JPH04234160A - 一体型バイシーモス論理回路 - Google Patents

一体型バイシーモス論理回路

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JPH04234160A
JPH04234160A JP3097361A JP9736191A JPH04234160A JP H04234160 A JPH04234160 A JP H04234160A JP 3097361 A JP3097361 A JP 3097361A JP 9736191 A JP9736191 A JP 9736191A JP H04234160 A JPH04234160 A JP H04234160A
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transistor
type
region
logic circuit
integrated
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JP3097361A
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Deugsoo Chang
張 得秀
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices 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
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    • HELECTRICITY
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    • H01L27/0711Devices 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 a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一体型バイシーモス論
理回路に関し、特に、N形モス(MOS)トランジスタ
とP形モストランジスタとのドレインを二層の二重拡散
構造に形成してPNP型及びNPN型バイポーラトラン
ジスタのベースの役割を行うようにすることにより、機
能部と駆動部とを一体化させて機能及び駆動能力を同時
に具現した一体型バイシーモス論理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一つの半導体基板上に、他の半導体素子
、例えばバイポーラトランジスタとシーモストランジス
タを形成する技術は前々から試みられてきている。バイ
シーモス半導体装置はバイポーラトランジスタの高速性
及び大電力の駆動性とシーモストランジスタの高集積、
低消費電力という相互利点を有している。
【0003】図1は従来のバイシーモス論理回路図を示
すものであって、バイシーモス論理回路は入力端を通じ
て印加される信号を反転させて出力端に出力させるイン
バータ回路である。従来のバイシーモス論理回路はソー
ス端子にそれぞれ電源電圧Vccと接地GNDとが接続
され、ゲート端子に入力信号INが印加されて共通接続
されたドレイン端子に第1の出力信号OUT11を出力
するP形モストランジスタMP11とN形モストランジ
スタMN11とで構成された第1のトランジスタ対と、
前記入力信号INと前記シーモストランジスタMP11
、MN11で構成された第1のトランジスタ対の第1の
出力信号OUT11がそれぞれN形モストランジスタM
N13のゲート端子及びバイポーラトランジスタBN1
1のベースに印加され、ドレイン端子とソース端子が出
力端子OUTと接地にそれぞれ接続され、共通接続され
たソース端子とドレイン端子に第2の出力信号OUT1
2を出力するN形モストランジスタMN12、MN13
で構成された第2のトランジスタ対と、前記第1の出力
信号OUT11と前記N形モストランジスタMN12、
MN13とで構成された第2のトランジスタの第2の出
力信号OUT12がバイポーラトランジスタBN11、
BN12の各ベース端子に印加され、バイポーラトラン
ジスタBN11のコレクタ端子に電源電圧Vccが印加
されバイポーラトランジスタBN12のエミッタ端子が
接地に接続され、バイポーラトランジスタBN11のエ
ミッタ端子とバイポーラトランジスタBN12のコレク
タ端子の接続点から最終出力信号OUTを出力するNP
N型バイポーラトランジスタBN11、BN12で構成
された第3のトランジスタ対とからなる。
【0004】前記のように構成された従来のバイシーモ
スインバータ回路は入力端子INにハイ状態の信号が印
加されると、第1のトランジスタ対の中のN形モストラ
ンジスタMN11のみがオンされて第1の出力信号OU
T11はロー状態となり、第2のトランジスタ対の中の
N形モストランジスタMN13がオフされモストランジ
スタMN12がオンされて出力端子OUTのレベルをロ
