JPS6161259B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、バランスド・トランスフオーマレ
ス（Balanced Transformerless、以下ではBTL
と略称する）回路をそなえた集積回路装置に関
し、特に４個の出力トランジスタの配置・接続パ
ターンを改良することにより配線抵抗を低減し、
パワーアツプを図つたものである。

従来から、BTL回路それ自体は種々のものが
提案されている。第１図は、IC（集積回路）化
するのに好適なBTL回路をそなえたパワーアン
プ回路を示すもので、１０はドライバ回路、２０
はこのドライバ回路１０により駆動されるBTL
回路、３０はBTL回路２０で駆動されるスピー
カである。BTL回路２０において、２１，２
２，２３，２４はいずれもNPNトランジスタで
あり、トランジスタ２１と２４は入力信号のある
半周期に破線Ａに示すように負荷たるスピーカ３
０に給電すると共に、トランジスタ２２と２３は
入力信号の前記半周期のとなり（前又は後）の半
周期に破線Ｂに示すようにスピーカ３０に給電
し、いわゆるプツシユ・プル動作が行われるよう
になつている。ドライバ回路１０はかようなプツ
シユ・プル動作が行われるように各トランジスタ
２１，２２，２４のベースを駆動するためのもの
である。なお、２５はトランジスタ２１，２３の
コレクタに電源電位＋Vccを供給するための端
子、２６はトランジスタ２２，２４のエミツタに
基準電位（接地電位GND）を供給するための端
子、２７はトランジスタ２１のエミツタとトラン
ジスタ２２のコレクタとの接続点に接続された第
１の出力端子（OUT）、２８はトランジスタ２３
のエミツタとトランジスタ２４のコレクタとの接
続点に接続された第２の出力端子（OUT）であ
る。

上記した構成の回路をIC化するにあたつて、
ICチツプ上ではこれまで第２図に示すようなト
ランジスタ配置がとられていた。第２図におい
て、第１図におけると同一部分には同一又は相当
する符号を付して示し、ａ×ｂの大きさの４つの
長方形領域はトランジスタ２１，２２，２３，２
４がそれぞれ作り込まれ、且つ相互に電気的に絶
縁された島状領域、３１，３２，３３，３４はそ
れぞれ電源電位用端子２５、基準電位用端子２
６、第１の出力端子２７、第２の出力端子２８に
対応したAlなどからなる配線層、ハツチング部
分はコンタクト領域、×印は端子２５，２６，２
７，２８の対応する配線層３１，３２，３３，３
４との接続個所をそれぞれ示す。図示のトランジ
スタ配置によれば、ドライバ回路１０の近傍に対
をなするトランジスタ２１と２４，２２と２３が
並置され、各トランジスタ毎にそのエミツタ拡散
層Ｅ及びコレクタ・コンタクト用拡散層Ｃがドラ
イバ回路１０とほぼ直角をなして延長するように
配置されている（なお、ベース拡散層の図示は省
略してある）。そして、トランジスタ２１のコレ
クタとトランジスタ２３のコレクタとを相互接続
する電源電位用配線層３１と、トランジスタ２２
のエミツタとトランジスタ２４のエミツタとを相
互接続する基準電位用配線層３２とは各々の中間
部が相互に絶縁関係の下に交叉するように配置さ
れると共に、トランジスタ２１のエミツタとトラ
ンジスタ２２のコレクタとを相互接続する第１の
出力用配線層３３と、トランジスタ２３のエミツ
タとトンジスタ２４のコレクタとを相互接続する
第２の出力用配線層３４とは配線層３１，３２の
交叉部分をはさんでその両側に配置されている。

上記した配置において、通常、配線層３１及び
各トランジスタのエミツタ、ベース及びコレクタ
の各電極層（図示せず）は１層目の金属蒸着層で
形成され、配線層３２，３３，３４は２層目の金
属蒸着層で形成される。このように２層配線又は
交叉配線が必要なのは、トランジスタ２１と２
３，２２と２４をそれぞれ対にして並置できない
ため、図示のようにトランジスタ２１と２４，２
２と２３を対にして並置せざるを得ないことによ
る。すなわち、トランジスタ２１と２３，２２と
２４をそれぞれ対にしてドライバ回路１０に並置
すると、各対毎に各々のトランジスタ２１と２
３、又は２２と２４からドライバ回路１０までの
距離が異なるため、各々のトランジスタ対におい
てドライバ回路１０への熱帰還量がアンバランス
になり、適正な動作を確保できないので、図示の
ように同時に負荷に給電するトランジスタ２１と
２４，２２と２３を対にして並置して熱帰還量の
バランスをとる必要があるわけである。

