehr zu dämpfen, dafür ist das RC-Glied mit dem Widerstand 74 von etwa 80 Ohm und dem bipolaren Kondensator 75 nach Figur 8 mit etwa 50 pF eingesetzt. In diesem Beispiel liegt der Kondensator 72 bei 100 pF und die Widerstände 71, 73 bei 20 Kiloohm. Die Kapazität des Kondensators 75 ist damit hinreichend groß, um die Eigenfrequenzen mit ihren hohen Amplitudeiimaxima hinreichend zu dämpfen.
    [0046] In Figur 10 ist die Schaltung einer vollständigen Anordnung nach dem Gegenstand der Erfindung wiedergegeben, die auch das Übersprechen zwischen einzelnen Komponenten berücksichtigt: Der Widerstand 71 ist aufgeteilt in die beiden Teilwiderstände 713 und 714, die in ge¬ trennten Widerstandswannen 763, 762 untergebracht sind; der Wider¬ stand 73 liegt ebenfalls in einer eigenen Wanne 761. Die Widerstände des Filters sind erfindungsgemäß beispielsweise aus¬ geführt mit der p-dotierten Basisdiffusion 005 des Prozesses; sie liegen in sperrschichtisolierten Wannen der Epitaxie 100, bilden so¬ mit gegen diese einen pn-Übergang. Die Erfindung sieht nun weiter vor, diese pn-Übergänge so hoch in Sperrichtung vorzuspannen, daß sie durch die auftretenden Störspannungen nicht in Flußrichtung ge¬ polt werden. Es ist vorgesehen, als Vorspannungsquelle die Betriebs- gleichs'pannung des Geräts oder der integrierten Schaltung selbst zu verwenden. Sind diese zu niedrig, so ist eine Spannungsverviel- facher-Schaltung - falls erforderlich, mit einigermaßen eigen¬ stabiler AusgangsSpannung bzw. mit nachgeschaltetem Spannungs¬ stabilisator - anzuwenden. Ferner ist es vorteilhaft, in die Ver¬ bindungsleitung von der Vorspannungsquelle zu dem zu sperrenden pn-Übergang eine Diode 79 in Flußrichtung zu schalten: Übersteigt die HF-Amplitude die Vorspannung, so fließt nur ein extrem geringer Richtstrom, um die Kapazität der Wanne auf das höhere Niveau aufzu¬ laden. Es kann deshalb auch schon ausreichen, die Vorspannung des zu sperrenden pn-ύbergangs bei einer floatenden Wanne durch die hoch¬ frequente Störspannung selbst zu erzeugen, wobei ein parasitärer pn-Übergang als Diode zu nutzen ist, also nicht unbedingt eine eigene Diode erforderlich ist.
    [0047] Die eingangsseitigen Komponenten des Filters, die an der höchsten Störspannung liegen, koppeln diese kapazitiv in ihre Wannen ein. Deshalb ist vorgesehen, ein Übersprechen über die Vorspannungsquelle auf andere Schaltungsteile durch mindestens einen Widerstand 78 zu verhindern, der einerseits an der Betriebsspannungsquelle 68/1, deren Spannung für den vorgesehenen Zweck hinreichend groß ist, an¬ dererseits an der Diode 79 liegt, von der aus die mit Wider¬ stands- und Kapazitätsbelag ausgestatteten Leitungen 764 und 765 zu den Wannen 761 und 762 führen. Die Leitungen 764, 765 und 766 sind dargestellt mittels buried-layer-Diffusionszonen 001, die unterhalb Zonen mit der unteren Isolierungsdiffusion 002 liegen, wobei die Zonen 002 über obere Isolierungsdiffusionszonen 003 an die Masse¬ leitung 64/1 angeschlossen sind. Die Wanne 762 ist mit einem zusätz¬ lichen Kondensator 767 an Masse gelegt, ebenso die Wanne 763 mit dem Kondensator 768; beide Kondensatoren lassen sich ohne zusätzlichen Aufwand an Chipfläche im Layout unterbringen.
    [0048] Wirksam unterstützt wird die Siebschaltung 7 durch den an die Sig¬ nalgeberleitung 69 angeschlossenen verlustbehafteten Kondensator 80, den Reihenwiderstand 81 und den Kondensator 82 zwischen dem positiven Pol 68/1 und dem negativen Pol 64/1 der Betriebsspannung, dessen Verlustwiderstand von den Stromverbrauchern der Schaltung ge¬ bildet ist. Glieder dieser Art lassen sich meist ohne zusätzlichen Flächenaufwand unter Anschlußflecken, Freiräumen im Layout oder dgl. unterbringen bzw. sind diese Flächen bei der Erstellung des Layouts dafür zu nutzen.
