JP3367500B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
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-
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
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- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
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- H01L29/732—Vertical transistors
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は集積回路の電源回路
等として使用される基準電圧源回路に好適な半導体装置
に関し、特に、基準電圧源回路に適用した場合の基準電
圧出力の安定化を図った半導体装置に関する。
等として使用される基準電圧源回路に好適な半導体装置
に関し、特に、基準電圧源回路に適用した場合の基準電
圧出力の安定化を図った半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、基準電圧源回路を半導体装置に設
ける場合、素子の相対精度及び抵抗の絶対値精度を高く
する必要があるため、基準電圧源回路は、主としてアナ
ログ回路に多用されているバイポーラプロセスによって
製造されることが多かった。これは、基準電圧源回路が
必要とされるのはアナログ回路なので、バイポーラプロ
セスを使用せざるを得なかったからでもある。
ける場合、素子の相対精度及び抵抗の絶対値精度を高く
する必要があるため、基準電圧源回路は、主としてアナ
ログ回路に多用されているバイポーラプロセスによって
製造されることが多かった。これは、基準電圧源回路が
必要とされるのはアナログ回路なので、バイポーラプロ
セスを使用せざるを得なかったからでもある。
【0003】しかし、近時、デジタル回路において使用
されていたCMOSプロセスにおいても、回路の集積化
にともなってアナログ回路が内蔵されるようになってき
た。このため、基準電圧源回路がCMOSプロセスに取
り込まれる必要性が生じている。
されていたCMOSプロセスにおいても、回路の集積化
にともなってアナログ回路が内蔵されるようになってき
た。このため、基準電圧源回路がCMOSプロセスに取
り込まれる必要性が生じている。
【0004】図8は従来の基準電圧源回路を示す回路図
である。従来の基準電圧源回路には、コレクタ及びベー
スが接地された2個のPNPトランジスタ群GQ31及
びQ32が設けられている。PNPトランジスタ群GQ
32のエミッタには、抵抗素子RE33及び抵抗素子R
E32がこの順で直列に接続されている。また、PNP
トランジスタ群GQ31のエミッタには、抵抗素子RE
31が接続されている。そして、PNPトランジスタ群
GQ31のエミッタと抵抗素子RE31との接続点及び
抵抗素子RE32と抵抗素子RE33との接続点には、
増幅器AMP31の入力側が接続されている。抵抗素子
RE32の他端と抵抗素子RE31の他端とが共通接続
されており、その接続点は増幅器AMP31の出力側に
接続されている。そして、増幅器AMP31の出力側に
は、電圧出力端子OUT31が接続されている。なお、
増幅器AMP31はCMOSトランジスタ等から構成さ
れている。
である。従来の基準電圧源回路には、コレクタ及びベー
スが接地された2個のPNPトランジスタ群GQ31及
びQ32が設けられている。PNPトランジスタ群GQ
32のエミッタには、抵抗素子RE33及び抵抗素子R
E32がこの順で直列に接続されている。また、PNP
トランジスタ群GQ31のエミッタには、抵抗素子RE
31が接続されている。そして、PNPトランジスタ群
GQ31のエミッタと抵抗素子RE31との接続点及び
抵抗素子RE32と抵抗素子RE33との接続点には、
増幅器AMP31の入力側が接続されている。抵抗素子
RE32の他端と抵抗素子RE31の他端とが共通接続
されており、その接続点は増幅器AMP31の出力側に
接続されている。そして、増幅器AMP31の出力側に
は、電圧出力端子OUT31が接続されている。なお、
増幅器AMP31はCMOSトランジスタ等から構成さ
れている。
【0005】PNPトランジスタ群GQ31及びGQ3
2は、いずれも複数個のPNPトランジスタから構成さ
れている。図9はPNPトランジスタ群GQ31及びG
Q32を構成するPNPトランジスタの配置を示すレイ
アウト図である。以下、この図9に記載の基準電圧源回
路を第1の従来例という。
2は、いずれも複数個のPNPトランジスタから構成さ
れている。図9はPNPトランジスタ群GQ31及びG
Q32を構成するPNPトランジスタの配置を示すレイ
アウト図である。以下、この図9に記載の基準電圧源回
路を第1の従来例という。
【0006】図9に示すように、PNPトランジスタ群
GQ31は、縦方向に配列した3個のPNPトランジス
タQ111乃至Q113から構成され、PNPトランジ
スタGQ32は、3行3列に配列した9個のPNPトラ
ンジスタQ121乃至Q129から構成されている。そ
して、PNPトランジスタQ111乃至Q113及びQ
121乃至Q129においては、エミッタ103の中心
にエミッタ電極106が接続されている。エミッタ10
3の周囲にベース102が形成され、ベース102内の
エミッタ103からみて行方向両側方にベース電極10
7が接続されている。コレクタ101は各PNPトラン
ジスタに共通であり、各PNPトランジスタのベース1
02からみて行方向両側方にコレクタ電極108が接続
されている。なお、各PNPトランジスタのエミッタ面
積は共通しており、PNPトランジスタ群GQ32に
は、9個のPNPトランジスタQ121乃至Q129が
含まれているのに対し、PNPトランジスタ群GQ31
には、3個のPNPトランジスタQ111乃至Q113
が含まれているので、PNPトランジスタ群GQ32の
総エミッタ面積は、PNPトランジスタ群GQ31のそ
れの3倍となっている。
GQ31は、縦方向に配列した3個のPNPトランジス
タQ111乃至Q113から構成され、PNPトランジ
スタGQ32は、3行3列に配列した9個のPNPトラ
ンジスタQ121乃至Q129から構成されている。そ
して、PNPトランジスタQ111乃至Q113及びQ
121乃至Q129においては、エミッタ103の中心
にエミッタ電極106が接続されている。エミッタ10
3の周囲にベース102が形成され、ベース102内の
エミッタ103からみて行方向両側方にベース電極10
7が接続されている。コレクタ101は各PNPトラン
ジスタに共通であり、各PNPトランジスタのベース1
02からみて行方向両側方にコレクタ電極108が接続
されている。なお、各PNPトランジスタのエミッタ面
積は共通しており、PNPトランジスタ群GQ32に
は、9個のPNPトランジスタQ121乃至Q129が
含まれているのに対し、PNPトランジスタ群GQ31
には、3個のPNPトランジスタQ111乃至Q113
が含まれているので、PNPトランジスタ群GQ32の
総エミッタ面積は、PNPトランジスタ群GQ31のそ
れの3倍となっている。
【0007】このように構成された従来の基準電圧源回
路においては、抵抗素子RE31及びRE32の抵抗値
をy、抵抗素子RE33の抵抗値をx、PNPトランジ
スタ群GQ31のエミッタ・ベース間電圧をVEBGQ
31、PNPトランジスタ群GQ31の総エミッタ面積
をM、PNPトランジスタ群GQ32の総エミッタ面積
をN、ボルツマン係数をk、動作時の絶対温度をT、電
気素量をqとすると、出力される基準電圧Voutは、
下記数式1で表される。
路においては、抵抗素子RE31及びRE32の抵抗値
をy、抵抗素子RE33の抵抗値をx、PNPトランジ
スタ群GQ31のエミッタ・ベース間電圧をVEBGQ
31、PNPトランジスタ群GQ31の総エミッタ面積
をM、PNPトランジスタ群GQ32の総エミッタ面積
をN、ボルツマン係数をk、動作時の絶対温度をT、電
気素量をqとすると、出力される基準電圧Voutは、
下記数式1で表される。
【0008】
【数1】
【0009】このように、基準電圧Voutは、抵抗素
子間の抵抗値比(y/x)及びトランジスタ間の総エミ
ッタ面積比(N/M)により変動する。従って、抵抗値
x及びy並びに総エミッタ面積N及びMの絶対値が変動
したとしても、それらの比が変動しなければ、基準電圧
Voutは安定する。このような状況において、第1の
従来例では、トランジスタ群Q31及びQ32が複数個
のトランジスタから構成されているので、その中のいく
つかに精度が低いものがあったとしても、全体的な相対
精度への影響が小さい。このため、前述のように、基準
電圧Voutは安定する。従って、トランジスタ群を複
数個のトランジスタから構成することにより、基準電圧
が安定した基準電圧源回路を製造しやすくなる。
子間の抵抗値比(y/x)及びトランジスタ間の総エミ
ッタ面積比(N/M)により変動する。従って、抵抗値
x及びy並びに総エミッタ面積N及びMの絶対値が変動
したとしても、それらの比が変動しなければ、基準電圧
Voutは安定する。このような状況において、第1の
従来例では、トランジスタ群Q31及びQ32が複数個
のトランジスタから構成されているので、その中のいく
つかに精度が低いものがあったとしても、全体的な相対
精度への影響が小さい。このため、前述のように、基準
電圧Voutは安定する。従って、トランジスタ群を複
数個のトランジスタから構成することにより、基準電圧
が安定した基準電圧源回路を製造しやすくなる。
【0010】また、各電極の数が少なく抑えられている
ので、チップ上の占有面積が小さい。
ので、チップ上の占有面積が小さい。
【0011】なお、図9に示すようなPNPトランジス
タの配置は、例えば、文献「A Precision Curvature-Co
mpensated CMOS Bandgap Reference(引用:P634-643 I
EEEJURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. SC-18, No.
