JPS626658B2 - - Google Patents

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JPS626658B2
JPS626658B2 JP55012656A JP1265680A JPS626658B2 JP S626658 B2 JPS626658 B2 JP S626658B2 JP 55012656 A JP55012656 A JP 55012656A JP 1265680 A JP1265680 A JP 1265680A JP S626658 B2 JPS626658 B2 JP S626658B2
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base
layers
emitter
terminal
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JP55012656A
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JPS56110257A (en
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Shoichi Shimizu
Kenichi Torii
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS626658B2 publication Critical patent/JPS626658B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L27/04Devices 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
    • H01L27/08Devices 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
    • H01L27/082Devices 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 including bipolar components only
    • H01L27/0823Devices 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 including bipolar components only including vertical bipolar transistors only

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ECL等の差動型トランジスタ回
路装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a differential transistor circuit device such as an ECL.

従来、高速の論理回路としてはECLが一般的
であつた。ECLはバイポーラトランジスタを用
い、通常差動トランジスタ対を基本とし、その一
方のトランジスタを動作状態にすることで負荷に
“1”または“0”状態を作り出すものである。
ECLでは、差動トランジスタ対に流れる電流は
通常、電流源によつて一定値に定められているた
め、トランジスタを非飽和状態で動作させること
ができ、非常に速い論理動作が可能である。
Conventionally, ECL has been common as a high-speed logic circuit. ECL uses bipolar transistors, usually based on a differential transistor pair, and creates a "1" or "0" state in the load by activating one transistor.
In ECL, the current flowing through the differential transistor pair is usually set to a constant value by a current source, so the transistors can be operated in a non-saturated state, allowing very fast logic operations.

ECLを用いたOR(NOR)ゲートとAND
(NAND)ゲートの基本構成を第1図a,bに示
す。いずれも、トランジスタQ11〜Q14、抵抗
R1,R2、および定電流源Iからなる。定電流源
Iは通常トランジスタと抵抗で構成される。
OR (NOR) gate and AND using ECL
The basic configuration of a (NAND) gate is shown in Figures 1a and 1b. In both cases, transistors Q 11 to Q 14 and resistors
It consists of R 1 , R 2 , and constant current source I. Constant current source I is usually composed of a transistor and a resistor.

ところで、ECLはMOS論理回路と異なり、集
積回路化する場合に素子分離を必要とし、またゲ
ート回路の素子数も比較的多いため、集積回路化
したときに占有面積が大きくなること、電流を常
時流すために消費電力が大きいこと、等の問題が
あつた。
By the way, unlike MOS logic circuits, ECL requires element isolation when integrated into a circuit, and the number of elements in the gate circuit is relatively large, so when integrated into an integrated circuit, it occupies a large area and requires constant current flow. There were problems such as the high power consumption required for the flow.

例えば第1図のようなゲート回路を構成するト
ランジスタの構造は通常第2図a,bのようにな
る。1はp型Si基板、2はコレクタとなるn型エ
ピタキシヤル層でこれにp型ベース層3、n+
エミツタ層4が設けられる。5はn+型埋込み
層、6はn+型コレクタ端子取出し層であり、7
はp+型素子分離層である。このような構造のト
ランジスタをそれぞれ素子分離して一体的に集積
して例えば第1図bのNANDゲートを構成したと
き、そのパターンは第3図のようになる。第3図
のトランジスタQ15と抵抗R3が定電流源Iとして
用いられている。第3図で斜線を施した部分が素
子分離領域であつて、集積回路全体の中でかなり
の面積を占有していることがわかる。
For example, the structure of a transistor constituting a gate circuit as shown in FIG. 1 is normally as shown in FIGS. 2a and 2b. 1 is a p-type Si substrate, 2 is an n-type epitaxial layer serving as a collector, and a p-type base layer 3 and an n + type emitter layer 4 are provided on this. 5 is an n + type buried layer, 6 is an n + type collector terminal extraction layer, and 7
is a p + type device isolation layer. When the transistors having such a structure are separated into elements and integrally integrated to form, for example, the NAND gate shown in FIG. 1B, the pattern becomes as shown in FIG. 3. Transistor Q 15 and resistor R 3 of FIG. 3 are used as constant current source I. It can be seen that the shaded area in FIG. 3 is the element isolation region, which occupies a considerable area in the entire integrated circuit.

