JP3038723B2 - 半導体回路装置 - Google Patents

半導体回路装置

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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、縦型pnpトランジスタを含む半導体回路
装置に関する。
〔発明の概要〕
この発明は、縦型pnpトランジスタを含む半導体回路
装置において、縦型pnpトランジスタのコレクタ領域を
取り囲んで形成されたn型半導体の埋め込み層から外部
電極を取り出し、この外部電極とコレクタ電極とを同位
相で駆動することにより、コレクタの寄生容量の影響を
除去して、周波数特性を向上させるようにしたものであ
る。
〔従来の技術〕
バイポーラ集積回路においては、主にnpnトランジス
タが使用されているが、回路構成上、pnpトランジスタ
が混用される場合がある。周知のように、pnpトランジ
スタには、横型と縦型があるが、横型に比べて、縦型pn
pトランジスタのfTが格段に高いため、広帯域増幅器な
どには縦型pnpトランジスタが用いられる。
まず、第4図及び第5図を参照しながら、集積回路に
搭載される従来の増幅器について説明する。
第4図において、端子(1)からの入力信号がnpnト
ランジスタ(11)のベースに供給され、トランジスタ
(11)のコレクタが電源VCCに直接に接続され、エミッ
タとアースとの間に定電流源(12)が接続されて、エミ
ッタホロワが構成される。npnトランジスタ(11)のエ
ミッタの出力がpnpトランジスタ(13)のベースに供給
され、トランジスタ(13)のコレクタが直接に接地さ
れ、エミッタと電源VCCとの間に負荷としてのpnpトラン
ジスタ(14)のコレクタ・エミッタと抵抗器(15)とが
直列に接続され、トランジスタ(14)のベースに適宜の
バイアス電圧Vb1が供給されて第2のエミッタホロワが
構成される。トランジスタ(13)のエミッタの出力が端
子(2)に導出される。
また、第5図においては、端子(1)からの入力信号
が差動増幅器(20)の一方のpnpトランジスタ(21)の
ベースに供給され、他方のpnpトランジスタ(22)のベ
ースにはバイアス電圧Vb2が供給される。トランジスタ
(21)のコレクタは直接に接地され、トランジスタ(2
2)のコレクタとアースとの間に抵抗器(23)が接続さ
れる。両トランジスタ(21)及び(22)の共通に接続さ
れたエミッタと電源VCCとの間に負荷としてのpnpトラン
ジスタ(24)のコレクタ・エミッタと抵抗器(25)とが
直列に接続され、トランジスタ(24)のベースにバイア
ス電圧Vb3が供給される。
pnpトランジスタ(22)のコレクタの出力がエミッタ
ホロワ構成のpnpトランジスタ(26)のベースに供給さ
れ、トランジスタ(26)のエミッタの出力が端子(2)
に導出される。(27)は定電流源である。
ところで、上述の縦型pnpトランジスタは、例えば第
6図に示すような素子構造を有する。
第6図において、p型のシリコン基板(31)上に、n
型の埋め込み層(32)が形成され、両者の上にn型のエ
ピタキシャル層(33)が積層される。この埋め込み層
(32)からエピタキシャル層(33)に亘って形成された
p型の不純物領域(34)と、これに連続して基体表面ま
で形成されたp型の取り出し領域(35)とで、縦型pnp
トランジスタ(30)のコレクタ領域が構成される。
この取り出し領域(35)に囲まれたエピタキシャル層
(33a)上にn型の不純物拡散領域(36)が形成されて
ベース領域とされ、この不純物拡散領域(36)内に形成
されるp型の不純物拡散領域(37)がエミッタ領域とさ
れる。(38)及び(39)は電極対接用の拡散領域であっ
て、エミッタ領域(37)と共に、端子(外部電極)、E,
B及びCがそれぞれ導出される。なお、図示は省略する
が、エピタキシャル層(33)の外側にはp型のシリコン
領域(31)から基体表面かれ連続するp型の分離領域が
設けられて、各素子間が分離される(特開昭52−98485
等参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、第6図に示すような、従来の縦型pnpトラ
ンジスタ(30)では、コレクタ領域を構成するp型の不
純物領域(34)及び取り出し領域(35)と、n型のエピ
タキシャル層(33)及びn型の埋め込み層(32)との間
に寄生する容量Cjは、コレクタ領域(34),(35)と埋
め込み層(32)の双方の不純物濃度が高いために、ま
た、対向する面積が大きいために、横型pnpトランジス
タに比べて格段に大きくなってしまい、周波数特性を劣
化させるという問題があった。
例えば、第4図の増幅器では、負荷としてのpnpトラ
ンジスタ(14)に対して、そのコレクタの寄生容量Cj
並列に接続されることになるため、同図に示すような振
幅Vのステップ電圧が入力端子に供給された場合、トラ