6, DECEMBER 1983)に記載されている。この文献に記
載された基準電圧源回路においては、直流的な動作のず
れを補正するために外部に別途抵抗素子が設けられてい
る。
タの配置は、例えば、文献「A Precision Curvature-Co
mpensated CMOS Bandgap Reference(引用:P634-643 I
EEEJURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. SC-18, No.
6, DECEMBER 1983)に記載されている。この文献に記
載された基準電圧源回路においては、直流的な動作のず
れを補正するために外部に別途抵抗素子が設けられてい
る。
【0012】また、例えば、文献「A Precision CMOS B
andgap Reference(引用:IEEE JOURNAL OF SOLID-STAT
E CIRCUITS, VOL, SC-19, No. 6, DECEMBER 1984 P1014
-1021)」に、列方向に配列した複数個のトランジスタ
の間でコレクタを共有する構造の基準電圧源回路が記載
されている。以下、この従来の基準電圧源回路を第2の
従来例という。図10は第2の従来例に係る基準電圧源
回路を示すレイアウト図である。
andgap Reference(引用:IEEE JOURNAL OF SOLID-STAT
E CIRCUITS, VOL, SC-19, No. 6, DECEMBER 1984 P1014
-1021)」に、列方向に配列した複数個のトランジスタ
の間でコレクタを共有する構造の基準電圧源回路が記載
されている。以下、この従来の基準電圧源回路を第2の
従来例という。図10は第2の従来例に係る基準電圧源
回路を示すレイアウト図である。
【0013】第2の従来例には、2個のトランジスタ群
GQ41及びGQ42が設けられている。トランジスタ
群GQ41は、列をなす5個のトランジスタQ131乃
至Q135から構成され、トランジスタ群GQ42は、
5行5列に配列した25個のトランジスタQ141乃至
Q165から構成されている。従って、トランジスタ群
GQ41及びGQ42間の総エミッタ面積比は、1:5
となる。
GQ41及びGQ42が設けられている。トランジスタ
群GQ41は、列をなす5個のトランジスタQ131乃
至Q135から構成され、トランジスタ群GQ42は、
5行5列に配列した25個のトランジスタQ141乃至
Q165から構成されている。従って、トランジスタ群
GQ41及びGQ42間の総エミッタ面積比は、1:5
となる。
【0014】なお、上記文献には各トランジスタの電極
位置等の具体的な構成についての説明はないため、明確
ではないが、列をなす5個のトランジスタ間でコレクタ
111が共有され、1列の群内ではベース電極117と
エミッタ電極116とが交互に配置されているものと考
えられる。
位置等の具体的な構成についての説明はないため、明確
ではないが、列をなす5個のトランジスタ間でコレクタ
111が共有され、1列の群内ではベース電極117と
エミッタ電極116とが交互に配置されているものと考
えられる。
【0015】また、特開平6−151705号公報に
は、平面視で正方形状の複数個のトランジスタから構成
されたトランジスタ群を設けたバンドギャップ電圧発生
回路が開示されている。以下、この従来のバンドギャッ
プ電圧発生回路を第3の従来例という。
は、平面視で正方形状の複数個のトランジスタから構成
されたトランジスタ群を設けたバンドギャップ電圧発生
回路が開示されている。以下、この従来のバンドギャッ
プ電圧発生回路を第3の従来例という。
【0016】第3の従来例においては、正方形状の4個
のトランジスタが格子状に正方形をなすように配列され
ている。なお、コレクタ及びベースは4個のトランジス
タ間で共有されている。
のトランジスタが格子状に正方形をなすように配列され
ている。なお、コレクタ及びベースは4個のトランジス
タ間で共有されている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
従来例においては、個々のトランジスタについてみる
と、ベース及びコレクタに寄生する抵抗が大きいため、
トランジスタ群GQ31及びGQ32を理想状態に近い
状態で動作させるためには抵抗素子RE31及びRE3
2を大きくしてトランジスタ群GQ31及びGQ32に
流れる電流を小さくする必要があるという問題点があ
る。即ち、抵抗素子RE31及びRE32を大きくする
と、これらの抵抗素子の抵抗値に比例して発生する熱雑
音も大きくなってしまう。また、半導体チップの封止工
程等によって、図9の横方向に方向性をもった大きな応
力が作用して、半導体チップ表面に歪みを生じることが
ある。この歪みは、半導体装置の断面方向に働き、同様
に深さ方向にPNPトランジスタを形成させたトランジ
スタ群GQ31及びGQ32はこの歪みに影響され相対
精度が悪化しやすい。特に、この方向性のある歪み応力
分布と同一の方向に長くなるようにトランジスタ群GQ
31及びGQ32を配置した場合には、出力電圧及び温
度特性がより変動しやすいという問題点もある。従っ
て、これを組み込んだ半導体チップを設計する際には、
このような特性の異方性を考慮する必要があり、設計上
のマージンが狭い。
従来例においては、個々のトランジスタについてみる
と、ベース及びコレクタに寄生する抵抗が大きいため、
トランジスタ群GQ31及びGQ32を理想状態に近い
状態で動作させるためには抵抗素子RE31及びRE3
2を大きくしてトランジスタ群GQ31及びGQ32に
流れる電流を小さくする必要があるという問題点があ
る。即ち、抵抗素子RE31及びRE32を大きくする
と、これらの抵抗素子の抵抗値に比例して発生する熱雑
音も大きくなってしまう。また、半導体チップの封止工
程等によって、図9の横方向に方向性をもった大きな応
力が作用して、半導体チップ表面に歪みを生じることが
ある。この歪みは、半導体装置の断面方向に働き、同様
に深さ方向にPNPトランジスタを形成させたトランジ
スタ群GQ31及びGQ32はこの歪みに影響され相対
精度が悪化しやすい。特に、この方向性のある歪み応力
分布と同一の方向に長くなるようにトランジスタ群GQ
31及びGQ32を配置した場合には、出力電圧及び温
度特性がより変動しやすいという問題点もある。従っ
て、これを組み込んだ半導体チップを設計する際には、
このような特性の異方性を考慮する必要があり、設計上
のマージンが狭い。
【0018】更に、この構造を採用した上記文献では、
ベース部分に寄生する抵抗によるPNPトランジスタ特
性のずれを補償させるため、別途抵抗素子が設けられて
いる。この補償のための抵抗素子を構成するため、チッ
プ面積が更に大きくなってしまう面もある。
ベース部分に寄生する抵抗によるPNPトランジスタ特
性のずれを補償させるため、別途抵抗素子が設けられて
いる。この補償のための抵抗素子を構成するため、チッ