このようなECLの難点を解決するものとし
て、I2Lが発明されてかなり注目されているが、
I2Lは動作速度が遅く、ECL動作領域では用をな
さない。
I2L was invented and is attracting a lot of attention as a solution to these difficulties with ECL.
I 2 L has a slow operating speed and is useless in the ECL operating region.

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
集積回路化したときにその占有面積を大幅に削減
することができ、もつて信頼性向上とコストダウ
ンを図ることができる差動型トランジスタ回路装
置を提供するものである。
This invention was made in view of the above points,
The present invention provides a differential transistor circuit device that can significantly reduce the area occupied when integrated into an integrated circuit, and improve reliability and reduce costs.

この発明は、ECL等に用いられる差動トラン
ジスタ対を、半導体基板の素子分離された一つの
島領域のコレクタ層内に複数のベース層と複数の
エミツタ層を有し、かつコレクタ層から複数のコ
レクタ端子を導出した複合トランジスタ構造とす
ることを骨子としている。
This invention provides a differential transistor pair used for ECL etc., which has a plurality of base layers and a plurality of emitter layers in the collector layer of one island region of a semiconductor substrate separated from each other, and a plurality of emitter layers from the collector layer. The main idea is to have a composite transistor structure with a lead-out collector terminal.

この発明の一実施例の複合トランジスタ構造を
第4図a,bに示す。図において、11はp型Si
基板、12はn型エピタキシヤル層であり、p+
型素子分離層13により分離された1つの島領域
内のn型エピタキシヤル層12をコレクタ層と
し、その内に独立した2つのp型ベース層14
,14を設け、それぞれのベース層14
14内にn+型エミツタ層15,15を設
けている。各ベース層14,14に対向して
基板11とn型エピタキシヤル層12の間には
n+型埋込み層16,16が設けられてお
り、表面からそれぞれn+型埋込み層16,1
に達する深さにn+型コレクタ端子取出し層
17,17を拡散形成して、2つのコレクタ
端子C1,C2を導出している。2つのベース層1
,14からも独立にベース端子B1,B2
導出し、また2つのエミツタ層15,15
らは共通にエミツタ端子Eを導出している。
A composite transistor structure according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. 4a and 4b. In the figure, 11 is p-type Si
The substrate 12 is an n-type epitaxial layer, p +
An n-type epitaxial layer 12 in one island region separated by a type element isolation layer 13 is used as a collector layer, and two independent p-type base layers 14 are formed within the collector layer.
1 , 14 2 are provided, and respective base layers 14 1 ,
N + type emitter layers 15 1 and 15 2 are provided within 14 2 . Between the substrate 11 and the n-type epitaxial layer 12, facing each base layer 14 1 , 14 2
N + type buried layers 16 1 and 16 2 are provided, and the n + type buried layers 16 1 and 1 are respectively provided from the surface.
N + -type collector terminal extraction layers 17 1 and 17 2 are formed by diffusion to a depth reaching 6 2 to lead out two collector terminals C 1 and C 2 . 2 base layers 1
Base terminals B 1 and B 2 are led out independently from the base terminals 4 1 and 14 2 , and an emitter terminal E is led out in common from the two emitter layers 15 1 and 15 2 .