ところが、第２図のトランジスタ配置・接続パ
ターンによれば、×印で示す端子接続位置に至る
配線抵抗が大きいため、パワーアツプが妨げられ
るという問題点がある。現在使用されているパワ
ーICではそのパワートランジスタのコレクタ飽
和抵抗が約0.4Ωとかなり小さくなつており、こ
れを数10mΩ低下させることはプロセスの面から
容易でない。そこで、パワーアツプを達成するた
めには、出力トランジスタのエミツタ配線抵抗及
びコレクタ配線抵抗を極力低下させることが望ま
れるのであるが、第２図の配置では、特に配線層
３１，３２の抵抗が無視しえない程度に大きい。
一例として、ａ辺に沿う配線抵抗を約10mΩ、ｂ
辺に沿う配線抵抗を約68mΩとすれば、配線層３
１の端子取出点25（×印）からトランジスタ２１
又は２３の遠い方のコレクタまでの配線抵抗は約
78mΩ（10Ω＋68Ω）となり、配線層３２の端子
取出点26（×印）からトランジスタ２２又は２４
のエミツタまでの配線抵抗は約44Ω（10Ω＋68／
２Ω）となる。

このように大きな配線抵抗を減らすための１つ
の手段は、配線層の面積を広げることであるが、
これではデツド・スペースを拡大することにな
り、集積度を向上させる観点から得策ではない。

従つて、この発明の目的は、熱帰還のバランス
をそこなうことなく、しかも配線層の面積を拡大
することなく配線低抗を最小にすることのできる
新規なパワー用ICを提供することにある。

この目的を達成するため、この発明は、２層配
線技術を利用するとともに、BTL回路を構成す
る４個の出力トランジスタのエミツタ層及びコレ
クタ・コンタクト層の配置パターン並びに配線パ
ターンに工夫を加えたものであつて、以下、添付
図面に示す実施例について詳述する。

第３図は、この発明の一実施例によるパワー
ICの第２図に対応する平面を例示するものであ
つて、第２図におけると同一部分には同一又は相
当する符号を付して示す。第３図の装置の主要な
特徴の１つは、各々のトランジスタ２１，２２，
２３，２４において、エミツタ拡散層Ｅ及びコレ
クタ・コンタクト用拡散層Ｃ（いずれも通常は
N⁺型拡散層）をドライバ回路１０に対してほぼ
平行に延長するように配置したことであり、他の
特徴は、拡散層Ｅ，Ｃの延長方向にほぼ直交する
ように一対の出力用配線層４３，４４を配置する
と共に、両配線層４３，４４間に相互に絶縁的に
交叉する電源電位用配線層４１及び基準電位用配
線層４２を配置したことである。また、さらに注
目すべきことは、２つの出力配線層４３，４４が
外側に配置され、電源電位（Vcc）用配線層４１
及び基準電位（この実施例の場合接地電位）配線
層４２が、上記２つの出力配線層にはさまれる如
く内側に配置されていることである。すなわち、
従来は第２図に示すように出力配線層３３，３４
をはさみこむように、その外側に電源電位用配線
層及び基準電位配線層が配置されていたため配線
抵抗が大きかつたのであり、この点に注目し本発
明では第３図に示される構成とし電源電位用配線
層及び基準電位配線層の配線抵抗を小さくし、ト
ランジスタのγcsを小となしたものである。通
常、配線層４１と図示しないエミツタ、ベース、
コレクタの各電極層とは１層目の金属（例えば
Al）蒸着層で形成され、配線層４２，４３，４
４は２層目の金属蒸着層で形成される。×印で示
した各端子接続位置、すなわち各配線層４１，４
２，４３，４４の中央部分には、ボンデイング・
ワイヤなどからなる端子２５，２６，２７，２８
がそれぞれ接続される。

第３図のトランジスタ配置・接続パターンによ
れば、同一半周期に負荷に給電するトランジスタ
２１と２４，２２と２３がそれぞれドライバ回路
１０に対してほぼ等しい距離に配置されているの
で、熱帰還量のアンバランスは殆どない。そし
て、各配線層４１〜４４はいずれもトランジスタ
形成区域内におさまつているので、第２図の場合
に比較して格別配線層面積は増大せず、従つてデ
ツド・スペースの増大もない。その上、特に配線
層４１，４２についてみれば、破線長が短縮され
たので、配線抵抗がほぼ半減する顕著な効果が得
られる。すなわち、一例として、ａ辺に沿う配線
抵抗を約34mΩ（これは第３図においてｂ／２の
区間における配線抵抗に相当する）とすれば、配
線層４１の端子取出点25（×印）からトランジス
タ２１又は２３の遠い方のコレクタまでの配線抵
抗は約34mΩとなり、配線層４２の端子取出点26
（×印）からトランジスタ２２又は２４のエミツ
タまでの配線抵抗は約17mΩ（34／2mΩ）とな
る。これらの数値34mΩと17mΩとを第２図に関
して前述した数値78mΩと44mΩとにそれぞれ対
比すれば、この発明による第３図の場合には第２
図の場合に比べて配線抵抗が約半分になつている
ことが明らかである。従つて、第３図のトランジ
スタ配置・接続パターンによれば、配線抵抗の減
少にみあつたパワーアツプが可能となる。