プ面積が更に大きくなってしまう面もある。
【0019】また、第2の従来例においても、ベース及
びコレクタに寄生する抵抗が大きいため、これに伴って
抵抗素子における熱雑音が大きくなるという問題点があ
る。また、列をなす5個のトランジスタについて1個の
コレクタ電極が設けられているので、各トランジスタか
らみたコレクタに寄生する抵抗が互いに異なっており、
抵抗値間の相対精度を確保しにくい。この結果、理想状
態から外れたトランジスタが多く存在して所定の基準電
圧出力を得られない虞がある。更に、第1の従来例と同
様に、歪みが生じる方向によっては出力電圧及び温度特
性が大きく変動する虞があり、これを考慮して半導体チ
ップの設計を行う必要がある。従って、上述のように、
設計上のマージンが狭いという問題点もある。
びコレクタに寄生する抵抗が大きいため、これに伴って
抵抗素子における熱雑音が大きくなるという問題点があ
る。また、列をなす5個のトランジスタについて1個の
コレクタ電極が設けられているので、各トランジスタか
らみたコレクタに寄生する抵抗が互いに異なっており、
抵抗値間の相対精度を確保しにくい。この結果、理想状
態から外れたトランジスタが多く存在して所定の基準電
圧出力を得られない虞がある。更に、第1の従来例と同
様に、歪みが生じる方向によっては出力電圧及び温度特
性が大きく変動する虞があり、これを考慮して半導体チ
ップの設計を行う必要がある。従って、上述のように、
設計上のマージンが狭いという問題点もある。
【0020】更に、第3の従来例においては、コレクタ
及びベースが4個のトランジスタ間で共有されているの
で、トランジスタ間でベースに寄生する抵抗が互いに異
なっている。このため、第2の従来例と同様に、理想状
態から外れたトランジスタが多く存在して所定の基準電
圧出力を得られない虞がある。また、コレクタ及びベー
スに寄生する抵抗の低減も十分ではない。
及びベースが4個のトランジスタ間で共有されているの
で、トランジスタ間でベースに寄生する抵抗が互いに異
なっている。このため、第2の従来例と同様に、理想状
態から外れたトランジスタが多く存在して所定の基準電
圧出力を得られない虞がある。また、コレクタ及びベー
スに寄生する抵抗の低減も十分ではない。
【0021】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、基準電圧源回路に適用する場合に、設計上
の制約を低減することができ、また、抵抗素子で発生す
る熱雑音を低減することができる半導体装置を提供する
ことを目的とする。
のであって、基準電圧源回路に適用する場合に、設計上
の制約を低減することができ、また、抵抗素子で発生す
る熱雑音を低減することができる半導体装置を提供する
ことを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、縦方向の配列数と横方向の配列数とが一致する正方
形状の格子状に配列された複数個のバイポーラトランジ
スタを有し、このバイポーラトランジスタは、第1導電
型のコレクタ層と、このコレクタ層の表面に形成され形
状が平面視で正方形である第2導電型のベース層と、こ
のベース層の表面における中心に形成され形状が平面視
で正方形である第1導電型のエミッタ層と、このエミッ
タ層に接続された1又は2以上のエミッタ電極と、前記
ベース層に接続され前記エミッタ電極の四方を取り囲む
ようにして設けられた1又は2以上のベース電極と、前
記コレクタ層に接続され前記ベース電極の四方を取り囲
むようにして設けられたコレクタ電極と、を有し、全て
の前記バイポーラトランジスタの前記コレクタ層は単一
の半導体層から構成されていることを特徴とする。
は、縦方向の配列数と横方向の配列数とが一致する正方
形状の格子状に配列された複数個のバイポーラトランジ
スタを有し、このバイポーラトランジスタは、第1導電
型のコレクタ層と、このコレクタ層の表面に形成され形
状が平面視で正方形である第2導電型のベース層と、こ
のベース層の表面における中心に形成され形状が平面視
で正方形である第1導電型のエミッタ層と、このエミッ
タ層に接続された1又は2以上のエミッタ電極と、前記
ベース層に接続され前記エミッタ電極の四方を取り囲む
ようにして設けられた1又は2以上のベース電極と、前
記コレクタ層に接続され前記ベース電極の四方を取り囲
むようにして設けられたコレクタ電極と、を有し、全て
の前記バイポーラトランジスタの前記コレクタ層は単一
の半導体層から構成されていることを特徴とする。
【0023】本発明においては、エミッタ電極がベース
電極に取り囲まれ、ベース電極がコレクタ電極に取り囲
まれるので、ベース及びコレクタに寄生する抵抗は、従
来のものと比して等方的である。このため、これらの寄
生抵抗のばらつきが小さくなる。また、これらの寄生抵
抗の総抵抗値も低減される。従って、広い設計マージン
を確保することができると共に、基準電圧源回路に適用
する場合には、このバイポーラトランジスタに接続され
る抵抗素子の抵抗値を小さくすることができ、この結
果、熱雑音が低減される。
電極に取り囲まれ、ベース電極がコレクタ電極に取り囲
まれるので、ベース及びコレクタに寄生する抵抗は、従
来のものと比して等方的である。このため、これらの寄
生抵抗のばらつきが小さくなる。また、これらの寄生抵
抗の総抵抗値も低減される。従って、広い設計マージン
を確保することができると共に、基準電圧源回路に適用
する場合には、このバイポーラトランジスタに接続され
る抵抗素子の抵抗値を小さくすることができ、この結
果、熱雑音が低減される。
【0024】なお、前記ベース層及びエミッタ層の形状
は平面視で正方形であり、前記エミッタ層は前記ベース
層の中心に設けられている。このような形状及び配置と
することにより、バイポーラトランジスタの等方性が向
上する。
は平面視で正方形であり、前記エミッタ層は前記ベース
層の中心に設けられている。このような形状及び配置と
することにより、バイポーラトランジスタの等方性が向
上する。
【0025】また、前記バイポーラトランジスタを複数
個有し、前記各バイポーラトランジスタの前記コレクタ
層は単一の半導体層から構成されている。このような構
成とすることにより、高いエミッタ面積の相対精度を確
保することができ、基準電圧源回路に適用したときに安
定した基準電圧出力を得やすくなる。
個有し、前記各バイポーラトランジスタの前記コレクタ
層は単一の半導体層から構成されている。このような構
成とすることにより、高いエミッタ面積の相対精度を確
保することができ、基準電圧源回路に適用したときに安
定した基準電圧出力を得やすくなる。
【0026】更に、前記複数個のバイポーラトランジス
タは、格子状に配列されており、前記複数個のバイポー
ラトランジスタは、その縦方向に配列した個数と横方向
に配列した個数とが一致しており、正方形状に配列され
ている。正方形状の配列とすることにより、チップ上に
おいても高い等方性を得ることができる。
タは、格子状に配列されており、前記複数個のバイポー