この複合トランジスタの等価回路を第5図に示
す。Rs,Csはそれぞれ両コレクタ間に入る寄生
抵抗、寄生容量である。寄生抵抗Rsは1つのコ
レクタ層から2つのコレクタ端子C1,C2を取出
しているために入る、2つのn+型埋込み層16
,16間のn型エピタキシヤル層12の抵抗
分である。寄生抵抗Rsは例えば、n型エピタキ
シヤル層12の比抵抗を2Ω−cm、n+埋込み層
16,16間の距離をL=20μm、p型基板
11からn+型埋込み層16,16が上に突
き出た部分の厚みをt=3.5μm、n+型埋込み層
16,16の対向する幅をw=50μmとする
と、一次近似的にはRs=2.2KΩ程度となる。こ
れは第1図に示す負荷抵抗R1,R2(通常数十〜
数百Ω)に比べて十分大きい。また寄生容量Cs
はn+型埋込み層16,16間に入る容量成
分等からなり、その値は約1pF程度である。この
複合トランジスタは、ECLにおける差動トラン
ジスタ対としてその共通接続したエミツタ端子E
を定電流源に接続して動作させれば、非飽和動作
を行うことになるので、同一エピタキシヤル層内
に2個の独立したベース層を設けてあるがラテラ
ルPNPトランジスタ動作をおこす心配はなく、ま
た2個のベース層間をパンチスルーをおこさない
程度に離しておくことにより、2個の独立したト
ランジスタとして動作させることができる。
An equivalent circuit of this composite transistor is shown in FIG. Rs and Cs are the parasitic resistance and parasitic capacitance between the two collectors, respectively. The parasitic resistance Rs is caused by the two n + type buried layers 16, which are introduced because the two collector terminals C 1 and C 2 are taken out from one collector layer.
This is the resistance of the n-type epitaxial layer 12 between 1 and 162 . For example, the parasitic resistance Rs is such that the specific resistance of the n-type epitaxial layer 12 is 2 Ω-cm, the distance between the n + buried layers 16 1 and 16 2 is L = 20 μm, and the distance from the p-type substrate 11 to the n + buried layer 16 1 , Assuming that the thickness of the upwardly protruding portion of the layer 162 is t=3.5 μm, and the width of the opposing n + type buried layers 16 1 and 162 is w=50 μm, Rs=2.2 KΩ in a first-order approximation. This is due to the load resistances R 1 and R 2 (usually several tens to
(several hundred Ω). Also, the parasitic capacitance Cs
is composed of a capacitance component inserted between the n + type buried layers 16 1 and 16 2 , and its value is about 1 pF. This composite transistor is used as a differential transistor pair in ECL with its commonly connected emitter terminal E.
If it is connected to a constant current source and operated, it will perform non-saturated operation, so there is no need to worry about lateral PNP transistor operation even though two independent base layers are provided in the same epitaxial layer. Furthermore, by separating the two base layers to an extent that punch-through does not occur, the transistors can be operated as two independent transistors.

このような複合トランジスタを用いたECLに
よりOR(NOR)ゲート、AND(NAND)ゲート
を構成した場合の等価回路を第1図a,bにそれ
ぞれ対応させて第6図a,bに示す。前述の寄生
抵抗、寄生容量成分は無視してある。第1図の差
動トランジスタ対Q11,Q12が複合トランジスタ
Q101に置き換わり、同様に差動トランジスタ対
Q13,Q14が複合トランジスタQ102に置き換つた形
になる。
Equivalent circuits when OR (NOR) gates and AND (NAND) gates are constructed by ECL using such composite transistors are shown in FIGS. 6a and 6b, corresponding to FIGS. 1a and 1b, respectively. The parasitic resistance and parasitic capacitance components mentioned above are ignored. The differential transistor pair Q 11 and Q 12 in Figure 1 is a composite transistor.
Replaces Q 101 and similarly uses a differential transistor pair
Q 13 and Q 14 are replaced with a composite transistor Q 102 .

第6図bのゲートを半導体基板に集積した場合
の模式的平面パターンを第3図に対応させて第7
図に示す。第3図と比較して明らかなように、差
動トランジスタ対を一体化した複合トランジスタ
として構成することで、占有面積の減少が図られ
ている。差動トランジスタ対を1個の複合トラン
ジスタ置き換えることによる面積減少率は約36%
であり、ゲート全体としての面積減少率は約23%
となる。
A schematic planar pattern when the gate of FIG. 6b is integrated on a semiconductor substrate is shown in FIG.
As shown in the figure. As is clear from a comparison with FIG. 3, by configuring the differential transistor pair as an integrated composite transistor, the occupied area is reduced. The area reduction rate by replacing a differential transistor pair with a single composite transistor is approximately 36%.
The area reduction rate for the entire gate is approximately 23%.
becomes.

通常、ECLを用いたゲートは何段も縦続接続
した形で集積回路化されるため、この実施例によ
つて集積回路チツプの面積を大幅に縮少すること
ができる。第4図から明らかなように、複合トラ
ンジスタのコレクタ端子C1,C2は完全に分離さ
れているわけではなく、寄生抵抗Rsで結ばれて
いる。このため定電流源による電流は完全に一方
のコレクタ端子側の負荷抵抗に流れるわけではな
く、オフ状態のコレクタ端子側の負荷抵抗にも流
れ、オフレベルが低下する。しかし、ゲート出力
を差動で取出して次段のゲートに差動で入力する
ことによつて、出力信号を確実に伝達することが
できる。
Normally, gates using ECL are integrated into a circuit in the form of cascading a number of stages, so this embodiment can significantly reduce the area of an integrated circuit chip. As is clear from FIG. 4, the collector terminals C 1 and C 2 of the composite transistor are not completely separated, but are connected by a parasitic resistance Rs. Therefore, the current from the constant current source does not completely flow through the load resistor on the one collector terminal side, but also flows through the load resistor on the collector terminal side in the off state, resulting in a decrease in the off level. However, by differentially extracting the gate output and differentially inputting it to the next stage gate, the output signal can be reliably transmitted.