第４図は、この発明の他の実施によるパワー
ICの平面配置を示すもので、第３図におけると
同様な部分には同様な符号を付して示す。また、
第４図の―線に沿う断面及び―線に沿う
断面はそれぞれ第５図及び第６図に示してある。
第４図において、５１は電源電位用配線層、５２
Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは基準電位用配線層、５３，
５４は出力用配線層、Ｂはベース拡散層をそれぞ
れ示す。この実施例の装置が第３図のものと異な
る点は第１にトランジスタ２１，２２，２３，２
４の内部におけるエミツタ拡散層Ｅ、ベース拡散
層Ｂ及びコレクタ・コンタクト拡散層の数がそれ
ぞれ１つづつ多いことであり、第２に電源電位用
配線層５１が２層目配線層で構成されると共に、
基準電位用配線層が１層目配線層５２Ａと２層目
配線層５２Ｂ，５２Ｃとで構成されていることで
ある。

一例としてトランジスタ２２の内部構成を第５
図について説明すると、シリコン半導体基板５０
は、Ｐ型層５５の表面にN⁺型拡散層５６を形成
した後その上にN^-型層５７をエピタキシヤル成
長し、このN^-型層５７内にＰ型ベース拡散層
Ｂ、N⁺型コレクタ・コンタクト用拡散層Ｃを形
成すると共に、ベース拡散層Ｂ内にエミツタ拡散
層Ｅを形成した構成になつている。基板表面はシ
リコンオキサイドなどからなる絶縁膜５９でおお
われており、絶縁膜５９にはエミツタ、ベース、
コレクタの各電極形成位置を露呈する開孔部が設
けられ、各開孔部内には１層目の金属蒸着層から
なる電極層６０，６１，６２，６３，６４がそれ
ぞれ配置されている。これらの電極層６０〜６４
は適当な層間絶縁膜６５でおおわれ、この絶縁膜
６５の上に、トランジスタ２１のエミツタとトラ
ンジスタ２２のコレクタをつなぐ出力用配線層５
３が配置されている。なお、トランジスタ２２に
関して上述した内部構成は、他のトランジスタ２
１，２３，２４についても同様である。

一方、交叉配線部は、第６図に示すように基板
50のP⁺型アイソレーシヨン拡散領域５８上に配
置される。アイソレーシヨン領域５８をおおう絶
縁膜５９の上には、１層目の金属蒸着層からなる
配線層５２Ａが形成され、この配線層５２Ａをお
おつて層間絶縁膜６５が形成されている。層間絶
縁膜６５には、配線層５２Ａの両端近傍のコンタ
クト予定部分を露呈する開孔部が設けられ、２層
目の金属蒸着層からなる配線層５２Ｂ，５２Ｃは
それぞれの開孔部を介して配線層５２Ａにオーミ
ツクコンタクトしている。２層目の金属蒸着層か
らなる電源電位用配線層５１は配線層５２Ｂと５
２Ｃとの間で層間絶縁膜６５上に配置される。

以上のように、第４図，第５図及び第６図につ
いて上述したパワーICも基本的には第３図の装
置と同様の原理にしたがつて構成されているもの
であり、その独特のトランジスタ配置・接続パタ
ーンに基づき、(1)熱帰還量がバランスすること、
(2)配線層の面積が実質的に増大しないこと、(3)配
線抵抗が大幅に低減されることなどの優れた作用
効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、IC化の対象となるパワーアンプ回
路を示す回路図、第２図は、第１図の回路を従来
技術にしたがつてIC化した場合のICの平面図、
第３図は、第１図の回路をこの発明の一実施例に
したがつてIC化した場合のICの平面図、第４図
は、第１図の回路をこの発明の他の実施例にした
がつてIC化した場合のICの平面図、第５図は、
第４図の―線に沿う断面図、第６図は、第４
図の―線に沿う断面図である。 １０…ドライバ回路、２１，２２，２３，２４
…BTL回路構成用トランジスタ、２５…電源電
位端子、２６…基準電位端子、２７，２８…出力
端子、３１，４１，５１…電源電位用配線層、３
２，４２，５２Ａ〜５２Ｃ…基準電位用配線層、
３３，３４，４３，４４，５３，５４…出力用配
線層、Ｅ…エミツタ拡散層、Ｂ…ベース拡散層、
Ｃ…コレクタ・コンタクト用拡散層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バランスド・トランスフオーマレス回路を構
   成するための４つのトランジスタを有し、前記４
   つのトランジスタのうち入力信号のある半周期に
   負荷に供電する一対のトランジスタ２１，２４
   と、前記半周期のとなりの半周期に該負荷に給電
   する別の一対のトランジスタ２２，２３とを近接
   配置して成る集積回路装置であつて、前記各トラ
   ンジスタのエミツタ層及びコレクタ・コンタクト
   層が一定方向に延在してなり、前記エミツタ層及
   びコレクタ・コンタクト層の延長方向にほぼ直交
   するように一対の出力配線層を相互に離間して配
   置し、電源電位用配線層及び基準電位用配線層を
   各々の一部が相互に絶縁関係下で交叉するように
   して前記出力配線層間に配置してなることを特徴
   とする集積回路装置。