ーに引き下ろす。
【0005】一方、入力端子INにロー状態の信号が印
加されると、第1のトランジスタ対を構成するトランジ
スタの中のP形モストランジスタMP11がオンされて
第1の出力信号OUTがハイとなる。さらに、入力信号
INと前記第1の出力信号OUT11とがそれぞれゲー
ト端子に印加されると、第2のトランジスタ対の中のN
形モストランジスタMN13のみがオンされて第2の出
力信号OUT12がロー状態となる。
【0006】それゆえ、前記第1の出力信号OUT11
と第2の出力信号OUT12がそれぞれベース端子に印
加されると、第3のトランジスタ対の中でNPN型バイ
ポーラトランジスタBN11がオンされて最終の出力信
号OUTはハイ状態となる。バイシーモス論理回路は大
電力の駆動能力を有するディジタル論理に応用されてき
ており、スタティックラム(Static RAM) 
及びゲートアレイによく応用されている。
【0007】前記した従来のバイシーモス論理回路は回
路構成上、四つのモストランジスタと二つのNPN型バ
イポーラトランジスタとで構成されて、モストランジス
タ機能部に、バイポーラトランジスタは駆動部に二段動
作をして、入力信号INを反転させて出力端子OUTに
伝達するものである。図2は図1のバイシーモス論理回
路をエピタキシャル層上に具現した集積回路の垂直断面
図を示すものである。
【0008】すなわち、NPN型バイポーラトランジス
タは埋没層21上にコレクタ領域となるn− エピタキ
シャル層22に形成され、n−エピタキシャル層22上
にpベース領域24とn+ エミッタ領域23がそれぞ
れ形成されている。N型モストランジスタはp− エピ
タキシャル層25にn+ ソース、ドレイン領域26、
27が形成され、P形モストランジスタはn+ 埋没層
28上にn− エピタキシャル層29が形成されており
、このn− エピタキシャル層29上にp+ ソース、
ドレイン領域30、31が形成されている。
【0009】このとき、n+ 領域32、34及びp+
 領域33は素子分離用領域である。図2の垂直断面図
を参照すると、従来のバイシーモス論理回路はモストラ
ンジスタで構成された機能部とバイポーラトランジスタ
で構成された駆動部が互いに独立されたN形及びP形モ
ストランジスタはNPN型モストランジスタを単に連結
して構成したものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、チップの面
積の面において、モストランジスタで構成された機能部
よりバイポーラトランジスタで構成された駆動部の面積
だけさらに必要とされるため不利である。また、処理速
度の面においても、二段の信号パス(path) が形
成されているため、第1のモストランジスタ対MP11
、MN11だけでインバータ回路を構成する場合より不
利である。
【0011】さらに、それぞれの互いに独立されたN形
及びP形モストランジスタとNPN型バイポーラトラン
ジスタを半導体基板上のエピタキシャル層上に多くの工
程を経て形成しなければならないため、工程が複雑で、
それによりマスクの数もたくさん必要とするため生産性
の側面においても不利である。一方、混合された信号積
を得るために従来のバイシーモス論理回路を用いようと
する場合、縦形のPNPトランジスタの実現が不能であ
り、製品の適用にも限界をもたらし、これによりバイシ
ーモス工程の使用にも限界があるという問題点があった
【0012】本発明は、前記した従来の技術の問題点を
解決するためであって、機能部と駆動部とを一つの段階
で一体化させて機能と駆動能力とを同時に具現し、チッ
プの面積を減少させると共に製造コストを減少させ得る
一体型バイシーモス論理回路を提供するにその目的があ
る。本発明の他の目的はN形及びP形モストランジスタ
とNPN型及びPNP型バイポーラトランジスタいずれ
も用いて完全なバイシーモス回路を構成してすべての半
導体製品に用いられる一体型バイシーモス論理回路を提
供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、ゲート端子に入力信号が印加される第1の
モストランジスタと、第1の出力信号を出力する前記第
1のモストランジスタのドレイン端子がベース端子に接
続された第1のバイポーラトランジスタとで構成される
第1のトランジスタ対と、ゲート端子に入力信号が印加
される第2のモストランジスタと、第1の出力信号を出
力する前記第2のモストランジスタのドレイン端子がベ
ース端子に接続された第2のバイポーラトランジスタと
で構成される第2のトランジスタ対からなり、前記第1
及び第2のバイポーラトランジスタの共通接続されたエ
ミッタ端子に最終出力信号OUTを出力するように連結
されることを特徴とする、一体型バイシーモス論理回路
を提供するものである。
【0014】
【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
詳細に説明する。図3は本発明のバイシーモス論理回路
図である。図3を参照すると、本発明のバイシーモスイ