なお、第4図に示す複合トランジスタに類似の
ものとして、第8図に示す構造が提案されている
(特開昭49―37580号)。これはp型基板21にn
型エピタキシヤル層22を形成し、p+型素子分
離層23で囲まれた島領域にp型ベース層24、
n型エミツタ層25を設けている。そして、ベー
ス層24下に2つのn+型埋込み層26,26
を設け、それぞれからn+型コレクタ端子取出
し層27,27を介して2個のコレクタ端子
C1,C2を導出すると共に、1つのベース層24
のエミツタ層25の両側から2つのベース端子
B1,B2を導出したものである。そして、エミツ
タ層25下のベース幅を非常に狭くすることによ
つて、ベース端子B1,B2のいずれか一方を
“1”、他方を“0”とすることにより、コレクタ
端子C1,C2の一方を動作状態にするというスイ
ツチングを行うものである。しかしながら、スイ
ツチング動作を確実にするために必要とされてい
るベース幅を狭くすることは等価的にベース抵抗
の増大を招き、ひいては動作速度の減少を招く。
またスイツチング動作を確実に行うにはコレクタ
端子C1,C2間の抵抗を十分大きくすることが必
要であり、そのためにはn+型埋込み層26
26間の距離を大きくする必要があるが、これ
に伴つてエミツタ層25も幅広くする必要があ
り、その結果ベース抵抗は更に高くなる。更にベ
ース層24がエミツタ層25により実質的に2つ
の分離されているとはいえ、その分離は完全では
ないから、エミツタ層25から注入された電子を
一方のコレクタ端子側にのみ導くことは困難であ
る。
Incidentally, as a structure similar to the composite transistor shown in FIG. 4, a structure shown in FIG. 8 has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-37580). This is applied to the p-type substrate 21.
A p type epitaxial layer 22 is formed, and a p type base layer 24 is formed in an island region surrounded by a p + type element isolation layer 23.
An n-type emitter layer 25 is provided. Then, two n + type buried layers 26 1 and 26 are provided under the base layer 24.
2 , and two collector terminals are connected through the n + type collector terminal extraction layers 27 1 and 27 2 from each.
C 1 , C 2 and one base layer 24
Two base terminals from both sides of the emitter layer 25 of
B 1 and B 2 are derived. By making the base width under the emitter layer 25 very narrow, one of the base terminals B 1 and B 2 is set to "1" and the other is set to "0", and the collector terminals C 1 and B 2 are set to " 1 " and the other to "0". It performs switching to put one side of C2 into an operating state. However, narrowing the base width required to ensure switching operation equivalently leads to an increase in base resistance, which in turn leads to a decrease in operating speed.
In addition, in order to perform the switching operation reliably, it is necessary to make the resistance between the collector terminals C 1 and C 2 sufficiently large, and for this purpose, the n + type buried layer 26 1 ,
Although it is necessary to increase the distance between 26 and 2 , it is also necessary to increase the width of the emitter layer 25, and as a result, the base resistance becomes even higher. Furthermore, although the base layer 24 is substantially separated into two by the emitter layer 25, the separation is not perfect, so it is difficult to guide electrons injected from the emitter layer 25 only to one collector terminal side. It is.

さらにベース層24と埋込み層26,26
は接触しており、両不純物層とも高濃度のため、
通常のベース、コレクタ耐圧に比較して大巾に耐
圧が低いため使用に制限がある。
Furthermore, the base layer 24 and the buried layers 26 1 and 26 2
are in contact and both impurity layers are highly concentrated, so
Its use is limited because its withstand voltage is much lower than that of normal base and collector voltages.

これに対し、この発明の第4図に示す実施例で
は、2つのベース層14,14は完全に分離
されており、従つてベース幅を狭くする必要がな
く、更に各エミツタ層15,15はそれぞれ
n+型埋込み層16,16上に別々に配置さ
れているため、より完全なスイツチング動作が可
能であるという利点を有する。
In contrast, in the embodiment of the invention shown in FIG . ,15 2 are each
Since they are arranged separately on the n + type buried layers 16 1 and 16 2 , they have the advantage that a more complete switching operation is possible.

