JP3271436B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エミッタホロワ回路を
有する半導体集積回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、従来の半導体集積回路装置につい
て、図3を参照しながら説明する。図3において、Q1
はエミッタフォロワをなすトランジスタ、Q2はトラン
ジスタQ 1のエミッタに接続される定電流源用のトラン
ジスタである。そして、ダイオード結線されたトランジ
スタQ3と、それとベースが接続されたトランジスタQ2
とで電流ミラー回路を構成する。抵抗R2,R3は、通
常、同一の抵抗値に設定され、基準電圧VRと抵抗
4,R3等の定数設定によって、エミッタフォロワ用ト
ランジスタの動作電流を設定する。そして、出力信号は
エミッタフォロワ用トランジスタのエミッタ出力端から
次段の内部回路の入力端に伝達される。トランジスタQ
1〜Q3は、半導体基板の主面に拡散技術を施すことによ
て、半導体基板(図示せず)の主面を画定し、トランジ
スタの島領域(図示せず)を形成する。トランジスタ同
士を分離する方法としては、PN接合分離技術、絶縁膜
による分離技術や溝分離技術等によって、横方向が絶縁
分離される。ただし、半導体基板とトランジスタの島領
域とはPN接合で分離され、たとえば、P形不純物の半
導体基板を接地し、N形の島領域が正電位になるように
して、PN接合の逆バイアスによって、半導体基板と島
領域との絶縁を保つ。
【0003】以上のように構成された半導体集積回路装
置について、以下その動作を説明する。
【0004】トランジスタQ1,Q2で構成されるエミッ
タフォロワ回路は、トランジスタQ 1のベースから入力
信号が入力され、トランジスタQ1のエミッタから出力
信号が取り出され、入出力間の利得が1で、低出力イン
ピーダンスで出力できることを特徴としている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来回路では、定電流源用のトランジスタQ2 のコレク
タをトランジスタQ1 のエミッタに直接接続するから、
トランジスタQ2 のコレクタとなる島領域と半導体基板
との間に、寄生の容量(コレクタ・半導体基板間容量C
CS)が存在するため、この寄生容量CCSがエミッタフォ
ロワ回路の高周波領域の伝達特性を低下させることが問
題であった。これについて、以下に説明する。
【0006】図4はトランジスタQ1のエミッタ回路を
交流的に表現した等価回路図である。トランジスタのエ
ミッタ側からみたインピーダンスは微分エミッタ抵抗r
eとして考えられ、トランジスタQ2のコレクタのインピ
ーダンスは無限大に近い高インピーダンスである。ま
た、内部回路の入力インピーダンスは、有限値のインピ
ーダンスであるが、少なくとも、微分エミッタ抵抗re
に比べてきわめて大きくなることが一般的である。そし
て、トランジスタQ2の寄生容量CCSが存在するから、
図4に示すような等価回路で伝達特性を考えればよい。
ここでCCSは、N型半導体であるQ2のコレクタと、P
型半導体である基板との間に生じる容量で、PN接合の
断面積をA、電子の電荷量をq(=1.6×10
-19C)、シリコンの誘電率をε(=1.04×10-12
F/cm)、N型材料の一定不純物濃度をND個/c
3、P型材料の一定不純物濃度をNA個/cm3、基板
接合ポテンシャルをΨ0、接合間の電圧をVDとすると次
のように表される。
【0007】 CCS=A{qεNAD/2(NA+ND)}0.5×(Ψ0−VD-0.5 …………(1) 特にエミッタフォロワ出力回路では比較的大きな信号振
幅を扱うため、コレクタおよびエミッタサイズの大きな
バイポーラトランジスタを用いるため、PN接合の断面
積Aが広くなり、寄生容量CCSも大きくなる。また微分
エミッタ抵抗r eは、ボルツマン定数をk(=1.38×
10-23J/K)、絶対温度をT、トランジスタQ1に流
れるエミッタ電流をIE1とすると次のように表される。
【0008】 re=kT/qIE1 …………(2) 図4に示されるように、微分エミッタ抵抗reと寄生容
量CCSで構成される回路の伝達関数H(jω)は次のよ
うになる。
【0009】 H(jω)=1/(1+jωCCSe) …………(3) この周波数特性を図5の破線32に示す。図5中の遮断周