ンバータ回路は入力信号INがそれぞれゲート端子に印
加され、ソース端子にはそれぞれ電源電圧Vccと接地
GNDが接続され、共通接続されたドレイン端子に第1
の出力信号OUT31を出力するシーモストランジスタ
MP31、MN31で構成された第1のトランジスタ対
と、前記第1の出力信号OUT31がベース端子にそれ
ぞれ印加され、コレクタ端子が電源電圧Vccと接地G
NDにそれぞれ接続され、共通接続されたエミッタ端子
に最終出力信号OUTを出力するNPN型及びPNP型
バイポーラトランジスタBN31、BP31で構成され
た第2のトランジスタ対からなる。
【0015】前記のように構成されている本発明のバイ
シーモスインバータ回路は入力端子INにロー状態の信
号が入力されると、第1のトランジスタ対を構成するP
形モストランジスタMP31がオンされて第1の出力信
号OUT31がハイ状態となり、それにより第2のトラ
ンジスタ対を構成するNPN型バイポーラトランジスタ
BN31のベース−エミッタの間の電圧Vbeが増大さ
れる。
【0016】したがって、前記NPN型バイポーラトラ
ンジスタBN31はエミッタ−ベースの間の電圧Vbe
がしゃ断電圧Vr 以上となるとターンオンされ、PN
P型バイポーラトランジスタBP31はオフされて出力
端子OUTにハイ状態の信号が出力される。これとは逆
に、入力端子INにハイ状態の信号が印加されるとN形
モストランジスタMN31がオンされて第1の出力信号
OUT31はロー状となる。
【0017】このロー状態の信号がPNP型トランジス
タBP31のベース端子に印加されて、PNP型トラン
ジスタBP31のベース−エミッタの間の電圧Vbeが
増大されてターンオンされる。このとき、NPN型バイ
ポーラトランジスタBN31はオフされて出力端子OU
Tにロー状態の信号を出力する。前記において、N形モ
ストランジスタMN31とPNP型バイポーラトランジ
スタBP31のターンオン時、PNP型バイポーラトラ
ンジスタBP31のベース電流はN形モストランジスタ
MN31により調節され、入力信号INの反転バ
【00
18】
【外1】 の電圧Vbeと一致する。さらに、前記と同様にP形モ
ストランジスタMP31とNPN型バイポーラトランジ
スタBN31のターンオン時には、NPN型バイポーラ
トランジスタBN31のベース電流がP形モストランジ
スタMP31により調節され、NPN型バイポーラトラ
ンジスタBN31のベース−エミッタの間の電圧Vbe
は入力信号INのバイアスと一致する。
【0019】図4は、図3の本発明のバイシーモス論理
回路は半導体基板上に具現した集積回路の垂直断面図を
示すものであって、図4(A)はP− 型基板上に直接
バイシーモス論理回路を具現したものであり、図4(B
)はP− 型基板上にのそれぞれのエピタキシャル層に
具現したものである。図5は、図3のバイシーモス論理
回路を新しいシンボルを用いて示すものであって、図3
のP形モストランジスタMP31とNPN型バイポーラ
トランジスタMP31を新しいシンボルのトランジスタ
TBpに示し、N形モストランジスタMN31とPNP
型バイポーラトランジスタBP31を新しいシンボルの
トランジスタTBnに示すものである。
【0020】図5において、新しいシンボルTBnに表
記されるトランジスタは入力INがゲート端子、接地G
NDがコレクタ端子、出力端子OUTがエミッタ端子と
なり
【0021】
【外2】 がコレクタ端子、出力端子OUTがエミッタ端子となり
ベース領域がゲート端子によりコントロールされる。 図4(A)を参照すると、n− ウェル41に新しいシ
ンボルに表示されるトランジスタTBpを形成し、p−
 基板40上にトランジスタTBnを形成したものであ
る。
【0022】トランジスタTBpはn− ウェル41内
にP形モストランジスタMP31のp− 及びp+ の
二重拡散構造を有するドレイン領域42、43を形成す
るとともにp+ ソース領域45を形成し、前記p− 
領域42内にn+ 領域44を形成してNPNトランジ
スタBN31のエミッタ領域とする。このとき、p− 
及びp+ の二重拡散構造を有するP形モストランジス
タMP31のドレイン領域42、43はNPN型バイポ
ーラトランジスタのベース領域となり、n− ウェル4
1がコレクタ領域となる。
【0023】トランジスタTBnはp− 基板40上に
N形モストランジスタMN31のn− 及びn+ の二
重拡散構造を有するドレイン領域46、47を形成し、
さらにn+ ソース領域49を形成し、前記n− 領域
46内にはp+ 領域48を形成してPNP型バイポー
ラトランジスタBP31のエミッタ領域とする。このと
き、n− 及びn+ の二重拡散構造を有するNモスト
ランジスタMN31のドレイン領域46、47はPNP
型バイポーラトランジスタBP31のベース領域となり
、p− 形基板40がコレクタ領域となる。
【0024】図4(B)を参照すると、図4(A)の垂
直断面図とその構造は同様であるが、図4(A)におい
て直接p− 形基板40上にこれらのトランジスタを集