    [0049] Eine andere vorteilhafte Lösung, Richtspannungen bzw. Richstrome zu vermeiden, ist mit einer erweiterten Technologie dadurch zu er¬ reichen, daß mindestens eine der Komponenten des Filters auf dem der Passivierung des im Siliziumeinkristall untergebrachten signalver- arbeitenden Schaltungsteils 4 dienenden Deckoxid 007 oder bei einer Mehrlagenmetallisierung auch auf der zwischen beiden Metalli¬ sierungen angeordneten dielektrischen Zwischenschicht aufgebracht ist, die üblicherweise aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder auch anderen anorganischen bzw. organischen Dielektrika wie Tantal- pentoxid oder Polyimidlack besteht. Widerstände des Filters lassen sich dann mittels mehr oder weniger stark dotiertem Polysilizum bzw. auch mittels Metallegierungen wie Chrom-Nickel oder dergleichen dar¬ stellen durch Abscheiden auf dem Dielektrikum. Auch Kondensatoren lassen sich dann mit sperrschichtfreiem Dielektrikum besonders vor¬ teilhaft darstellen, wobei die Gegenelektrode durch eine hoch¬ dotierte Zone im Silizium gebildet sein kann. Bei einem Prozeß mit einer Metallisierung in zwei Ebenen sind Kondensatoren mit beiden Metallebenen als Elektroden und der isolierenden Zwischenschicht als Dielektrikum auszuführen. Um kleine Flachen zu bekommen, sind hohe spezifische Flächenkapazitäten erwünscht, also extrem dünne dielek¬ trische Schichten. Diese sind gegen Durchschläge, also vor Über¬ spannungen, mittels einer Zenerdioden-Anordnung unipolar oder bi¬ polar zu schützen. Widerstand und Kondensator lassen sich auch zu einer Leitung zusammenfassen. Der hochohmige Widerstandsbelag bildet dabei gleich die eine Elektrode des Kondensators.
    [0050] Die folgenden Figuren 11 und 12 zeigen ein entsprechendes Beispiel:
    [0051] Verwendet ist in diesem Beispiel wieder eine übliche monolithisch integrierte Schaltung in Bipolartechnik mit schwach p-dotiertem Sub¬ strat als Ausgangsmaterial; selbstverständlich läßt sich die Lehre der Erfindung auch auf integrierte Schaltkreise mit komplexeren Strukturen, komplementären Strukturen oder Strukturen in Unipolar¬ technik (P-MOS, N-MOS, C-MOS) übertragen.
    [0052] Substrat und Diffusionszonen sind wieder mit 000, 006, Metall und Schutzschicht mit 007, 009, die Epitaxie mit 100 und die Kontakt¬ fenster mit 070 sowie das neu eingeführte, vorzugsweise dotierte Polysilizium mit 111 bezeichnet. Auf die Darstellung der üblicher¬ weise über dem Ganzen liegenden Schutzschicht 009 wurde verzichtet, ebenso auf die Anwendung von Mehrlagen-Metallisierungen. Figur 11 zeigt den in Figur 12 dargestellten Teil einer Schaltung nach Figur 9 mit einer Leitung 716 als Siebschaltung, Figur 12 den dazugehörigen Schnitt durch die monolithisch integrierte Schaltung.
    [0053] Der Widerstand 715 des Tiefpasses entspricht einem mehr oder wneiger großen Teil des Widerstands 73 von Figur 9. Der Kondensator 72 und der Widerstand 71 sind durch die Leitung 716 mit Widerstands- und 'Kapazitätsbelag ersetzt. Die bipolare Z-Diode 717 schützt die Lei¬ tung vor Überspannungen, die auf den Eingang des Filters gelangen können, oder, anders ausgedrückt, sie erlaubt extrem dünnes Oxid für den Kapazitätsbelag der Leitung 716, deren Ende mit dem Ausgang des signalverarbeitenden Schaltungsteils 4 verbunden ist.