ンジスタ(14)のコレクタ電流をIとして、出力信号の
立上りには次の(1)式で示される時間trを要するとい
う問題があった。
tr=Cj・V/I ‥‥(1) この場合、電流Iを大きくすることが考えられるが、
そうするとトランジスタのサイズを大きくしなければな
らず、寄生容量Cjも大きくなってしまい、立上り時間tr
の短縮は困難であった。
また、第5図の差動増幅器では、pnpトランジスタ(2
2)のコレクタの寄生容量Cjが負荷抵抗器(23)に並列
に接続されることになるため、抵抗器(23)を抵抗値を
R23として、差動増幅器(20)の利得が3dB以下する周波
数f3が次の(2)式で示すように、寄生容量Cjに制約さ
れるという問題があった。
f3≒1/(2πCj・R23) ‥‥(2) この場合は、抵抗値を低減させることが考えられる
が、所要の利得を維持するために、抵抗値に反比例して
差動増幅器(20)の電流を大きくしなければならなくな
り、第4図の場合と同様に、周波数帯域の拡大は困難で
あった。
かかる点に鑑み、この発明の目的は、縦型pnpトラン
ジスタのコレクタの寄生容量の影響を除去して、周波数
特性を向上させることができる半導体回路装置を提供す
るところにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1のこの発明は、p型半導体で形成されたエミッタ
層(37)の下部にn型半導体で形成されたベース層(3
6)と、このベース層の下部を取り囲んだp型半導体で
形成されたコレクタ領域(34)から成る縦型pnpトラン
ジスタ(30E)を含む半導体回路装置において、縦型pnp
トランジスタと他の素子とを分離するために、コレクタ
領域を取り囲んでn型半導体で形成された埋め込み層
(32)に外部取り出し電極Qを設けた半導体回路装置で
ある。
第2の発明は、p型半導体で形成したエミッタ層の下
部にn型半導体でベース層を形成し、このベース層の下
部を取り囲んでp型半導体でコレクタ領域を形成して成
る縦型pnpトランジスタ(14E)のコレクタ電極と緩衝増
幅器(13),(16)の出力端子を接続すると共に、縦型
pnpトランジスタのコレクタ領域を取り囲んでn型半導
体で形成された埋め込み層から取り出した外部電極Q14
と緩衝増幅器の入力端子を接続した半導体回路装置であ
る。
第3のこの発明は、p型半導体で形成したエミッタ層
の下部にn型半導体でベース層を形成し、このベース層
の下部を取り囲んでp型半導体でコレクタ領域を形成し
て成る縦型pnpトランジスタ(22E)のコレクタ電極に負
荷抵抗器(23)を接続すると共に、縦型pnpトランジス
タのコレクタ領域を取り囲んでn型半導体で形成された
埋め込み層から取り出した外部電極Q22に緩衝増幅器(2
6),(28)を介してコレクタ電極の出力を供給した半
導体回路装置である。
〔作用〕
この発明によれば、縦型pnpトランジスタのコレクタ
の寄生容量の影響が除去されて、半導体回路装置の周波
数特性が向上する。
〔実施例〕
以下、第1図を参照しながら、この発明による半導体
回路装置の一実施例について説明する。
この発明の一実施例の構成を第1図に示す。この第1
図において、前出第6図に対応する部分は同一の符号を
付して重複説明を省略する。
第1図において、(30E)は縦型pnpトランジスタを全
体として示し、n型の埋め込み層(32)がコレクタ領域
(34)に対して横方向に拡張された拡張領域(32e)を
有する。この拡張領域(32e)上にプラグイン層と通称
される低抵抗のn型の取り出し領域(41)が基本表面ま
で形成され、n型の拡散領域(42)を介して、外部取り
出し電極(端子)Qが導出される。
(31s)は前述した分離領域であって、素子間のn型
のエピタキシャル層(33)を分割するように形成され
る。その余の構成は前出第6図と同様である。
第1図の実施例では、コレクタ領域(34)の寄生容量
Cj1がコレクタ端子Cと第4の端子Qの間に接続される
と共に、端子Qと基板(31)の間に、この基板(31)と
埋め込み層(32)との接合容量Cj2が接続されることに
なる。
そこで、コレクタ端子Cと第4の端子Qを同一位相、
等振幅の信号電圧で駆動すれば、寄生容量Cj1に信号電
流が流れないので、Cj1が開放されたと等価になって、
その影響が除去される。
この場合、端子Qの駆動源のインピーダンスを低くす
ることにより、接合容量Cj2の存在を無視することがで
きる。
次に、第2図を参照しながら、この発明による半導体
回路装置の他の実施例について説明する。
この発明の他の実施例の構成を第2図に示す。この第
2図おいて、前出第4図に対応する部分には同一の符号
を付して重複説明を省略する。
第2図において、npnトランジスタ(11)のエミッタ
と定電流源(12)との間にダイオード(16)が順方向に
介挿され、このダイオード(16)のアノードとpnpトラ
ンジスタ(14E)の第4の端子Q14とが接続される共に、