第9図a,bはこの発明の別の実施例の複合ト
ランジスタ構造を示している。このでは、p型Si
基板31にn型エピタキシヤル層32を形成し、
p+型素子分離層33で分離された島領域に2個
のp型ベース層34,34を設け、それぞれ
のベース層34,34に2個ずつn+型エミ
ツタ層3511,3512,3521,3522を設けてい
る。36,36はn+型埋込み層でそれぞれ
からn+型コレクタ端子取出し層37,37
を介して2個のコレクタ端子C1,C2を導出して
いる。また図から明らかなように2個のベース層
34,34はそれぞれ2個の埋込み層36
,36上にまたがるように配設され、2個の
エミツタ層3511,3521は埋込み層36
に、別の2個のエミツタ層3512,3522は別の
埋込み層36上にそれぞれ配置されている。そ
してベース層34,34からそれぞれベース
端子B1,B2を導出すると共に、2個のエミツタ
層3511,3522を共通接続して1つのエミツタ
端子E1を導出し、別の2個のエミツタ層3521
3512を共通接続してもう1つのエミツタ端子E2
を導出している。
9a and 9b show a composite transistor structure of another embodiment of the invention. In this case, p-type Si
forming an n-type epitaxial layer 32 on a substrate 31;
Two p - type base layers 34 1 , 34 2 are provided in the island region separated by the p + -type element isolation layer 33 , and two n + -type emitter layers 35 11 , 2 are provided in each base layer 34 1 , 34 2 . 35 12 , 35 21 , and 35 22 are provided. 36 1 and 36 2 are n + type buried layers, and n + type collector terminal extraction layers 37 1 and 37 2 are respectively provided.
Two collector terminals C 1 and C 2 are led out through the terminal. Also, as is clear from the figure, the two base layers 34 1 and 34 2 each have two buried layers 36 .
1 and 36 2 , two emitter layers 35 11 and 35 21 are placed on the buried layer 36 1 , and another two emitter layers 35 12 and 35 22 are placed on another buried layer 36 2. are placed above each. Then, base terminals B 1 and B 2 are led out from the base layers 34 1 and 34 2 , respectively, and the two emitter layers 35 11 and 35 22 are commonly connected to lead out one emitter terminal E 1 and another two. emitter layer 35 21 ,
Connect 35 12 in common and connect another emitter terminal E 2
is derived.

この複合トランジスタでは、ベース端子B1
“1”(高レベル)、ベース端子B2を“0”(低レ
ベル)とすると、電流はコレクタ端子C1からエ
ミツタ端子E1に流れると同時に、コレクタ端子
C2からエミツタ端子E2に流れる。ベース端子
B1,B2に与える電位を逆にすると、電流はコレ
クタ端子C1からエミツタ端子E2に流れ、同時に
コレクタ端子C2からエミツタ端子E1に流れる。
この複合トランジスタの等価回路を第10図に示
し、上述した電流の流れる様子を実線と破線の矢
印で示した。図から明らかなとおり、この複合ト
ランジスタでは、2個のベース端子B1,B2への
信号により、2個のコレクタ端子C1,C2と2個
のエミツタ端子E1,E2との間での電流切換え動
作ができる。
In this composite transistor, when base terminal B 1 is set to "1" (high level) and base terminal B 2 is set to "0" (low level), current flows from collector terminal C 1 to emitter terminal E 1, and at the same time, current flows from collector terminal C 1 to emitter terminal E 1 . terminal
Flows from C 2 to emitter terminal E 2 . base terminal
When the potentials applied to B 1 and B 2 are reversed, current flows from the collector terminal C 1 to the emitter terminal E 2 and at the same time flows from the collector terminal C 2 to the emitter terminal E 1 .
An equivalent circuit of this composite transistor is shown in FIG. 10, and the manner in which the above-mentioned current flows is shown by solid lines and broken arrows. As is clear from the figure, in this composite transistor, signals to the two base terminals B 1 and B 2 cause a connection between the two collector terminals C 1 and C 2 and the two emitter terminals E 1 and E 2 . Current switching operation is possible.

