JPS5919476B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPS5919476B2
JPS5919476B2 JP53057184A JP5718478A JPS5919476B2 JP S5919476 B2 JPS5919476 B2 JP S5919476B2 JP 53057184 A JP53057184 A JP 53057184A JP 5718478 A JP5718478 A JP 5718478A JP S5919476 B2 JPS5919476 B2 JP S5919476B2
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transistor
type provided
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JP53057184A
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潤一 西沢
豊 林
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/082Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
    • H03K19/091Integrated injection logic or merged transistor logic

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静電誘導トランジスタあるいは電界効果トラ
ンジスタを駆動用トランジスタとして有する低電力、高
速度で動作し、エピタキシヤルウエフアを使用しなくて
も構成できる半導体集積回路に関する。
高入力インピーダンスであつて次段との直結が行え、駆
動電力をほとんど必要とせず、消費電力が少く、しかも
高密度化が容易で、不飽和型電流、電圧特性を示して変
換コンダクタンスが大きく、ファン・アウト数が多くと
れ、高速度で動作する静電誘導トランジスタは、集積回
路にきわめて適している。
倒立型静電誘導トランジスタを含むI2L相当の回路形
式に構成された静電誘導トランジスタ集積回路は、本願
発明者の1人により、たとえば特願昭50−14658
8号及び特願昭51−92467号において提案され、
基本回路部の等価回路は第1図aのように示され、その
構造の一例は第1図bの如くなる。第1図は1入力、2
出力の場合である。pf領域1、2がインジェクタとし
て動作するラテラル・バイポーラトランジスタのエミッ
タ、コレクタである。
pf領域2は同時に倒立型静電誘導トランジスタのゲー
トでもある。3は静電誘導トランジスタのソースでn+
基板もしくはn+埋め込み領域である。
n+領域5,5′が静電誘導トランジスタのドレインで
ある。第1図bのようなマスク4枚、拡散の標準プロセ
スで低電流領域では0.002PJの電力遅延積及び消
費電力100μW程度で最小遅延時間4〜5nSCが得
られている。標準プロセスによる静電誘導トランジスタ
の集積回路の最小遅延時間は、変形12Lの代表でもあ
るVIL(VerticalInjectiOnLeg
一Ic)やSSL(Self−AlignedSupu
rIn一JectiOnLOgic)を超える値を与え
ており、電力遅延積ではILで0.07PJ,.SSL
刊.06PJであることから、1/30以下になつてい
る。ラテラル・バイポーラトランジスタの電流輸送率が
比較的大きくできること、ゲート抵抗を増加させずにゲ
ート容量を小さくできること、ソースよりドレインの面
積の大きい倒立型構造においても、静電誘導トランジス
タはキヤリア流を集束する効果を備えていて変換コンダ
クタンスが大きいことなどが、こうした良好な性能の原
因である。しかし、これでも従来の静電誘導トランジス
タ集積回路速度限界があり、この原因は、インバータ動
作する静電誘導トランジスタのゲートからチヤンネルお
よびゲートの外周の基板表面へ注入された過剰少数キヤ
リアの蓄積効果である。静電誘導トランジスタまたは電
界効果トランジスタは本来電圧制御型テバイスであるか
ら、ゲートからのキヤリア注入が存在しなくても導通状
態に変化する。もちろん、ゲートからの適度な少数キヤ
リア注入が、ソースからのキヤリア注入を促進して、導
通状態での抵抗値を小さくして、小さな面積のチヤンネ
ルでも大電流を流して、スイツチング速度を向上させる
ことはあるが、過度に少数キヤリアが注入されるとその
IC構造に帰因するゲートの外周での少数キヤリアの蓄
積効果により、動作速度は低下する。チヤンネル内での
少数キヤリアの蓄積はトランジスタの導通状態での抵抗
値を下げる効果もあり、しかも量は少なく理論的に最適
設計も可能であるが、第1図の平面図においてゲート2
の外側および、断面図においてゲート2とn+領域3と
の間にはチヤンネル内よりも更に多量の少数キヤリアが
蓄積されている。
このため導通状態となつている静電誘導トランジスタを
遮断状態へもう1つの静電誘導トランジスタで駆動する
ときにはこのチヤンネル外に蓄積された多量の少数キヤ
リアを引き出すために動作速度は大幅に低下する。従来
の12Lでは駆動用トランジスタもバイポーラトランジ