ラトランジスタは、その縦方向に配列した個数と横方向
に配列した個数とが一致しており、正方形状に配列され
ている。正方形状の配列とすることにより、チップ上に
おいても高い等方性を得ることができる。
【0027】更にまた、前記複数個のバイポーラトラン
ジスタは2以上の群に区分けされ、各群内で、前記コレ
クタ電極同士が共通接続され、前記ベース電極同士が共
通接続され、前記エミッタ電極同士が共通接続されてい
てもよい。このとき、正方形状に配列した前記複数個の
バイポーラトランジスタを前記正方形の一方の対角線で
区画したとき、この対角線を対称軸として各群に区分け
されたバイポーラトランジスタが線対称に配列している
ことが望ましい。少なくともその対角線から45゜傾斜
した2方向においては、等方性を確保することが可能と
なる。
ジスタは2以上の群に区分けされ、各群内で、前記コレ
クタ電極同士が共通接続され、前記ベース電極同士が共
通接続され、前記エミッタ電極同士が共通接続されてい
てもよい。このとき、正方形状に配列した前記複数個の
バイポーラトランジスタを前記正方形の一方の対角線で
区画したとき、この対角線を対称軸として各群に区分け
されたバイポーラトランジスタが線対称に配列している
ことが望ましい。少なくともその対角線から45゜傾斜
した2方向においては、等方性を確保することが可能と
なる。
【0028】また、前記バイポーラトランジスタは、基
準電圧源回路に組み込まれてもよい。
準電圧源回路に組み込まれてもよい。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る基準
電圧源回路について、添付の図面を参照して具体的に説
明する。
電圧源回路について、添付の図面を参照して具体的に説
明する。
【0030】本発明の第1の実施例に係る基準電圧源回
路は、図8に示す従来のものと同様の回路構成を有して
いるが、PNPトランジスタ群を構成するPNPトラン
ジスタの配置が従来のものと相違する。図1は本発明の
第1の実施例に係る基準電圧源回路を示す回路図であ
る。図2は第1の実施例におけるPNPトランジスタ群
GQ1及びGQ2を構成するPNPトランジスタの配置
を示すレイアウト図、図3は図2のA−A線による断面
図である。
路は、図8に示す従来のものと同様の回路構成を有して
いるが、PNPトランジスタ群を構成するPNPトラン
ジスタの配置が従来のものと相違する。図1は本発明の
第1の実施例に係る基準電圧源回路を示す回路図であ
る。図2は第1の実施例におけるPNPトランジスタ群
GQ1及びGQ2を構成するPNPトランジスタの配置
を示すレイアウト図、図3は図2のA−A線による断面
図である。
【0031】本実施例の基準電圧源回路には、図1に示
すように、コレクタ及びベースが接地された2個のPN
Pトランジスタ群GQ1及びGQ2が設けられている。
PNPトランジスタ群GQ2のエミッタには、抵抗素子
RE3及び抵抗素子RE2がこの順で直列に接続されて
いる。また、PNPトランジスタ群GQ1のエミッタに
は、抵抗素子RE1が接続されている。そして、PNP
トランジスタ群GQ1のエミッタと抵抗素子RE1との
接続点及び抵抗素子RE2と抵抗素子RE3との接続点
には、増幅器AMP1の入力側が接続されている。抵抗
素子RE2の他端と抵抗素子RE1の他端とが共通接続
されており、その接続点は、増幅器AMP1の出力側に
接続されている。そして、増幅器AMP1の出力側に
は、電圧出力端子OUT1が接続されている。なお、増
幅器AMP1はCMOSトランジスタ等から構成されて
いる。
すように、コレクタ及びベースが接地された2個のPN
Pトランジスタ群GQ1及びGQ2が設けられている。
PNPトランジスタ群GQ2のエミッタには、抵抗素子
RE3及び抵抗素子RE2がこの順で直列に接続されて
いる。また、PNPトランジスタ群GQ1のエミッタに
は、抵抗素子RE1が接続されている。そして、PNP
トランジスタ群GQ1のエミッタと抵抗素子RE1との
接続点及び抵抗素子RE2と抵抗素子RE3との接続点
には、増幅器AMP1の入力側が接続されている。抵抗
素子RE2の他端と抵抗素子RE1の他端とが共通接続
されており、その接続点は、増幅器AMP1の出力側に
接続されている。そして、増幅器AMP1の出力側に
は、電圧出力端子OUT1が接続されている。なお、増
幅器AMP1はCMOSトランジスタ等から構成されて
いる。
【0032】なお、抵抗素子RE1の抵抗値はR1、抵
抗素子RE2の抵抗値はR2、抵抗素子RE3の抵抗値
はR3であり、抵抗値R1と抵抗値R2とが等しく、こ
れらに温度変動は生じない。PNPトランジスタ群GQ
1のエミッタ接合面積はM、PNPトランジスタ群GQ
2のエミッタ接合面積はNである。また、増幅器AMP
1の利得は無限であり、その入力リーク電流値及び出力
抵抗は0であり、その差動入力オフセットはない。更
に、PNPトランジスタ群GQ1及びGQ2のベース電
流はコレクタ電流と比して無視できるほど小さいもので
ある。
抗素子RE2の抵抗値はR2、抵抗素子RE3の抵抗値
はR3であり、抵抗値R1と抵抗値R2とが等しく、こ
れらに温度変動は生じない。PNPトランジスタ群GQ
1のエミッタ接合面積はM、PNPトランジスタ群GQ
2のエミッタ接合面積はNである。また、増幅器AMP
1の利得は無限であり、その入力リーク電流値及び出力
抵抗は0であり、その差動入力オフセットはない。更
に、PNPトランジスタ群GQ1及びGQ2のベース電
流はコレクタ電流と比して無視できるほど小さいもので
ある。
【0033】また、PNPトランジスタ群GQ1及びG
Q2は、例えば総計で9個のPNPトランジスタQ1
1、Q12及びQ21乃至Q27から構成されている。
これらのPNPトランジスタは、縦方向に3個、横方向
に3個並んだ正方形状に配置されている。具体的には、
図2において、第1行目第1列目にPNPトランジスタ
Q11、第1行目第2列目にPNPトランジスタQ2
1、第1行目第3列目にPNPトランジスタQ22、第
2行目第1列目にPNPトランジスタQ23、第2行目
第2列目にPNPトランジスタQ12、第2行目第3列
目にPNPトランジスタQ24、第3行目第1列目にP
NPトランジスタQ25、第3行目第2列目にPNPト
ランジスタQ26、第3行目第3列目にPNPトランジ
スタQ27が配置されている。そして、PNPトランジ
スタQ11及びQ12からPNPトランジスタ群GQ1
が構成され、PNPトランジスタQ21乃至Q27から
PNPトランジスタ群GQ2が構成されている。
Q2は、例えば総計で9個のPNPトランジスタQ1
1、Q12及びQ21乃至Q27から構成されている。
これらのPNPトランジスタは、縦方向に3個、横方向
に3個並んだ正方形状に配置されている。具体的には、
図2において、第1行目第1列目にPNPトランジスタ
Q11、第1行目第2列目にPNPトランジスタQ2
1、第1行目第3列目にPNPトランジスタQ22、第
2行目第1列目にPNPトランジスタQ23、第2行目
