JP3082248B2 - Semiconductor logic circuit device - Google Patents

Semiconductor logic circuit device

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JP3082248B2 JP02413361A JP41336190A JP3082248B2 JP 3082248 B2 JP3082248 B2 JP 3082248B2 JP 02413361 A JP02413361 A JP 02413361A JP 41336190 A JP41336190 A JP 41336190A JP 3082248 B2 JP3082248 B2 JP 3082248B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はI2 L(Integra
ted Injection Logic)を改良した
バイポーラトランジスタとMOSトランジスタの複合型
の半導体論理回路装置に関する。
The present invention relates to I 2 L (Integra)
The present invention relates to a combined semiconductor logic circuit device of a bipolar transistor and a MOS transistor with improved TED (Injection Logic).

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラLSIの集積度をMOS−L
SI並みに高めた技術として、I2 L(注入形ゲート)
が知られる。このI2 Lは、横型バイポーラトランジス
タにベースがバイアスされたマルチコレクタ型の縦型バ
イポーラトランジスタからなる論理回路であり、例えば
特公昭59−7245号公報には、前記I2 LをRSフ
リップフロップ回路に用いた例が記載される。
2. Description of the Related Art The integration degree of a bipolar LSI is MOS-L.
I 2 L (injection gate) as a technology that is as high as SI
Is known. This I 2 L is a logic circuit composed of a multi-collector vertical bipolar transistor whose base is biased to a horizontal bipolar transistor. For example, Japanese Patent Publication No. Sho 59-7245 discloses that the I 2 L is an RS flip-flop circuit. Are described.

【0003】図4は従来の典型的なI2 Lの構造を示
す。p型のシリコン基板1上にはn+ 型の埋め込み層2
とp型のカラー領域4に囲まれたn- 型のエピタキシャ
ル層3が形成される。n- 型のエピタキシャル層3の表
面には、縦型バイポーラトランジスタのベースBとなる
+ 型の不純物拡散領域5と、そのp+ 型の不純物拡散
領域5内に形成された複数のn+ 型の不純物拡散領域6
が形成される。n+ 型の不純物拡散領域6はマルチコレ
クタC1,2,C3 として機能する。p+ 型の不純物拡散
領域5と離間したエピタキシャル層3の表面には、p+
型の不純物拡散領域7が形成され、横型(ラテラル)バ
イポーラトランジスタのエミッタとして機能する。この
横型バイポーラトランジスタのベースは縦型バイポーラ
トランジスタのエミッタと共通とされ、縦型バイポーラ
トランジスタのベースは横型バイポーラトランジスタト
ランジスタのコレクタと共通とされる。上記埋め込み層
2は取り出し層8を介して取り出される。
FIG. 4 shows a conventional typical I 2 L structure. An n + -type buried layer 2 is formed on a p-type silicon substrate 1.
And n type epitaxial layer 3 surrounded by p type color region 4. On the surface of the n -type epitaxial layer 3, there are provided a p + -type impurity diffusion region 5 serving as a base B of the vertical bipolar transistor and a plurality of n + -type impurity diffusion regions 5 formed in the p + -type impurity diffusion region 5. Impurity diffusion region 6
Is formed. The n + type impurity diffusion region 6 functions as multi-collectors C 1, C 2 and C 3 . On the surface of the epitaxial layer 3 separated from the p + -type impurity diffusion region 5, p +
The impurity diffusion region 7 is formed and functions as an emitter of a lateral (lateral) bipolar transistor. The base of the lateral bipolar transistor is common to the emitter of the vertical bipolar transistor, and the base of the vertical bipolar transistor is common to the collector of the horizontal bipolar transistor. The buried layer 2 is extracted through an extraction layer 8.