    [0054] Im Schnitt von Figur 12 sind die einzelnen Teile bzw. Zonen wie oben angegeben benannt. Dazu ergänzend ist mit dem buried layer 017 die negative Elektrode der Z-Diode 717 und mit den Isolierungs- diffusionszonen 002, 003 ihre Anoden 025 und 026 gebildet, wobei die Anode 026 gleichzeitig auch als Masselektrode des Filters, insbe¬ sondere des Kapazitätsbelags der Leitung 716 dient. 0071 ist das dicke Feldoxid, auf dem der metallene Anschlußfleck 66 des Filters und der mit Polysilizium 1111 gebildete Teilwiderstand 715 ange¬ ordnet sind, während sich der Widerstandsbelag 1112 der Leitung 716 auf dem dünnen Oxid 0072 wie etwa dem Emitteroxid eines Bipolar¬ prozesses oder dem Gateoxid eines MOS-Prozesses befindet. Die metallische Verbindung der Teile 715 mit 716 ist mit 082, die von 716 mit dem Ausgang des signalverarbeitenden Schaltungsteils 4 mit 083 bezeichnet; die zugehörenden Kontaktfenster sind 073 und 074. Der Widerstandsbelag 1112 der Leitung 716 ist beispielsweise äan- derförmig auf einer größeren Fläche des dünnen Oxids 0072 angeord¬ net, um eine hinreichend große Leitungslänge zu erreichen. Die in den Figuren 11 und 12 nicht dargestellten Komponenten der Figur 9 lassen sich auf dieselbe Art erzeugen. Wird auch der Kondensator 75 als MOS-Kapazit t ausgbildet, so ist auch er mittels einer bipolaren Z-Diode zu schützen. Sind größere Dämpfungen gefordert, so sind die Filter vorteilhaft mehrstufig auszuführen. Auch ist auf das durch parasitäre Kompo¬ nenten hervorgerufene Übersprechen zu achten. Gehören Polysilizium und dünne Oxide zum Herstellungsprozeß der monolithisch integrierten Schaltung, so ist es stets richtig, diese wie beschrieben für die Filter zu nutzen, da bei dieser Technik pn-Übergänge überhaupt erst tangiert werden, wenn die HF-Amplituden bereits hinreichend gedämpft sind.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Elektronisches Gerät (1) mit einem signalverarbeitenden Schal¬ tungsteil (4), zu dem Leitungen geführt sind, und zwar mindestens eine für die Versorgung mit Betriebsstrom, sowie mindestens eine weitere für Signaleingänge und/oder Signalausgänge, und mit dem sig¬ nalverarbeitenden Schaltungsteil (4) zugeordneten Schaltmitteln (7) zur Dämpfung nach außen dringender hochfrequenter Störspannungen, die durch die Signalverarbeitung im signalverarbeitenden Schaltungs¬ teil (4) selbst entstehen, ' dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt¬ mittel mindestens einer Leitung zugeordnet sind und aus mindestens einer aus mindestens einem RC-Glied bestehenden Siebschaltung (7) und/oder mindestens einer Leitung zugeordneten R- und/oder C-Gliedern zur Dämpfung der Leitung bzw. des Leitungssystems bestehen und daß die Schaltmittel monolithisch integriert sind.
    2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Dämpfung hochfrequenter Störspannungen dienenden Schalt¬ mittel (7) zusammen mit dem signalverarbeitenden Schaltungsteil (4) oder Teilen desselben monolithisch integriert sind.
    3. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die mindestens einer Leitung (6) zuge¬ ordneten Schaltmittel (7) aus der Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstands als Glieder zur Dämpfung der Leitung bzw. des Leitungssystems bestehen.
    4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die mindestens einer Leitung (6) zugeordneten Schaltmittel (7) zur Dämpfung des im signalverarbeitenden Schaltungsteil (4) er¬ zeugten Störsignals aus einem mindestens aus je einem Widerstand in Verbindung mit* mindestens je einem Kondensator erzeugten Tiefpaß be¬ stehen.
    5. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente (71, 713, 714, 72, 73, 74, 75) der Siebschaltung (7) durch eine in das ein¬ kristalline Halbleitermaterial der monolithisch integrierten Schal¬ tung eingebrachte Zone dargestellt ist, die mit dem sie umgebenden
    - Halbleitermaterial einen pn-Übergang bildet.
    6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vorspannung des pn-Übergangs zwischen der genannten mindestens einen Komponente (71, 713, 714, 72, 73, 74, 75) und dem sie umgebenden Halbleitermaterial in Sperrichtung.
    7. Elektronisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung aus der Betriebsgleichspannung der monolithisch integrierten Schaltung bzw. des Gerätes gewonnen ist.
    8. Elektronisches Gerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine in Flußrichtung geschaltete Diode (79) zwischen der Vor¬ spannungsquelle und dem pn-Übergang zwischen der genannten min¬ destens einen Komponente (71, 713, 714, 72, 73, 74, 75) und dem sie umgebenden Halbleitermaterial.
    9. Elektronisches Gerät nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine aus mindestens einem Widerstand (78) be¬ stehende Siebschaltung zwischen der Vorspannungsquelle und dem pn-Übergang zwischen der genannten mindestens einen Komponente (71, 713, 714, 72, 73, 74, 75) und dem sie umgebenden Halbleitermaterial.