第2列目にPNPトランジスタQ12、第2行目第3列
目にPNPトランジスタQ24、第3行目第1列目にP
NPトランジスタQ25、第3行目第2列目にPNPト
ランジスタQ26、第3行目第3列目にPNPトランジ
スタQ27が配置されている。そして、PNPトランジ
スタQ11及びQ12からPNPトランジスタ群GQ1
が構成され、PNPトランジスタQ21乃至Q27から
PNPトランジスタ群GQ2が構成されている。
【0034】また、図3に示すように、PNPトランジ
スタQ11には、P-基板1の表面に選択的に形成され
たN-ウェル2が設けられている。N-ウェル2の平面視
での形状は、例えば正方形である。N-ウェル2の表面
の中央には、P+拡散層3が形成されており、このP+拡
散層3にエミッタ電極6が接続されている。また、N-
ウェル2の表面におけるP+拡散層3の周囲には、P+拡
散層3を取り囲むように、複数個のN+拡散層4が形成
されており、図2に示すように、各N+拡散層4にベー
ス電極7が接続されている。更に、P-基板1の表面に
おけるN-ウェル2の周囲には、N-ウェル2、ひいては
N+拡散層4を取り囲むように複数個のP+拡散層5が形
成されており、図2に示すように、各P+拡散層5にコ
レクタ電極8が接続されている。
スタQ11には、P-基板1の表面に選択的に形成され
たN-ウェル2が設けられている。N-ウェル2の平面視
での形状は、例えば正方形である。N-ウェル2の表面
の中央には、P+拡散層3が形成されており、このP+拡
散層3にエミッタ電極6が接続されている。また、N-
ウェル2の表面におけるP+拡散層3の周囲には、P+拡
散層3を取り囲むように、複数個のN+拡散層4が形成
されており、図2に示すように、各N+拡散層4にベー
ス電極7が接続されている。更に、P-基板1の表面に
おけるN-ウェル2の周囲には、N-ウェル2、ひいては
N+拡散層4を取り囲むように複数個のP+拡散層5が形
成されており、図2に示すように、各P+拡散層5にコ
レクタ電極8が接続されている。
【0035】このように構成されたPNPトランジスタ
Q11においては、P+拡散層3がエミッタ、N-ウェル
2がベース、P-基板1がコレクタとして作用する。な
お、図3に示すように、PNPトランジスタQ21もP
NPトランジスタQ11と同様の構造を有しており、図
示しないが、他のPNPトランジスタQ12及びQ22
乃至Q27も同様の構造を有している。
Q11においては、P+拡散層3がエミッタ、N-ウェル
2がベース、P-基板1がコレクタとして作用する。な
お、図3に示すように、PNPトランジスタQ21もP
NPトランジスタQ11と同様の構造を有しており、図
示しないが、他のPNPトランジスタQ12及びQ22
乃至Q27も同様の構造を有している。
【0036】そして、PNPトランジスタ群GQ1にお
いては、PNPトランジスタQ11及びQ12の各エミ
ッタ電極6が共通接続され、各ベース電極7が共通接続
され、各コレクタ電極8が共通接続されている。同様
に、PNPトランジスタGQ2においては、PNPトラ
ンジスタQ21乃至Q27の各エミッタ電極6が共通接
続され、各ベース電極7が共通接続され、各コレクタ電
極8が共通接続されている。
いては、PNPトランジスタQ11及びQ12の各エミ
ッタ電極6が共通接続され、各ベース電極7が共通接続
され、各コレクタ電極8が共通接続されている。同様
に、PNPトランジスタGQ2においては、PNPトラ
ンジスタQ21乃至Q27の各エミッタ電極6が共通接
続され、各ベース電極7が共通接続され、各コレクタ電
極8が共通接続されている。
【0037】このように構成された第1の実施例におい
ては、各PNPトランジスタQ11、Q12及びQ21
乃至Q27のエミッタがベース電極7及びコレクタ電極
8により取り囲まれているので、エミッタとベースとの
間を流れる電流及びベースとコレクタとの間を流れる電
流は、周囲のいずれの方向にも流れ、ベースに寄生する
抵抗及びコレクタに寄生する抵抗の大きさを従来のもの
より低くすることができる。この結果、PNPトランジ
スタ群GQ1及びGQ2を理想状態に近い状態で動作さ
せる場合であっても、従来のものよりもより大きな電流
を流すことが可能となる。従って、PNPトランジスタ
群GQ1及びGQ2に接続された抵抗素子RE1、RE
2及びRE3の抵抗値を小さくすることができるので、
これらの面積の縮小及びこれらで発生する熱雑音の低減
が可能である。
ては、各PNPトランジスタQ11、Q12及びQ21
乃至Q27のエミッタがベース電極7及びコレクタ電極
8により取り囲まれているので、エミッタとベースとの
間を流れる電流及びベースとコレクタとの間を流れる電
流は、周囲のいずれの方向にも流れ、ベースに寄生する
抵抗及びコレクタに寄生する抵抗の大きさを従来のもの
より低くすることができる。この結果、PNPトランジ
スタ群GQ1及びGQ2を理想状態に近い状態で動作さ
せる場合であっても、従来のものよりもより大きな電流
を流すことが可能となる。従って、PNPトランジスタ
群GQ1及びGQ2に接続された抵抗素子RE1、RE
2及びRE3の抵抗値を小さくすることができるので、
これらの面積の縮小及びこれらで発生する熱雑音の低減
が可能である。
【0038】また、第1の実施例においては、少なくと
も4方向、即ち上下左右の方向において等方的であるの
で、縦置きと横置きとを変更するような配置の変更によ
っても、方向的な相対精度の変化は小さい。従って、一
方向、例えば横方向に応力が作用した歪みが発生した場
合であっても、その影響は小さく、基準出力電圧及び温
度特性の変動は極めて小さいものとなる。このため、半
導体チップ上でエミッタ面積の相対精度を向上させるた
めに特別にこれらのPNPトランジスタの配置に制約を
設ける必要がないため、設計上のマージンが広がる。
も4方向、即ち上下左右の方向において等方的であるの
で、縦置きと横置きとを変更するような配置の変更によ
っても、方向的な相対精度の変化は小さい。従って、一
方向、例えば横方向に応力が作用した歪みが発生した場
合であっても、その影響は小さく、基準出力電圧及び温
度特性の変動は極めて小さいものとなる。このため、半
導体チップ上でエミッタ面積の相対精度を向上させるた
めに特別にこれらのPNPトランジスタの配置に制約を
設ける必要がないため、設計上のマージンが広がる。
【0039】更に、9個のPNPトランジスタがどちら
のPNPトランジスタ群に割り当てられているかに着目
すると、9個のPNPトランジスタの配列は、PNPト
ランジスタQ11とPNPトランジスタQ27とを結ぶ
対角線を対称軸とする線対称となっている。この点にお
いても、方向的な相対精度の変化は小さく、半導体チッ
プの設計上のマージンが広くなる。
のPNPトランジスタ群に割り当てられているかに着目
すると、9個のPNPトランジスタの配列は、PNPト
ランジスタQ11とPNPトランジスタQ27とを結ぶ
対角線を対称軸とする線対称となっている。この点にお
いても、方向的な相対精度の変化は小さく、半導体チッ