スタであつたためこのゲートに相当するベースの外側又
は下側での少数キヤリアの蓄積も動作上最少限度の量は
生じても止むを得ないものとされていたが、駆動用トラ
ンジスタが、静電誘導トランジスタかあるいは電界効果
トランジスタである場合は、このいわば2次的と言える
少数キヤリアの蓄積は除去されても動作原理上差しつか
えないものであり、却つてその除去は高速化して大きく
寄与するものである。更に高速化を阻害するもう一つの
原因として、ラテラルバイポーラトランジスタのベース
幅がホトエツチングの寸法で決められているために、ベ
ース幅の値は一定の限界値以下にはできず、たとえ上記
の少数キヤリアの蓄積による速度の低下が回避されたと
しても、入力端子から見た回路の入力容量は大きく、更
に駆動用トランジスタのゲートへの充電々流のラテラル
バイポーラトランジスタによる供給速度は遅い。一方、
バイポーラ集積回路がMOS集積回路に較べて収率の悪
い原因として、工程数の多いことと共にエピタキシヤル
ウエフアの使用が挙げられているが、第1図の構造もエ
ピタキシヤルウエフアを使用せざるを得ない。従つて、
この回路の収率も高収率MOS集積回路から見れば、不
利であるといえる。本発明の目的は、叙上の欠点を除去
した静電誘導トランジスタあるいは電界効果トランジス
タを有し、低電力でしかも高速度で動作しエピタキシヤ
ルウエフアを使用せずに構成可能な半導体集積回路を提
供することにある。
この目的を実現するために本発明では、第1導電形の半
導体基板と該基板表面に設けられた逆導電形のゲート領
域と、前記ゲート領域内に設けられた第1導電形のチヤ
ンネル領域と、前記ゲート領域表面に前記チヤンネル領
域と接して設けられた第1導電形のドレイン領域と、前
記チヤンネル領域に接し、前記ゲート領域表面に少なく
とも一部設けられた第1導電形のソース領域と、前記ゲ
ート領域表面に少なくとも一部設けられた第1導電形の
ベース領域と、前記ベース領域表面に設けられた逆導電
形のエミツタ領域とから成る静電誘導トランジスタ乃至
電界幼果トランジスタおよびバイポーラトランジスタを
含む基本回路により、従来のラテラルトランジスタを二
重拡散型化して高周波特性を改善し、少数キヤリアのゲ
ート領域外側への蓄積を最小限に抑えた構造を提供する
第2図は本発明の実施例を示し、チヤンネル12cはゲ
ート14とソース11aとが同電位の場合に空乏状態に
あるような不純物濃度および厚みに設計される。例えば
不純物の平均濃度が1016cm−3の場合、チヤンネ
ルの厚さは約0.3μ以下であればこの条件が満足され
る。この厚さおよび不純物濃度はイオン注入および二重
拡散技術で充分制御よく実現可能である。図示された各
領域の説明を行うと11は第1の導電形を有する半導体
基板、14bは逆導電形のゲート領域であり、静電誘導
トランジスタ乃至電界効果トランジスタQDl,QD2
に共通である。領域14bは更にバイポーラトランジス
タQpのコレクタ領域にも共用されている。領域14a
は二重拡散によつてチヤンネル12cを形成するために
設けられた逆導電形の高濃度領域であり、この集積回路
の入力端子とオーム性接続を設けるためと、表面反転に
よる漏洩電流を避けるためにも設けられている。
この逆導電形高濃度不純物領域はこれと同時にバイポー
ラトランジスタQpのエミツタを形成するのにも有用で
ある。バイポーラトランジスタQpのベース12bは半
導体主面からのイオン注入又は不純物拡散によつて形成
することができるためベースに組み込み電界を形成する
ことができ、しかも厚さを薄く形成することができるの
で、バイポーラトランジスタの高周波特性を向上させる
ことができる。これは従来型のI2Lの速度が前記の少
数キヤリアの過剰蓄積電荷と負荷に用いているラテラル
トランジスタの周波数限界によつて制限されていたのに
対して有用なる解決となる。さて、この構造において更
に少数キヤリアの過剰蓄積電荷を除去して高速化し、更
に領域15,12b,14b,11(基板)との間のS
CR効果によるラツチアツプ現象をなくすためにシヨツ
トキダイオードを設けるときはトランジスタQpのベー
ス上にゲート14aから連続して金属薄膜14を接着し
、ベース領域との間にシヨツトキ接合を形成する。
この場合、トランジスタQDl,QD2のソースとバイ
ポーラトランジスタQpのベースは同一導電形領域を連
続させることによつて接続することができ、このような
平面配置により電界効果トランジスタのゲートとソース
間にシヨツトキダイオードを接続することができるので
、バイポーラトランジスタQpの飽和と電界効果トラン
ジスタのゲート外周での少数キヤリアの過剰蓄積電荷の
両方を除去する為に有効なシヨツトキダイオードの配置
である。図において11bはエミツタ15から不必要な
方向への少数キヤリアの注入を避けるために設けられた
第1導電形の高不純物濃度領域である。領域13は接合
形電界効果トランジスタの高不純物濃度領域である。第
3図は、バイポーラトランジスタのベース領域12b、
ソース領域11aが基板11と連続した場合の平面図が
例示されているが、例えば第2図の破線14c,12d
で示されたようにバイポーラトランジスタQpのベース
領域を、領域14bの内部に作り込んでしまい、しかも