積させるかわりに基板40上にn+ 埋没層50とp+
 埋没層51とをそれぞれ形成し、n+ 及びp+ 埋
没層50、51上にはそれぞれのn− 及びp−エピタ
キシャル層52、53を形成するものであって、n− 
エピタキシャル層52内にはトランジスタTBpを集積
させたものであり、p+ エピタキシャル層53内には
トランジスタTBnを集積させたものである。
【0025】このとき、トランジスタTBp、TBnの
ベース領域はイオン注入法を用いて所望する利得により
ベース領域の幅すなわち、接合厚さを決定して形成する
。さらに、ゲートはポリシリコーン膜を用いるかポリサ
イドを用いて形成してやることによりエミッタ及びコレ
クタ領域をセルファライン方式で形成することもできる
【0026】もし、バイポーラトランジスタの駆動能力
が重視されるアナログ素子を作ろうとする場合、あるい
は良好なラッチアップ特性を要するシステムに本発明の
バイシーモス論理回路を適用しようとする場合には、図
4(B)のようにエピタキシャル層上にバイシーモス論
理回路を具現した集積回路を用いるのがよい。図4(A
)及び(B)に示されている本発明のバイシーモス論理
回路の垂直断面図を参照すると、本発明のバイシーモス
論理回路は機能部及び駆動部の動作を同時に行う一体型
バイシーモス構造であることがわかる。
【0027】それ故、図1の従来のバイシーモスインバ
ータ回路と図3の本発明の回路を比べてみると、次のよ
うな差異点があることがわかる。■従来のバイシーモス
論理回路は互いに独立されたN形及びP形モストランジ
スタとNPN型モストランジスタを形成し、これを単に
連続して回路を構成したが、本発明ではモストランジス
タとバイポーラトランジスタとを結合させて回路を構成
したためにチップの面積を減少させ得る。
【0028】さらに、本発明ではフィードバック用MO
SトランジスタMN12、MN13と二つのNPNのバ
イポーラトランジスタBN11、BN12が必要でない
ので、これらのトランジスタの面積ほど本発明ではチッ
プの面積をセーブさせ得る。■N形モストランジスタと
NPN型バイポーラトランジスタ及びP形モストランジ
スタとNPN形バイポーラトランジスタとの結合で電子
と正孔の移動度の相補形で回路適用時、立上り及び立下
り時間のマッチングを具現することができるという利点
がある。
【0029】■図1及び図3において、駆動用トランジ
スタBN11、BN12とBN31、BP31を出力レ
ベルのパワーノイズ限界の側面から比べてみると、それ
ぞれの出力端子OUTからVcc及びGND端子をみる
とPN接合が逆方向状態を取るので、パワーノイズ保護
の役割をして従来の回路よりノイズ側面において有利で
ある。
【0030】図6は図5のシンボルに表記された本発明
のバイシーモス論理回路を用いてNANDゲート回路を
具現したものである。入力A、Bの中、いずれかの一つ
にロー状態の信号が印加されると、ロー状態の入力信号
A、BによりトランジスタTBp61あるいはTBp6
2の中の一つあるいはいずれもがオンされる。このとき
、トランジスタTBn61はトランジスタTBp61が
オンされるときは必ずオフされ、トランジスタTBn6
2はトランジスタTBp62がオンされるときは必ずオ
ンされるか、トランジスタTBp61、TBp62いず
れもがオンされるときトランジスタTBn61、TBn
62は必ずオフされるので、入力端子A、Bの中のいず
れかの一つにロー状態信号が印加されると出力信号OU
Tはハイとなる。
【0031】一方、入力端子A、Bいずれもにハイ状態
の信号が印加されると、トランジスタTBp61、TB
p62はオフされ、トランジスタTBn61、TBn6
2はオンされて出力端子OUTにロー状態の信号が出力
されてNANDゲートの論理動作をみたすようになる。 図7は本発明のバイシーモス論理回路でNORゲートを
具現した回路図である。
【0032】入力端子A、Bいずれもにロー状態の信号
が印加されると、トランジスタTBp71、TBP72
が同時にオンされて出力OUTがハイとなり、入力端子
A、Bの中のいずれかの一つの入力がローであると、ト
ランジスタTBn61とTBn62の中でいずれかの一
つは必ずオンされるので、出力端子OUTにロー状態の
信号を出力してNORゲートの論理動作をみたすように
なる。
【0033】
【発明の効果】前記のような本発明によれば、一体型バ
イシーモス論理回路を実現することによってチップの面
積を減少させることができる。また、ノイズに対して安
定になるとともに良好な速度特性が得られる。さらに、
製造工程の単価も減少させることができる。
【0034】従来のバイシーモス論理回路のスケーリン
グダウン(scaling down) によりN形モ
ストランジスタから発生されるホット電子の効果を二重
拡散構造にベース領域を形成して防止することができる
ので、駆動能力及び信頼性を向上させ得るという利点も
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のバイシーモス論理回路である。
【図2】図1のバイシーモス論理回路をウェハ上に実現