プの設計上のマージンが広くなる。
【0040】なお、抵抗素子RE1及びRE2の抵抗値
をy、抵抗素子RE3の抵抗値をx、PNPトランジス
タ群GQ1のエミッタ・ベース間電圧をVEBGQ1、
PNPトランジスタ群GQ1の総エミッタ面積をM、P
NPトランジスタ群GQ2の総エミッタ面積をNとする
と、出力される基準電圧Voutは、下記数式2で表さ
れる。
をy、抵抗素子RE3の抵抗値をx、PNPトランジス
タ群GQ1のエミッタ・ベース間電圧をVEBGQ1、
PNPトランジスタ群GQ1の総エミッタ面積をM、P
NPトランジスタ群GQ2の総エミッタ面積をNとする
と、出力される基準電圧Voutは、下記数式2で表さ
れる。
【0041】
【数2】
【0042】次に、上述のような第1の実施例に係る基
準電圧源回路を製造する方法について説明する。この基
準電圧源回路は、CMOSトランジスタを製造する工程
と並行して行うことができる。
準電圧源回路を製造する方法について説明する。この基
準電圧源回路は、CMOSトランジスタを製造する工程
と並行して行うことができる。
【0043】先ず、P-基板1の表面に、CMOSトラ
ンジスタを構成するPチャネルMOSトランジスタのN
ウェルを形成すると同時に、N-ウェル2を形成する。
その後、PチャネルMOSトランジスタのソース・ドレ
イン拡散層を形成すると同時に、不純物濃度が高いP+
拡散層3及び5を形成し、CMOSトランジスタを構成
するNチャネルMOSトランジスタのソース・ドレイン
拡散層を形成すると同時に、不純物濃度が高いN+拡散
層4を形成する。なお、P+拡散層3及び5の形成とN+
拡散層4の形成は、いずれを先に行ってもよい。
ンジスタを構成するPチャネルMOSトランジスタのN
ウェルを形成すると同時に、N-ウェル2を形成する。
その後、PチャネルMOSトランジスタのソース・ドレ
イン拡散層を形成すると同時に、不純物濃度が高いP+
拡散層3及び5を形成し、CMOSトランジスタを構成
するNチャネルMOSトランジスタのソース・ドレイン
拡散層を形成すると同時に、不純物濃度が高いN+拡散
層4を形成する。なお、P+拡散層3及び5の形成とN+
拡散層4の形成は、いずれを先に行ってもよい。
【0044】このような方法によれば、CMOSプロセ
スに対して新たな工程を付加することなく基板の深さ方
向にPNPトランジスタを容易に製造することができ
る。
スに対して新たな工程を付加することなく基板の深さ方
向にPNPトランジスタを容易に製造することができ
る。
【0045】なお、第1の実施例においては、1個のP
NPトランジスタに対し個々にコレクタ電極8が設けら
れているが、隣り合うPNPトランジスタ間でコレクタ
電極が共有されていてもよい。以下に説明する第2の実
施例は、このような構成を採用したものである。図4は
第2の実施例におけるPNPトランジスタ群GQ1及び
GQ2を構成するPNPトランジスタの配置を示すレイ
アウト図、図5は図4のB−B線による断面図である。
NPトランジスタに対し個々にコレクタ電極8が設けら
れているが、隣り合うPNPトランジスタ間でコレクタ
電極が共有されていてもよい。以下に説明する第2の実
施例は、このような構成を採用したものである。図4は
第2の実施例におけるPNPトランジスタ群GQ1及び
GQ2を構成するPNPトランジスタの配置を示すレイ
アウト図、図5は図4のB−B線による断面図である。
【0046】第2の実施例の回路構成は、図1に示す第
1の実施例と同様であるが、PNPトランジスタ群GQ
1及びGQ2におけるPNPトランジスタの配置が第1
の実施例のそれと相違している。即ち、図4及び5に示
すように、隣り合うPNPトランジスタQ11及びQ1
2の各ベース間には、1列のコレクタ電極8が設けられ
ているだけであり、この1列のコレクタ電極8がPNP
トランジスタQ11及びQ122より共有されている。
1の実施例と同様であるが、PNPトランジスタ群GQ
1及びGQ2におけるPNPトランジスタの配置が第1
の実施例のそれと相違している。即ち、図4及び5に示
すように、隣り合うPNPトランジスタQ11及びQ1
2の各ベース間には、1列のコレクタ電極8が設けられ
ているだけであり、この1列のコレクタ電極8がPNP
トランジスタQ11及びQ122より共有されている。
【0047】このような構成とすることにより、チップ
面積を低減することができる。また、このような構成と
しても、図1に示すように、PNPトランジスタ群GQ
1及びGQ2のコレクタはいずれも接地されるので、何
ら不具合は生じない。
面積を低減することができる。また、このような構成と
しても、図1に示すように、PNPトランジスタ群GQ
1及びGQ2のコレクタはいずれも接地されるので、何
ら不具合は生じない。
【0048】なお、基準電圧源回路の構成は、図1に示
すものに限定されるものではない。例えば、コレクタ及
びベースが接地された3個のPNPトランジスタ群が設
けられていてもよく、P型半導体基板の替わりにN型半
導体基板が使用されていてもよい。図6はコレクタ及び
ベースが接地された3個のPNPトランジスタ群が設け
られた基準電圧源回路を示す回路図であり、図7はN型
半導体基板が使用された基準電圧源回路を示す回路図で
ある。
すものに限定されるものではない。例えば、コレクタ及
びベースが接地された3個のPNPトランジスタ群が設
けられていてもよく、P型半導体基板の替わりにN型半
導体基板が使用されていてもよい。図6はコレクタ及び
ベースが接地された3個のPNPトランジスタ群が設け
られた基準電圧源回路を示す回路図であり、図7はN型
半導体基板が使用された基準電圧源回路を示す回路図で
ある。
【0049】図6に示す基準電圧源回路においては、コ
レクタ及びベースが接地された3個のPNPトランジス
タ群GQ1a、GQ2a及びGQ3aが設けられてい
る。PNPトランジスタ群GQ2aのエミッタには抵抗
素子RE12が接続され、PNPトランジスタ群GQ3
aのエミッタには抵抗素子13が接続されている。ま
た、PNPトランジスタ群GQ1aのエミッタにソース
が接続されドレインとゲートとが互いに接続されたNチ
ャネルMOSトランジスタMN1及び抵抗素子RE12
に接続されたNチャネルMOSトランジスタMN2が設
けられている。なお、NチャネルMOSトランジスタM
N1及びMN2においては、各ゲートが互いに接続され
ている。
レクタ及びベースが接地された3個のPNPトランジス
タ群GQ1a、GQ2a及びGQ3aが設けられてい
る。PNPトランジスタ群GQ2aのエミッタには抵抗
素子RE12が接続され、PNPトランジスタ群GQ3
aのエミッタには抵抗素子13が接続されている。ま
た、PNPトランジスタ群GQ1aのエミッタにソース
が接続されドレインとゲートとが互いに接続されたNチ
ャネルMOSトランジスタMN1及び抵抗素子RE12
に接続されたNチャネルMOSトランジスタMN2が設
けられている。なお、NチャネルMOSトランジスタM
N1及びMN2においては、各ゲートが互いに接続され