【0004】図5は図4の装置の等価回路を示す。マル
チコレクタ型の縦型バイポーラトランジスタQ1のエミ
ッタは接地され、そのべースは横型バイポーラトランジ
スタQ2のコレクタに接続されるが、図4ではp+ 型の
不純物拡散領域5が共通に使用される。横型バイポーラ
トランジスタQ2のベースは接地され、そのエミッタI
NJは外部抵抗Rext を介して電流が供給される。横型
バイポーラトランジスタQ2からの電流が縦型バイポー
ラトランジスタQ1のベースに注入される時は、縦型バ
イポーラトランジスタQ1がオンとされる。
FIG. 5 shows an equivalent circuit of the device of FIG. The emitter of the multi-collector vertical bipolar transistor Q1 is grounded, and its base is connected to the collector of the horizontal bipolar transistor Q2. In FIG. 4, the p + -type impurity diffusion region 5 is commonly used. The base of the lateral bipolar transistor Q2 is grounded, and its emitter I
NJ is supplied with current through an external resistor Rext. When the current from the horizontal bipolar transistor Q2 is injected into the base of the vertical bipolar transistor Q1, the vertical bipolar transistor Q1 is turned on.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の構造のI
2 Lでは、横型バイポーラトランジスタのベースとなる
- 型のエピタキシャル層3は接地電圧に固定されるこ
とから、例えばインジェクターである横型バイポーラト
ランジスタからの注入電流を調整しようとする場合で
は、エミッタINJに外部抵抗Rext が必要となる。と
ころが、注入する電流量を変化させる場合では、外部抵
抗Rext を変化させることが必要となり、チップ上に抵
抗素子を設ける場合でもその抵抗分だけチップ上の面積
を占有してしまうことになる。そこで、本発明は、I2
Lを改良し、注入する電流の制御が容易とされる半導体
論理回路装置の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned conventional structure of I
In 2 L, the n -type epitaxial layer 3 serving as the base of the lateral bipolar transistor is fixed to the ground voltage. Therefore, for example, when the injection current from the lateral bipolar transistor as an injector is to be adjusted, the n -type epitaxial layer 3 is connected to the emitter INJ. An external resistor Rext is required. However, when the amount of current to be injected is changed, it is necessary to change the external resistance Rext. Even when a resistive element is provided on the chip, the area on the chip is occupied by the resistance. Therefore, the present invention provides I 2
It is an object of the present invention to provide a semiconductor logic circuit device in which L is improved and the control of the injected current is facilitated.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の半導体論理回路装置は、半導体基板に縦型
バイポーラトランジスタとMOSトランジスタが近接配
置して形成され、その縦型バイポーラトランジスタのベ
ースと上記MOSトランジスタのソース・ドレインの一
方が共通の不純物拡散領域からなり、上記縦型バイポー
ラトランジスタに注入される電流が上記MOSトランジ
スタにより制御されることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a semiconductor logic circuit device according to the present invention comprises a vertical bipolar transistor and a MOS transistor formed on a semiconductor substrate in close proximity to each other. One of a base and one of a source and a drain of the MOS transistor is formed of a common impurity diffusion region, and a current injected into the vertical bipolar transistor is controlled by the MOS transistor.

【0007】[0007]

【作用】本発明の半導体論理回路装置では、I2 Lの横
型バイポーラトランジスタの代わりにMOSトランジス
タが使用され、そのMOSトランジスタを介して縦型バ
イポーラトランジスタのベースへの電流の注入が行われ
る。MOSトランジスタは、ゲート電圧に応じてドレイ
ン−ソース間電流を制御できるため、注入電流の制御が
可能となる。
In the semiconductor logic circuit device of the present invention, a MOS transistor is used in place of the I 2 L horizontal bipolar transistor, and current is injected into the base of the vertical bipolar transistor via the MOS transistor. Since the MOS transistor can control the drain-source current according to the gate voltage, the injection current can be controlled.

【0008】[0008]

【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。図1は本実施例のデバイスの断面図である。
- 型のシリコン基板11上に、縦型バイポーラトラン
ジスタのエミッタの一部として機能する埋め込み層12
が形成される。この埋め込み層12はn+ 型の不純物拡
散領域からなる。この埋め込み層12上には、n- 型の
エピタキシャル層13が積層される。このn- 型のエピ
タキシャル層13には素子を囲むようにp+ 型の不純物
拡散領域からなるカラー領域14が形成され、埋め込み
層12からのエミッタ電極Emの取り出し用にn+ 型の
不純物拡散領域からなる取り出し領域15もn- 型のエ
ピタキシャル層13を貫通するように形成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of the device of the present embodiment.
A buried layer 12 functioning as a part of an emitter of a vertical bipolar transistor is formed on a p - type silicon substrate 11.
Is formed. This buried layer 12 is formed of an n + -type impurity diffusion region. On this buried layer 12, an n -type epitaxial layer 13 is laminated. A color region 14 composed of ap + -type impurity diffusion region is formed in the n -type epitaxial layer 13 so as to surround the element, and an n + -type impurity diffusion region for taking out the emitter electrode Em from the buried layer 12. The take-out region 15 is also formed to penetrate the n -type epitaxial layer 13.