接合形電界効果トランジスタQDのソース領域も領域1
4b内に作り込めば基板の電位とは異なつた基準電位を
有するICとして動作させることができるので、基準電
位の異なる複数の回路系を1チツプ内に設けることがで
きる。
このため、現在用いられている5系の電源で数個の基準
電位を有する数段の論理列を設けることができるので、
電源を有効に使用することが可能となる。更にゲート領
域14bの外側の領域11内への少数キヤリアの蓄積も
なくすことができ、高速化が可能である。すなわち、第
1導電形の基板表面に設けられた逆導電形のゲート領域
と、前記ゲート領域内に設けられた第1導電形のチヤン
ネル領域と、前記ゲート領域表面に前記チヤンネル領域
と接して設けられた第1導電形のドレイン領域と、前記
チヤンネル領域に接し、前記ゲート領域表面に少なくと
も一部設けられた第1導電形のソース領域と、前記ゲー
ト領域表面に少なくとも一部設けられた第1導電形のベ
ース領域と、前記ベース領域表面に設けられた逆導電形
のエミツタ領域と、要すれば前記ベース領域表面とシヨ
ツトキ接合を形成するとともに前記ゲート領域表面に連
続して設けられた金属薄膜とから成るバイポーラトラン
ジスタ、要すればシヨツトキダイオードおよび、静電誘
導トランジスタ又は電界効果トランジスタを含む基本回
路は低電力かつ少数キヤリアの蓄積を有しないために高
速でしかも複数の基準電位を有する高電源効率の集積回
路をエピタキシヤルウエフアを用いないで収率よく実現
することができる。本発明の基本回路を用いれば、全て
の論理回路は構成できる。
1入力、2出力の基本回路を2つと1入力、1出力の基
本回路を1つ組み合わせたワイヤドロジツクによるNO
Rゲート、0Rゲートの例を第4図に示す。
A,Bは入力信号、Ssは電源電圧である。このように
、本発明の基本回路を用いれば、低電力で高速動作する
集積回路が構成できる。本発明の構造は、これまで公知
の拡散技術、イオン打ち込み技術、微細加工技術、選択
拡散、選択エツチング、選択酸化技術により製造できる
本発明の基本回路構成を用いた半導体集積回路は、チヤ
ンネルおよびゲートの外周への過度の少数キヤリア注入
が起らす、これまでチヤンネル内、外に注入された過剰
少数キヤリアの蓄積効果によつて制限されていた速度限
界が一挙に克服され、駆動用トランジスタの高速性、低
電力性がそのまま現われて、きわめて低消費電力で高速
度の動作が、・集積度の低下を招かずに実現され、更に
多段の論理レベルを従来の電源電圧内で実現できるので
機能密度は著しく上昇し、その工業的価値はきわめて高
い。
【図面の簡単な説明】
第1図A,bはI2L型静電誘導トランジスタ集積回路
の基本構成例、第2図は本発明の一実施例の断面構造例
、第3図は本発明の他の実施例の平面構造例、第4図は
本発明の論理構成例である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電形の半導体基板と該基板表面に設けられた
    逆導電形のゲート領域と、前記ゲート領域内に設けられ
    た第1導電形のチャンネル領域と、前記ゲート領域表面
    に前記チャンネル領域と接して設けられた第1導電形の
    ドレイン領域と、前記チャンネル領域に接し、前記ゲー
    ト領域表面に少なくとも一部設けられた第1導電形のソ
    ース領域と、前記ゲート領域表面に少なくとも一部設け
    られた第1導電形のベース領域と、前記ベース領域表面
    に設けられた逆導電形のエミッタ領域とから成る静電誘
    導トランジスタあるいは電界効果トランジスタおよびバ
    イポーラトランジスタを含む基本回路を少なくとも一部
    に含むことを特徴とする半導体集積回路。 2 第1導電形の半導体基板と該基板表面に設けられた
    逆導電形のゲート領域と、前記ゲート領域内に設けられ
    た第1導電形のチャンネル領域と、前記ゲート領域表面
    に前記チャンネル領域と接して設けられた第1導電形の
    ドレイン領域と、前記チャンネル領域に接し、前記ゲー
    ト領域表面に少なくとも一部設けられた第1導電形のソ
    ース領域と、前記ゲート領域表面に少なくとも一部設け
    られた第1導電形のベース領域と、前記ベース領域表面
    に設けられた逆導電形のエミッタ領域と、前記ベース領
    域表面とショットキ接合を形成するとともに前記ゲート
    領域表面に連続して設けられた金属薄膜とから成る静電
    誘導トランジスタあるいは電界効果トランジスタ、バイ
    ポーラトランジスタ、およびショットキダイオードを含
    む基本回路を少なくとも一部に含むことを特徴とする前
    記特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回路。
JP53057184A 1978-05-16 1978-05-16 半導体集積回路 Expired JPS5919476B2 (ja)

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JPS54149484A JPS54149484A (en) 1979-11-22
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