した集積回路の垂直断面図である。
【図3】本発明のバイシーモス論理回路である。
【図4】図3のバイシーモス論理回路をウェーハ上に実
現した集積回路の垂直断面図である。
【図5】図3の本発明のバイシーモス論理回路の新しい
シンボルを示すものである。
【図6】本発明のバイシーモス論理回路を用いて具現し
たNANDゲート回路である。
【図7】本発明のバイシーモス論理回路で具現したNO
Rゲート回路図である。
【符号の説明】
MP31  P形モストランジスタ MN31  N形モストランジスタ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ゲート端子に入力信号INが印加され
    る第1のモストランジスタMP31と、第1の出力信号
    OUT31を出力する前記第1のモストランジスタMP
    31のドレイン端子がベース端子に接続された第1のバ
    イポーラトランジスタBN31とで構成される第1のト
    ランジスタ対TBpと、ゲート端子に入力信号INが印
    加される第2のモストランジスタMN31と、第1の出
    力信号OUT31を出力する前記第2のモストランジス
    タMN31のドレイン端子がベース端子に接続された第
    2のバイポーラトランジスタBP31とで構成される第
    2のトランジスタ対TBnからなり、前記第1及び第2
    のバイポーラトランジスタBN31、BP31の共通接
    続されたエミッタ端子から最終出力信号OUTを出力す
    るように連結されることを特徴とする一体型バイシーモ
    ス論理回路。
  2. 【請求項2】  前記第1のトランジスタ対TBpは前
    記第2のトランジスタ対TBnの上部に完全相補形に集
    積されて形成されることを特徴とする請求項1記載の一
    体型バイシーモス論理回路。
  3. 【請求項3】  第1のモストランジスタMP31はP
    形であり、第1のバイポーラトランジスタBN31はN
    PN型であることを特徴とする請求項2記載の一体型バ
    イシーモス論理回路。
  4. 【請求項4】  N形第2のモストランジスタMP31
    はN形であり、第2のバイポーラトランジスタBP31
    はPNP型であることを特徴とする請求項2記載の一体
    型バイシーモス論理回路。
  5. 【請求項5】  第1のトランジスタ対TBpはp− 
    基板40上のn− ウェル41上に形成され、第2のト
    ランジスタ対TBnはp− 基板40上に直接形成され
    ることを特徴とする請求項3記載の一体型バイシーモス
    論理回路。
  6. 【請求項6】  第1のトランジスタ対TBpはn+ 
    埋没層50上のn− エピタシャル層52上に形成され
    、第2のトランジスタ対TBnはp+ 埋没層51上の
    p− エピタシャル層54上に形成されることを特徴と
    する、請求項3記載の一体型バイシーモス論理回路。
  7. 【請求項7】  第1のトランジスタ対TBpはP型第
    1のモストランジスタMP31のドレイン領域42、4
    3がn− ウェル41内にp− 及びp+ の二重拡散
    構造として形成され、p+ ソース領域45がn− ウ
    ェル41内に形成され、NPN型の第1のバイポーラト
    ランジスタBN31のコレクタ領域がn− ウェル41
    となり、前記p− 領域42内にn+ エミッタ領域4
    4が形成されることを特徴とする、請求項5または6記
    載の一体型バイシーモス論理回路。
  8. 【請求項8】  P形第1のモストランジスタMP31
    のp− 及びp+ の二重拡散構造を有する前記ドレイ
    ン領域42、43はNPN型第1のバイポーラトランジ
    スタBN31のベース領域となることを特徴とする、請
    求項7記載の一体型バイシーモス論理回路。
  9. 【請求項9】  第2のトランジスタ対TBnはp− 
    基板40上にN形第2のモストランジスタMN31のド
    レイン端子領域46、47がp−基板40内にn− 及
    びn+ の二重拡散構造として形成され、n− ソース
    領域49がp− 基板40内に形成され、PNP型第2
    のバイポーラトランジスタBP31のコレクタ領域がp
    − 基板40となり、前記n− 領域46内に第2のバ
    イポーラトランジスタBP31のn+ エミッタ領域4
    8が形成されることを特徴とする、請求項5または6記
    載の一体型バイシーモス論理回路。
  10. 【請求項10】  N形第2のモストランジスタMN3
    1のn− 及びn+ の二重拡散構造を有するドレイン
    領域46、47はPNP型第2のバイポーラトランジス
    タBP31のベース領域となることを特徴とする、請求
    項9記載の一体型バイシーモス論理回路。
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