この複合トランジスタを先の実施例の複合トラ
ンジスタと組合せることにより、排他的OR
(NOR)ゲートが第11図のように非常に簡単に
構成できる。従来のECLを用いた排他的OR
(NOR)ゲートは第12図のように構成されてお
り、トランジスタ対Q21,Q22を先の実施例の複
合トランジスタQ201に置換し、トランジスタ対
Q23,Q24とトランジスタ対Q25,Q26をこの実施
例の複合トランジスタQ202に置換した形となる。
第12図では、トランジスタQ23とQ25の組とト
ランジスタQ24とQ26の組はそれぞれコレクタが
共通であるから共通の島領域に作られ、負荷抵抗
と定電流源を除くと島領域は4個となる。これに
対し第11図は2個の島領域で済み、大幅な面積
縮少が図られることがわかる。
By combining this composite transistor with the composite transistor of the previous embodiment, an exclusive OR
(NOR) gate can be constructed very easily as shown in FIG. Exclusive OR using traditional ECL
The (NOR) gate is configured as shown in FIG .
Q 23 , Q 24 and the transistor pair Q 25 , Q 26 are replaced with the composite transistor Q 202 of this embodiment.
In Figure 12, the set of transistors Q 23 and Q 25 and the set of transistors Q 24 and Q 26 each have a common collector, so they are made in a common island area, and if the load resistance and constant current source are removed, the island area is There will be 4 pieces. In contrast, in FIG. 11, only two island regions are required, and it can be seen that the area can be significantly reduced.

第9図の実施例での4個のエミツタ層からのエ
ミツタ端子の取出し方を種々変形することによ
り、第10図に対して、第13図a〜cのような
種々の態様で電流切換等の動作を行うフアンクシ
ヨン素子としての複合トランジスタが得られる。
第13図aはエミツタ層3511と3521から共通
にエミツタ端子E1を取出し、エミツタ層3512
3522から共通にエミツタ端子E2を取出した場
合、同図bはエミツタ層3511,3512,35
21,3522からそれぞれ独立にエミツタ端子E1
E4を取出した場合である。これらでは、ベース
端子B1,B2を選択することにより実線と破線で
示したような電流切換動作が可能となる。また第
13図cは4個のエミツタ層を全て共通接続して
1個のエミツタ端子Eを取出した場合で、いずれ
のベース端子を選んでも2個のコレクタ端子
C1,C2が共に動作状態になる。
By variously modifying the way in which the emitter terminals are taken out from the four emitter layers in the embodiment shown in FIG. 9, current switching, etc. can be achieved in various ways as shown in FIGS. 13 a to c compared to FIG. A composite transistor as a function element that performs the following operations is obtained.
FIG. 13a shows the case where the emitter terminal E 1 is taken out in common from the emitter layers 35 11 and 35 21 , and the emitter terminal E 2 is taken out in common from the emitter layers 35 12 and 35 22 , and the same figure b shows the emitter layer 35 11 , 35 12 , 35
21 , 35 and 22 independently from the emitter terminal E 1 ~
This is the case when E 4 is taken out. In these, by selecting base terminals B 1 and B 2 , current switching operations as shown by solid lines and broken lines are possible. Also, Fig. 13c shows the case where all four emitter layers are commonly connected and one emitter terminal E is taken out, and no matter which base terminal is selected, two collector terminals are connected.
Both C 1 and C 2 become active.

第14図a,bはこの発明の更に別の実施例の
複合トランジスタの構造を示すものである。この
実施例では、p型Si基板41に形成されたn型エ
ピタキシヤル層42のp+型素子分離層43で分
離された島領域に3個のp型ベース層44〜4
を設け、ベース層44に2個のn+型エミ
ツタ層45,45を設け、ベース層44
44にそれぞれ1個ずつのエミツタ層45
45を設けている。46,46はn+型埋
込み層でそれぞれからn+型コレクタ端子取出し
層47,47を介してコレクタ端子C1,C2
を導出している。中心のベース層44は2個の
埋込み層46,46上にまたがるように設け
られ、その両側のベース層44,44はそれ
ぞれ埋込み層46,46にのみ対向するよう
に設けられており、各ベース層からは独立にベー
ス端子B1,B2,B3を導出している。エミツタ層
は全て共通接続して1個のエミツタ端子Eを導出
している。
FIGS. 14a and 14b show the structure of a composite transistor according to yet another embodiment of the invention. In this embodiment, three p-type base layers 44 1 to 4 are formed in island regions separated by a p + type element isolation layer 43 of an n-type epitaxial layer 42 formed on a p-type Si substrate 41.
4 3 is provided, two n + type emitter layers 45 1 , 45 2 are provided on the base layer 44 1 , and the base layer 44 2 ,
44 3 and one emitter layer 45 3 ,
454 is provided. 46 1 and 46 2 are n + type buried layers, and collector terminals C 1 and C 2 are connected to them through n + type collector terminal extraction layers 47 1 and 47 2 , respectively.
is derived. The base layer 44 1 at the center is provided so as to span over the two buried layers 46 1 and 46 2 , and the base layers 44 2 and 44 3 on both sides thereof are arranged so as to face only the buried layers 46 1 and 46 2 , respectively. Base terminals B 1 , B 2 , and B 3 are independently led out from each base layer. All the emitter layers are commonly connected to lead out one emitter terminal E.