【0009】このn- 型のエピタキシャル層13の表面
には、縦型バイポーラトランジスタのベースBとなり且
つpMOSトランジスタのドレインとして機能するp+
型の不純物拡散領域16が形成される。p+ 型の不純物
拡散領域16の表面には、p+ 型の不純物拡散領域16
の内側に3個のn+ 型の不純物拡散領域17が形成され
る。各n+ 型の不純物拡散領域17は縦型バイポーラト
ランジスタのコレクタとして機能し、コレクタ端子C1,
2,C3からなるマルチコレクタ構造となっている。
On the surface of the n -type epitaxial layer 13, p + serving as a base B of a vertical bipolar transistor and functioning as a drain of a pMOS transistor is provided.
A type impurity diffusion region 16 is formed. On the surface of the p + -type impurity diffusion region 16, p + -type impurity diffusion region 16
, Three n + -type impurity diffusion regions 17 are formed. Each n + type impurity diffusion region 17 functions as a collector of a vertical bipolar transistor, and has a collector terminal C 1,
It has a multi-collector structure composed of C 2 and C 3 .

【0010】n- 型のエピタキシャル層13の表面上で
且つp+ 型の不純物拡散領域16の端部に臨む位置に
は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極18が形成されて
いる。このゲート電極18は例えばポリシリコン層等か
らなる。このゲート電極18の下部のn- 型のエピタキ
シャル層13はチャンネル形成領域とされ、そのチャン
ネル形成領域を挟んで前記p+ 型の不純物拡散領域16
とp+ 型の不純物拡散領域19が対向する。このp+
の不純物拡散領域19は電流注入のためのMOSトラン
ジスタのソースINJとして機能する。すなわち、MO
Sトランジスタは、p+ 型の不純物拡散領域19とp+
型の不純物拡散領域16をソース,ドレインとし、ゲー
ト電極18の印加されるゲート電圧に応じてソース−ド
レイン間の電流量を可変とする。
A gate electrode 18 is formed on the surface of the n type epitaxial layer 13 and at a position facing the end of the p + type impurity diffusion region 16 via a gate insulating film. The gate electrode 18 is made of, for example, a polysilicon layer. The n -type epitaxial layer 13 below the gate electrode 18 serves as a channel formation region, and the p + -type impurity diffusion region 16 is sandwiched between the channel formation region.
And the p + -type impurity diffusion region 19 are opposed to each other. This p + -type impurity diffusion region 19 functions as a source INJ of a MOS transistor for current injection. That is, MO
The S transistor has a p + -type impurity diffusion region 19 and p +
The type impurity diffusion region 16 is used as a source and a drain, and the amount of current between the source and the drain is made variable according to the gate voltage applied to the gate electrode 18.

【0011】エピタキシャル層13上の全面には、絶縁
膜20が被覆される。この絶縁膜10は、p+ 型の不純
物拡散領域16,19上、n+ 型の不純物拡散領域17
上、及び取り出し領域15で開口され、それぞれ電極が
接続される構造とされる。図2は、本実施例のデバイス
の平面図であり、図2のI−I線断面が図1に該当す
る。図2に示すように、ゲート電極18を挟んでp+
の不純物拡散領域19とp+ 型の不純物拡散領域16が
対向したMOSトランジスタが、コレクタ端子C1,2,
3 の側部に配される構造とされる。
The entire surface of the epitaxial layer 13 is covered with an insulating film 20. The insulating film 10 is formed on the p + -type impurity diffusion regions 16 and 19 and on the n + -type impurity diffusion region 17.
An opening is formed in the upper region and in the extraction region 15, and the electrodes are connected to each other. FIG. 2 is a plan view of the device of this embodiment, and a cross section taken along line II of FIG. 2 corresponds to FIG. As shown in FIG. 2, the MOS transistor in which the p + -type impurity diffusion region 19 and the p + -type impurity diffusion region 16 face each other with the gate electrode 18 interposed therebetween is connected to the collector terminals C 1, C 2 ,
It is a structure that is disposed on the side of C 3.

【0012】図3は、本実施例のデバイスの等価回路図
である。コレクタ端子C1,2,C3 を有する縦型バイポ
ーラトランジスタQ1のエミッタ端子Emは接地されて
おり、そのベース端子Bが入力端子とされると共にpM
OSトランジスタM1のドレインに接続されている。p
MOSトランジスタM1のゲートには、注入電流量を可
変に制御するための電圧ΦGが供給される。pMOSト
ランジスタM1のソースには、所要の電流が供給される
が、前記ゲート電圧ΦGによって注入電流量を制御でき
るため、外部抵抗等は不要される。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the device of this embodiment. The emitter terminal Em of the vertical bipolar transistor Q1 having a collector terminal C 1, C 2, C 3 is grounded, pM with its base terminal B is an input terminal
It is connected to the drain of the OS transistor M1. p
The gate of the MOS transistor M1 is supplied with a voltage ΦG for variably controlling the amount of injected current. A required current is supplied to the source of the pMOS transistor M1, but since the amount of injected current can be controlled by the gate voltage ΦG, an external resistor or the like is not required.