波数fC2は、 fC2=1/2πCCSe …………(4) で表わされ、この遮断周波数fC2以上での利得A(f)
は、入力電圧をVIN、出力電圧をVOUTとすると、 A(f)=VOUT/VIN=1/(2πfCCSe) …………(5) となり、利得は6dB/octで減衰する。すなわち、
図3に示すエミッタフォロワ回路も同様の周波数特性と
なる。ところで、寄生容量CCSの値は、一般的に1×1
-13F程度の数値であるため、AMラジオ受信機やF
Mラジオ受信機等の受信信号を扱うエミッタフォロワ回
路ではほとんど影響はない。しかし、携帯電話や衛星放
送装置など、1GHz以上の高い周波数の信号を扱う回
路では寄生容量CCSの影響を無視することができない。
【0010】本発明は上記問題点を解決するもので、半
導体集積回路装置内に集積化されたエミッタフォロワ回
路の高周波領域の利得低下を軽減することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の半導体集積回路装置は、高周波の入力信号
を増幅するエミッタフォロワ用の第1のトランジスタ
と、定電流源用の第2のトランジスタと、抵抗体とが同
一基板上に形成されており、前記第1のトランジスタの
エミッタと前記第2のトランジスタのコレクタとの間に
前記抵抗体を接続し、前記抵抗体の前記第1のトランジ
スタ側の出力信号を次段の内部回路に入力し、前記内部
回路の出力端より出力信号を取り出すことを基本構成と
する。そして、一方は、前記抵抗体を幅4μm以下のも
のとし、他方は前記抵抗体をLOCOS絶縁膜の上に形
成された薄膜抵抗で構成している。
【0012】
【作用】この構成によって、第2のトランジスタのコレ
クタが抵抗を介して第1のトランジスタのエミッタに接
続されるため、第2のトランジスタに寄生するコレクタ
・半導体基板間容量が高周波領域で低インピーダンスに
なっても、第1のトランジスタのエミッタと接地間のイ
ンピーダンスが抵抗体の抵抗値以下にはならないから、
エミッタ出力端での利得の低下が小さくなる。よって、
第2のトランジスタの寄生容量による高周波領域の利得
低下を防止することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の半導体集積回路装置における
一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0014】図1は、本実施例における半導体集積回路
装置の回路図である。図1において、Q1はエミッタフ
ォロワをなすトランジスタ、Q2はトランジスタQ1のエ
ミッタに接続される定電流源用のトランジスタ、R1
抵抗体である。そして、ダイオード結線されたトランジ
スタQ3と、それとベース共通接続されたトランジスタ
2は電流ミラー回路をなし、抵抗R2,R3は、通常、
同一の抵抗値に設定され、基準電圧VRと抵抗R4,R3
等の定数設定によって、動作電流の設定がなされる。出
力信号はエミッタフォロワ用トランジスタのエミッタ出
力端から次段の内部回路に伝達される。トランジスタQ
1〜Q3は、半導体基板の主面に拡散技術を施すことによ
て、半導体基板(図示せず)の主面を画定し、トランジ
スタの島領域(図示せず)を形成する。トランジスタ同
士を分離する方法としては、PN接合分離技術、絶縁膜
による分離技術や溝分離技術等によって、横方向が絶縁
分離される。ただし、半導体基板とトランジスタの島領
域とはPN接合で分離され、たとえば、P形不純物の半
導体基板を接地し、N形の島領域が正電位になるように
して、PN接合の逆バイアスによって、半導体基板と島
領域との電気的絶縁を保つ訳である。
【0015】抵抗体R1は、たとえば、P形の半導体基
板(図示せず)の主面にトランジスタ用とは別に抵抗形
成用のN形島領域(図示せず)を形成し、そのN形島領
域中にP形不純物の拡散層(図示せず)を設け、その拡
散層を抵抗として用いることができる。この抵抗体をト
ランジスタのベース領域を形成するための拡散工程を用
いて製造する場合、抵抗体の寄生容量を最小とするため
に、抵抗幅を4μm以下とし、抵抗用の拡散層はエッチ
ング精度で定まる最小ルールの幅に近づけ、抵抗を形成
するための所要面積を最小限にするのが好ましい。ま
た、不純物濃度の少ないP形ウエル層を用いれば、ベー
ス拡散工程で形成される抵抗よりもシート抵抗を高くす
ることができ、抵抗体の長さと面積を小さくすることが
でき、寄生容量を希少なものにすることができる。
【0016】以上のように構成された半導体集積回路装