ている。
【0050】更に、NチャネルMOSトランジスタMN
1のドレインにソースが接続されNチャネルMOSトラ
ンジスタMN2のドレインにゲートが接続されたPチャ
ネルMOSトランジスタMP1、NチャネルMOSトラ
ンジスタMN2のドレインにソースが接続されNチャネ
ルMOSトランジスタMN2のドレインにゲートが接続
されたPチャネルMOSトランジスタMP2及び抵抗素
子RE13にソースが接続されNチャネルMOSトラン
ジスタMN2のドレインにゲートが接続されたPチャネ
ルMOSトランジスタMP3が設けられている。
1のドレインにソースが接続されNチャネルMOSトラ
ンジスタMN2のドレインにゲートが接続されたPチャ
ネルMOSトランジスタMP1、NチャネルMOSトラ
ンジスタMN2のドレインにソースが接続されNチャネ
ルMOSトランジスタMN2のドレインにゲートが接続
されたPチャネルMOSトランジスタMP2及び抵抗素
子RE13にソースが接続されNチャネルMOSトラン
ジスタMN2のドレインにゲートが接続されたPチャネ
ルMOSトランジスタMP3が設けられている。
【0051】そして、PチャネルMOSトランジスタM
P1、MP2及びMP3のドレインは電源電位VDDに
設定されている。また、抵抗素子RE13とPNPトラ
ンジスタMP3との接続点には、電圧出力端子OUT1
1が接続されている。
P1、MP2及びMP3のドレインは電源電位VDDに
設定されている。また、抵抗素子RE13とPNPトラ
ンジスタMP3との接続点には、電圧出力端子OUT1
1が接続されている。
【0052】なお、PチャネルMOSトランジスタMP
1、MP2及びMP3の3つのMOSトランジスタは相
互に同一サイズのPNPトランジスタである。これによ
り、電流ミラー回路が構成され、各PチャネルMOSト
ランジスタMP1、MP2及びMP3に流れる電流値I
は等しいものとなる。また、NチャネルMOSトランジ
スタMN1及びMN2の2つのMOSトランジスタも相
互に同一サイズのPNPトランジスタである。更に、P
NPトランジスタ群GQ2a及びGQ3aの総エミッタ
面積は互いに等しいものである。
1、MP2及びMP3の3つのMOSトランジスタは相
互に同一サイズのPNPトランジスタである。これによ
り、電流ミラー回路が構成され、各PチャネルMOSト
ランジスタMP1、MP2及びMP3に流れる電流値I
は等しいものとなる。また、NチャネルMOSトランジ
スタMN1及びMN2の2つのMOSトランジスタも相
互に同一サイズのPNPトランジスタである。更に、P
NPトランジスタ群GQ2a及びGQ3aの総エミッタ
面積は互いに等しいものである。
【0053】ここで、抵抗素子RE12の抵抗値をx、
抵抗素子RE13の抵抗値をy、PNPトランジスタ群
GQ1aのエミッタ・ベース間電圧をVEBGQ1a、
PNPトランジスタ群GQ1aの総エミッタ面積をM、
PNPトランジスタ群GQ2a及びGQ3aの総エミッ
タ面積をNとすると、出力される基準電圧Voutは、
下記数式3で表される。
抵抗素子RE13の抵抗値をy、PNPトランジスタ群
GQ1aのエミッタ・ベース間電圧をVEBGQ1a、
PNPトランジスタ群GQ1aの総エミッタ面積をM、
PNPトランジスタ群GQ2a及びGQ3aの総エミッ
タ面積をNとすると、出力される基準電圧Voutは、
下記数式3で表される。
【0054】
【数3】
【0055】このような基準電圧源回路を構成する場
合、例えば5行5列に配置した25個のPNPトランジ
スタによりPNPトランジスタ群GQ1a、GQ2a及
びGQ3aを構成することができる。この場合、例えば
3個のPNPトランジスタをPNPトランジスタ群GQ
1aに、11個のPNPトランジスタをPNPトランジ
スタ群GQ2aに、残りの11個のPNPトランジスタ
をPNPトランジスタ群GQ3aに割り当てればよい。
合、例えば5行5列に配置した25個のPNPトランジ
スタによりPNPトランジスタ群GQ1a、GQ2a及
びGQ3aを構成することができる。この場合、例えば
3個のPNPトランジスタをPNPトランジスタ群GQ
1aに、11個のPNPトランジスタをPNPトランジ
スタ群GQ2aに、残りの11個のPNPトランジスタ
をPNPトランジスタ群GQ3aに割り当てればよい。
【0056】一方、図7に示す基準電圧源回路において
は、コレクタ及びベースが電位VSSに設定された2個
のNPNトランジスタ群GQ1a及びGQ2bが設けら
れている。NPNトランジスタ群GQ2bのエミッタに
は、抵抗素子RE23及び抵抗素子RE22がこの順で
直列に接続されている。また、NPNトランジスタ群G
Q1bのエミッタには、抵抗素子RE21が接続されて
いる。そして、NPNトランジスタ群GQ1bのエミッ
タと抵抗素子RE21との接続点及び抵抗素子RE22
と抵抗素子RE23との接続点には、増幅器AMP21
の入力側が接続されている。抵抗素子RE22の他端と
抵抗素子RE23の他端とは共通接続されており、その
接続点は、増幅器AMP21の出力側に接続されてい
る。そして、増幅器AMP21の出力側には、電圧出力
端子OUT21が接続されている。なお、増幅器AMP
21はCMOSトランジスタ等から構成されている。ま
た、増幅器AMP21には、電位VSS又は−VSSに
ある電源電圧が印加されている。
は、コレクタ及びベースが電位VSSに設定された2個
のNPNトランジスタ群GQ1a及びGQ2bが設けら
れている。NPNトランジスタ群GQ2bのエミッタに
は、抵抗素子RE23及び抵抗素子RE22がこの順で
直列に接続されている。また、NPNトランジスタ群G
Q1bのエミッタには、抵抗素子RE21が接続されて
いる。そして、NPNトランジスタ群GQ1bのエミッ
タと抵抗素子RE21との接続点及び抵抗素子RE22
と抵抗素子RE23との接続点には、増幅器AMP21
の入力側が接続されている。抵抗素子RE22の他端と
抵抗素子RE23の他端とは共通接続されており、その
接続点は、増幅器AMP21の出力側に接続されてい
る。そして、増幅器AMP21の出力側には、電圧出力
端子OUT21が接続されている。なお、増幅器AMP
21はCMOSトランジスタ等から構成されている。ま
た、増幅器AMP21には、電位VSS又は−VSSに
ある電源電圧が印加されている。
【0057】なお、増幅器AMP21の利得は無限であ
り、その入力リーク電流値及び出力抵抗は0であり、そ
の差動入力オフセットはない。また、NPNトランジス
タ群GQ1b及びGQ2bのベース電流はコレクタ電流
と比して無視できるほど小さいものである。更に、抵抗
素子RE21の抵抗値と抵抗素子RE22の抵抗値とは
互いに等しいものであり、これらに温度変動は生じな
い。
り、その入力リーク電流値及び出力抵抗は0であり、そ
の差動入力オフセットはない。また、NPNトランジス
タ群GQ1b及びGQ2bのベース電流はコレクタ電流
と比して無視できるほど小さいものである。更に、抵抗
素子RE21の抵抗値と抵抗素子RE22の抵抗値とは