【0013】このような構造を有する本実施例のデバイ
スでは、pMOSトランジスタM1のゲート電圧ΦGに
よって、バイポーラトランジスタQ1のベースに注入さ
れる電流量が制御されることになる。このためMOSト
ランジスタのソースINJに供給される電流を比較的自
由に選択することが可能となり、外部抵抗等は不要とな
る。そして、電流制御用の抵抗素子が不要となることか
ら、チップ上の面積も有効に活用することができて高集
積化が可能であり抵抗の発熱の問題も抑制される。一般
にMOSトランジスタの方がバイポーラトランジスタよ
りも微細化できる。従って、インジェクターとしてMO
Sトランジスタを採用することで高集積化に有利とな
り、横型バイポーラトランジスタにおけるベース電流損
失分もなくなる。また、使用していない時は、ゲート電
圧によってMOSトランジスタをオフ状態にすることが
でき、低消費電力とすることができる。また、チップを
バイCMOS化する際にMOSロジックよりもバイポー
ラトランジスタを有する分だけ共存させ易い。
In the device of this embodiment having such a structure, the amount of current injected into the base of the bipolar transistor Q1 is controlled by the gate voltage .PHI.G of the pMOS transistor M1. For this reason, the current supplied to the source INJ of the MOS transistor can be selected relatively freely, and no external resistance or the like is required. Since the resistance element for current control becomes unnecessary, the area on the chip can be effectively utilized, high integration can be achieved, and the problem of heat generation of the resistor can be suppressed. Generally, MOS transistors can be miniaturized more than bipolar transistors. Therefore, MO as an injector
The adoption of the S transistor is advantageous for high integration, and eliminates the base current loss in the lateral bipolar transistor. When not in use, the MOS transistor can be turned off by the gate voltage, and low power consumption can be achieved. Further, when the chip is formed into a bi-CMOS, it is easier to coexist with a bipolar transistor than a MOS logic because it has a bipolar transistor.

【0014】なお、上述の実施例は、MOSトランジス
タをpMOSトランジスタとし、縦型バイポーラトラン
ジスタをnpn型としたが、それぞれ逆の導電型で構成
することも可能である。
In the above-described embodiment, the MOS transistor is a pMOS transistor and the vertical bipolar transistor is an npn type.

【0015】本発明の半導体論理回路装置は、上述のよ
うにMOSトランジスタにより縦型バイポーラトランジ
スタのベースに注入される電流を制御する論理回路とな
っているため、その注入される電流を制御することが容
易であり、高集積化や低消費電力化、或いはベース電流
損失を抑えられる等の利点を有する。
Since the semiconductor logic circuit device of the present invention is a logic circuit for controlling the current injected into the base of the vertical bipolar transistor by the MOS transistor as described above, it is necessary to control the injected current. This is advantageous in that high integration, low power consumption, base current loss can be suppressed, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体論理回路装置の一例の要部断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an example of a semiconductor logic circuit device of the present invention.

【図2】上記一例の要部平面図である。FIG. 2 is a plan view of a main part of the example.

【図3】上記一例の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the above example.

【図4】従来のI2 Lの構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional I 2 L structure.

【図5】従来のI2 Lの等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a conventional I 2 L.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…シリコン基板 12…埋め込み層 13…エピタキシャル層 16…p+ 型の不純物拡散領域 17…n+ 型の不純物拡散領域 18…ゲート電極 19…p+ 型の不純物拡散領域 Q1…バイポーラトランジスタ M1…pMOSトランジスタDESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Silicon substrate 12 ... Embedding layer 13 ... Epitaxial layer 16 ... P + type impurity diffusion region 17 ... n + type impurity diffusion region 18 ... Gate electrode 19 ... P + type impurity diffusion region Q1 ... Bipolar transistor M1 ... pMOS Transistor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板に縦型バイポーラトランジス
タとMOSトランジスタが近接配置して形成され、その
縦型バイポーラトランジスタのベースと上記MOSトラ
ンジスタのソース・ドレインの一方が共通の不純物拡散
領域からなり、上記縦型バイポーラトランジスタに注入
される電流が上記MOSトランジスタにより制御される
ことを特徴とする半導体論理回路装置。
1. A vertical bipolar transistor and a MOS transistor are formed close to each other on a semiconductor substrate, and a base of the vertical bipolar transistor and one of a source and a drain of the MOS transistor are formed of a common impurity diffusion region. A semiconductor logic circuit device, wherein a current injected into a vertical bipolar transistor is controlled by the MOS transistor.
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