置について、以下その動作を説明する。
【0017】図1において、トランジスタQ1の微分エ
ミッタ抵抗reと、トランジスタQ2の寄生容量CCSおよ
び抵抗体R1により、等価的に図2のような回路で表現
できる。この回路の入出力の伝達関数H(jω)は次の
ようになる。
【0018】 H(jω)=(1+jωCCS1)/{1+jωCCS(re+R1)} …………(6) そして、その周波数特性は図5の実線31のようにな
る。図に示すように遮断周波数fC1、ゼロ点周波数fZ
は、 fC1=1/2πCCS(re+R1) …………(7) fZ=1/2πCCS1 …………(8) となり、従来例(図5の破線32)と比較して遮断周波数
は低くなる。しかし、入力電圧をVIN、出力電圧をV
OUTとすると、fZ以上の周波数での入出力間の利得A
(f)は、 A(f)=VOUT/VIN=R1/(re+R1) …………(9) となり、周波数に依存せずに一定となる。そのため、従
来例の利得と、本実施例の利得とが交差する周波数をf
Pとすると、 fP=(re+R1)/(2πCCSe1) …………(10) となり、fP以上の周波数で本実施例の利得が高くな
る。そして、re≪R1となるように設定すれば、低域周
波数から高域周波数まで、A(f)≒1にすることがで
きる。そして、抵抗体R1の抵抗値は、微分エミッタ抵
抗reの3倍以上であれば、高周波領域の利得を持ち上
げる効果が十分に期待でき、10倍以上であれば、低域
周波数の利得に対する高域周波数の利得の低下を1dB
以下にすることができる。
【0019】なお、拡散層で形成される抵抗体の例で説
明してきたが、半導体基板の主面上に形成された絶縁膜
上に薄膜を形成して、抵抗体として用いても良い。薄膜
抵抗の材質としては、多結晶シリコンに不純物を添加し
たものでも良く、ニクロムやクロム等の金属膜を用いて
も良い。このような薄膜抵抗を用いた場合は、電気的絶
縁が絶縁膜によってなされるから、上述の拡散抵抗に比
べて一般的に、抵抗体自身の寄生容量を小さくできる。
特に、この薄膜抵抗をLOCOSのように厚い絶縁膜上
に形成すると、極めて良好な結果が得られる。
【0020】
【発明の効果】本発明の半導体集積回路装置は、エミッ
タフォロワ用のトランジスタのエミッタと、定電流源用
のトランジスタのコレクタとの間に抵抗体が挿入される
から、エミッタ出力における接地電位との間のインピー
ダンスが高周波領域で低下することを制限し、高周波領
域での利得低下を軽減できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体集積回路装置における一実施例
の回路図
【図2】図1に示した回路においてエミッタ出力側から
みた等価回路図
【図3】従来例の回路構成図
【図4】図3に示した回路においてエミッタ出力側から
みた等価回路図
【図5】本発明と従来例とを比較するための周波数特性
の骨格ボード線図
【符号の説明】
1〜Q3 トランジスタ R1〜R4 抵抗 VR 基準電圧源 CCS コレクタ・半導体基板間の寄生容量 IN 入力端子 OUT 出力端子 11,12 内部回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波の入力信号を増幅するエミッタフ
    ォロワ用の第1のトランジスタと、定電流源用の第2の
    トランジスタと、幅4μm以下の抵抗体とが同一基板上
    に形成されており、前記第1のトランジスタのエミッタ
    と前記第2のトランジスタのコレクタとの間に前記抵抗
    体を接続し、前記抵抗体の前記第1のトランジスタ側の
    出力信号を次段の内部回路に入力することを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 高周波の入力信号を増幅するエミッタフ
    ォロワ用の第1のトランジスタと、定電流源用の第2の
    トランジスタと、LOCOS絶縁膜の上に形成された薄
    抵抗体とが同一基板上に形成されており、前記第1の
    トランジスタのエミッタと前記第2のトランジスタのコ
    レクタとの間に前記薄膜抵抗体を接続し、前記薄膜抵抗
    体の前記第1のトランジスタ側の出力信号を次段の内部
    回路に入力することを特徴とする半導体集積回路装置。
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