ダイオード(16)のカソードとpnpトランジスタ(13)
のベースとが接続される。その余の構成は前出第4図と
同様である。
第2図の実施例では、エミッタホロワ構成のnpnトラ
ンジスタ(11)により、端子Q14が低インピーダンスで
駆動されるため、接合容量Cj2の存在は、その容量値に
もよるが、例えば1GHzのような高周波領域に至るまでも
無視することができる。
また、定電流源(12)に比べて、ダイオード(16)の
内部抵抗がきわめて小さいため、ダイオード(16)のア
ノード及びカソードの信号が等振幅となり、従って、ダ
イオード(16)のカソードの信号が供給される、コレク
タ接地のpnpトランジスタ(13)のエミッタの信号がダ
イオード(16)のアノードの信号と同位相等振幅とな
る。即ち、ダイオード(16)とトランジスタ(13)とは
利得が〔1〕の非反転緩衝増幅器として機能し、pnpト
ランジスタ(14E)のコレクタ端子Cと第4の端子Q14
が同位相等振幅で駆動される。
これにより、寄生容量Cj1の影響が除去されて、ステ
ップ電圧が入力された場合、出力電圧の立上り時間を格
段に短縮することができる。
次に、第3図を参照しながら、この発明による半導体
回路装置の更に他の実施例について説明する。
この発明の更に他の実施例の構成を第3図に示す。こ
の第3図において、前出第5図に対応する部分には同一
の符号を付して重複説明を省略する。
第3図において、pnpトランジスタ(26)のエミッタ
と定電流源(27)との間にダイオード(28)が順方向に
介挿され、このダイオード(28)のアノードとpnpトラ
ンジスタ(22E)の第4の端子Q24とが接続される。その
余の構成は前出第5図と同様である。
第3図の実施例では、ダイオード(28)を介して、エ
ミッタホロワ構成のpnpトランジスタ(26)により、端
子Q22が低インピーダンスで駆動されるため、第2図の
実施例と同様に、接合容量Cj2の存在を無視することが
できる。
また、定電流源(27)に比べて、ダイオード(28)の
内部抵抗がきわめて小さいため、ダイオード(28)のア
ノード及びカソードの信号が等振幅となり、従って、ダ
イオード(28)のカソードにエミッタが接続される、コ
レクタ接地のpnpトランジスタ(26)のベースの信号が
ダイオード(28)のアノード信号と同位相等振幅とな
る。即ち、pnpトランジスタ(22E)のコレクタ端子Cと
第4の端子Q22とが同位相等振幅で駆動される。
これにより、第2図の実施例と同様に、寄生容量Cj1
の影響が除去されて、差動増幅器の周波数帯域を格段に
拡大することができる。
以上、この発明の縦型pnpトランジスタを増幅器に適
用した実施例について説明したが、上述の実施例に限ら
ず、アクティブフィルタ,サンプルホールド回路,マル
チバイブレータなどのように、高速動作が要望される各
種の回路に適用することができる。
〔発明の効果〕
以上詳述のように、この発明によれば、縦型pnpトラ
ンジスタのコレクタ領域を取り囲んで形成されたn型半
導体の埋め込み層から外部電極を取り出し、この外部電
極とコレクタ電極とを同位相で駆動するようにしたの
で、縦型pnpトランジスタのコレクタの寄生容量の影響
が除去され、周波数特性が向上した半導体回路装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による半導体回路装置の一実施例の構
成を示す断面図、第2図及び第3図はそれぞれこの発明
の他の実施例の構成を示す結線図、第4図及び第5図は
それぞれ従来の半導体回路装置の構成例を示す結線図、
第6図は他の従来例の構成を示す断面図である。 (14E),(22E),(30E)は縦型pnpトランジスタ、
(32)は埋め込み層、(34)はコレクタ領域、Cj1は寄
生容量、Q,Q14,Q22は外部取り出し電極である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p型半導体で形成されたエミッタ層の下部
    にn型半導体で形成されたベース層と、 このベース層の下部を取り囲んだp型半導体で形成され
    たコレクタ領域から成る縦型pnpトランジスタを含む半
    導体回路装置において、 上記縦型pnpトランジスタと他の素子とを分割するため
    に、上記コレクタ領域を取り囲んでn型半導体で形成さ
    れた埋込み層に外部取り出し電極を設け、上記コレクタ
    領域に接続されたコレクタ電極と上記外部取り出し電極
    を同位相で駆動することを特徴とする半導体回路装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体回路装置において、
    上記コレクタ電極と上記外部取り出し電極を同位相、等
    振幅で駆動することを特徴とする半導体回路装置。
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