    10. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekenn¬ zeichnet durch eine Spannungsvervielf cherschaltung zwischen der Vorspannungsquelle und dem pn-Übergang zwischen der genannten min¬ destens einen Komponente (71, 713, 714, 72, 73, 74, 75) und dem sie umgebenden Halbleitermaterial.
    11. Elektronisches Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine ihre AusgangsSpannung begrenzende Spannungsvervielfacherschaltung oder eine der Spannungsvervielfacherschaltung nachgeschaltete StabilisierungsSchaltung.
    12. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Komponenten der Siebschaltung (7) und Masse (Substrat) gegeneinandergeschaltete pn-Übergänge als Amplitudenbegrenzer angeordnet sind.
    13. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als kapazitive Komponente der Sieb¬ schaltung (7) mindestens ein pn-Ubergang und/oder zwei gegeneinan¬ dergeschaltete pn-Übergänge angeordnet st/sind.
    14. Elektronisches Gerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die npn- bzw. pnp-Strukturen der gegeneinanderge- schalteten pn-Übergänge wenigstens näherungsweise symmetriert sind.
    15. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eingangsklemme der Sieb¬ schaltung (7) und Masse mindestens ein niederohmiger Widerstand (74) geschaltet ist, der die zugeordnete mindestens eine Leitung (65, 66) stark, vorzugsweise im aperiodischen Grenzfall, bedämpft.
    16. Elektronisches Gerät nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Kondensator (75) in Reihe zu dem niederohmigen Widerstand (74).
    17. Elektronisches Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (75) durch zwei gegeneinandergeschaltete Dioden gebildet ist.
    18. Elektronisches Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (75) durch zwei gegeneinandergeschaltete Dioden mit innerem Bahnwiderstand verlustbehaftet gebildet ist (Figur 11).
    19. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    • gekennzeichnet durch eine Leitung mit Widerstands- und Kapazitätsbe¬ lag als Komponente der Siebschaltung (7).
    20. Elektronisches Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Sperrichtung wirkende Vorspannung aus der die Stör¬ spannung bildenden Eingangswechselspannung selbst mittels eines als Diode wirkenden pn-Übergangs erzeugt ist.
    21. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente (71) der Siebschaltung (7) in mehrere Abschnitte (713, 714) unterteilt ist, um parasitäres Übersprechen zu reduzieren.
    22. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten der Siebschaltung (7) in mindestens zwei getrennten, gegeneinander isolierten Wannen (761, 762, 763) untergebracht sind, um parasitäres Übersprechen zu redu¬ zieren.
    23. Elektronisches Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander isolierten Wannen (761, 762, 763) über unab¬ hängige Entkopplungsnetzwerke (764, 765) mit der- Vorspannungsquelle verbunden sind.
    24. Elektronisches Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der gegeneinander isolierten Wannen (762, 763) über ein Entkopplungsnetzwerk (766) miteinander verbunden sind.
    25. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Richtspannungen bzw. Richtströmen mindestens eine Komponente (71, 713 bis 716, 74, 75) der Siebschaltung (7) auf mindestens einer (0071, 0072) der dielektrischen Deckschichten der monolithisch integrierten Schaltung angeordnet ist.
    26. Elektronisches Gerät nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß dem eingangsseitigen Anschluß (66) der Siebschaltung (7) zuge¬ wandte Komponenten (715) zur Erzielung einer größeren Durchschlags¬ festigkeit auf einer dickeren dielektrischen Deckschicht (0071), vorzugsweise auf dem Feldoxid, angeordnet sind.
    27. Elektronisches Gerät nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß dem eingangsseitigen Anschluß (66) der Siebschaltung (7) abgewandte Komponenten (716) zur Erzielung eines größeren Kapa¬ zitätsbelags auf einer dünneren dielektrischen Deckschicht (0072) angeordnet sind.
    28. Elektronisches Gerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Spannungsbegrenzer¬ schaltung zum Schutz von Komponenten (715) der Siebschaltung (7) gegen Spannungsdurchschläge.
    29. Elektronisches Gerät nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch eine Z-Diode als Spannungsbegrenzerschaltung.
    30. Elektronisches Gerät nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine bipolare Z-Diode (717) als Spannungsbegrenzerschaltung.
    31» Elektronisches Gerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolare Z-Diode (717) als symmetrische npn- oder pnp-Struk- tur (025, 017, 026) ausgeführt ist.
    32. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 28 bis 31, gekenn¬ zeichnet durch mindestens einen Widerstand (715) zwischen dem ein¬ gangsseitigen Anschluß (66) der Siebschaltung (7) und der Spannungs¬ begrenzerschaltung.
    33. Elektronisches Gerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an die zu sperrende Spannung über den Gradienten der Dotierung angepaßte Sperrschichtkondensatoren.
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    1989-08-10| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
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