互いに等しいものであり、これらに温度変動は生じな
い。
【0058】ここで、抵抗素子RE21及びRE22の
抵抗値をy、抵抗素子RE23の抵抗値をx、NPNト
ランジスタ群GQ1bのエミッタ・ベース間電圧をVE
BGQ1b、NPNトランジスタ群GQ1bの総エミッ
タ面積をM、NPNトランジスタ群GQ2bの総エミッ
タ面積をNとすると、出力される基準電圧Voutは、
下記数式4で表される。
抵抗値をy、抵抗素子RE23の抵抗値をx、NPNト
ランジスタ群GQ1bのエミッタ・ベース間電圧をVE
BGQ1b、NPNトランジスタ群GQ1bの総エミッ
タ面積をM、NPNトランジスタ群GQ2bの総エミッ
タ面積をNとすると、出力される基準電圧Voutは、
下記数式4で表される。
【0059】
【数4】
【0060】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
エミッタ電極がベース電極に取り囲まれ、ベース電極が
コレクタ電極に取り囲まれるので、ベース及びコレクタ
に寄生する抵抗を従来のものと比して等方的なものとす
ることができる。このため、これらの寄生抵抗のばらつ
きを小さくし、また、これらの寄生抵抗の総抵抗値を低
減することができる。従って、広い設計マージンを確保
することができると共に、基準電圧源回路に適用する場
合には、このバイポーラトランジスタに接続される抵抗
素子の抵抗値を小さくすることができる。この結果、そ
の抵抗素子で発生する熱雑音を低減することができる。
エミッタ電極がベース電極に取り囲まれ、ベース電極が
コレクタ電極に取り囲まれるので、ベース及びコレクタ
に寄生する抵抗を従来のものと比して等方的なものとす
ることができる。このため、これらの寄生抵抗のばらつ
きを小さくし、また、これらの寄生抵抗の総抵抗値を低
減することができる。従って、広い設計マージンを確保
することができると共に、基準電圧源回路に適用する場
合には、このバイポーラトランジスタに接続される抵抗
素子の抵抗値を小さくすることができる。この結果、そ
の抵抗素子で発生する熱雑音を低減することができる。
【図1】本発明の第1の実施例に係る基準電圧源回路を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図2】第1の実施例におけるPNPトランジスタ群G
Q1及びGQ2を構成するPNPトランジスタの配置を
示すレイアウト図である。
Q1及びGQ2を構成するPNPトランジスタの配置を
示すレイアウト図である。
【図3】図2のA−A線による断面図である。
【図4】第2の実施例におけるPNPトランジスタ群G
Q1及びGQ2を構成するPNPトランジスタの配置を
示すレイアウト図である。
Q1及びGQ2を構成するPNPトランジスタの配置を
示すレイアウト図である。
【図5】図4のB−B線による断面図である。
【図6】コレクタ及びベースが接地された3個のPNP
トランジスタ群が設けられた基準電圧源回路を示す回路
図である。
トランジスタ群が設けられた基準電圧源回路を示す回路
図である。
【図7】N型半導体基板が使用された基準電圧源回路を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図8】従来の基準電圧源回路を示す回路図である。
【図9】PNPトランジスタ群GQ31及びGQ32を
構成するPNPトランジスタの配置を示すレイアウト図
である。
構成するPNPトランジスタの配置を示すレイアウト図
である。
【図10】第2の従来例に係る基準電圧源回路を示すレ
イアウト図である。
イアウト図である。
1;P-基板
2;N-ウェル
3、5;P+拡散層
4;N+拡散層
6;エミッタ電極
7;ベース電極
8;コレクタ電極
GQ1、GQ2、GQ1a、GQ2a、GQ3a、GQ
31、GQ32、GQ41、GQ42;PNPトランジ
スタ群 GQ1b、GQ2b;NPNトランジスタ群 OUT1、OUT11、OUT21、OUT31;出力
端子
31、GQ32、GQ41、GQ42;PNPトランジ
スタ群 GQ1b、GQ2b;NPNトランジスタ群 OUT1、OUT11、OUT21、OUT31;出力
端子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
H01L 29/732
(56)参考文献 特開 平2−222541(JP,A)
特開 平11−121459(JP,A)
特開 平6−151705(JP,A)
特開 昭62−143465(JP,A)
特開 昭61−159762(JP,A)
特開 昭61−74368(JP,A)
特開 昭64−31452(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/33 - 21/331
H01L 29/68 - 29/737
H01L 21/822
H01L 21/8222 - 21/8228
H01L 21/8232
H01L 27/04
H01L 27/06
H01L 27/08
H01L 27/082
Claims (4)
- 【請求項1】 縦方向の配列数と横方向の配列数とが一
致する正方形状の格子状に配列された複数個のバイポー
ラトランジスタを有し、このバイポーラトランジスタ
は、第1導電型のコレクタ層と、このコレクタ層の表面
に形成され形状が平面視で正方形である第2導電型のベ
ース層と、このベース層の表面における中心に形成され
形状が平面視で正方形である第1導電型のエミッタ層
と、このエミッタ層に接続された1又は2以上のエミッ
タ電極と、前記ベース層に接続され前記エミッタ電極の
四方を取り囲むようにして設けられた1又は2以上のベ
ース電極と、前記コレクタ層に接続され前記ベース電極
の四方を取り囲むようにして設けられたコレクタ電極
と、を有し、全ての前記バイポーラトランジスタの前記
コレクタ層は単一の半導体層から構成されていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記複数個のバイポーラトランジスタは
2以上の群に区分けされ、全ての群において前記コレク
タ電極同士が共通接続され、各群内で、前記ベース電極
同士が共通接続され、前記エミッタ電極同士が共通接続
されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 正方形状に配列した前記複数個のバイポ
ーラトランジスタを前記正方形の一方の対角線で区画し
たとき、この対角線を対称軸として各群に区分けされた
バイポーラトランジスタが線対称に配列していることを
特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記バイポーラトランジスタは、基準電
圧源回路に組み込まれていることを特徴とする請求項1
乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
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