この複合トランジスタの等価回路は第15図の
ように表わされる。2個の埋込み層46,46
の両方に対向する中心のベース層44から取
出されたベース端子B1がメインであり、このメ
インベース端子B1を“1”にすることにより、
2個のコレクタ端子C1,C2が共に動作状態にな
る。残りのベース端子B2,B3はコントロール用
であつて、B2を“1”にすれば一方のコレクタ
端子C1のみが動作状態となり、B3を“1”にす
れば他方のコレクタ端子C2のみが動作状態にな
る。
The equivalent circuit of this composite transistor is shown in FIG. Two buried layers 46 1 , 46
The base terminal B 1 taken out from the central base layer 44 1 facing both of 2 is the main, and by setting this main base terminal B 1 to "1",
Both collector terminals C 1 and C 2 become operational. The remaining base terminals B 2 and B 3 are for control, and when B 2 is set to "1", only one collector terminal C 1 becomes operational, and when B 3 is set to "1", the other collector terminal becomes active. Only C 2 becomes operational.

第16図は第14図の実施例のパターンを変形
したもので、基本構成は第14図と同じである。
従つて第14図と対応する部分に第14図と同じ
符号を付して説明を省くが、このパターン変形に
より面積の縮少が図られる。
FIG. 16 is a modification of the pattern of the embodiment shown in FIG. 14, and the basic configuration is the same as that in FIG. 14.
Therefore, portions corresponding to those in FIG. 14 are given the same reference numerals as in FIG. 14, and explanation thereof will be omitted, but the area can be reduced by this pattern modification.

以上に説明した各実施例の複合トランジスタを
組合せて、セツトリセツト端子付きマスタースレ
ーブ型Dタイプフリツプフロツプを集積回路化し
た実施例の等価回路を第17図に示す。比較のた
め従来のECLを用いた同じ機能のフリツプフロ
ツプの等価回路を第18図に示し、対応する部分
に同じ符号を付した。従来のトランジスタQ37
Q38,Q43,Q46を第15図の等価回路で示される
第14図あるいは第16図の実施例の複合トラン
ジスタQ301として一体化し、トランジスタQ35
Q36,Q44,Q47を同様の複合トランジスタQ302
して一体化し、またトランジスタQ33,Q48を第
4図の実施例の複合トランジスタQ303として一体
化し、トランジスタQ34,Q45を同様の複合トラ
ンジスタQ304として一体化している。また、トラ
ンジスタQ32,Q42とQ31,Q41はそれぞれ1個の
トランジスタにまとめている。こうして、第18
図に比べ、第17図の構成とすることによりチツ
プ面積の大幅な削減が図られる。また、第17図
の構成は、マスクパターンでの対称性がよく従来
に比べてAl配線がやりやすいという利点もも
つ。
FIG. 17 shows an equivalent circuit of an embodiment in which a master-slave type D flip-flop with a set-reset terminal is integrated into an integrated circuit by combining the composite transistors of the respective embodiments described above. For comparison, an equivalent circuit of a flip-flop with the same function using conventional ECL is shown in FIG. 18, and corresponding parts are given the same reference numerals. Conventional transistor Q 37 ,
Q 38 , Q 43 , and Q 46 are integrated as a composite transistor Q 301 of the embodiment shown in FIG. 14 or FIG. 16 shown in the equivalent circuit of FIG. 15, and the transistors Q 35 ,
Q 36 , Q 44 and Q 47 are integrated as a similar composite transistor Q 302 , transistors Q 33 and Q 48 are integrated as a composite transistor Q 303 of the embodiment shown in FIG. 4, and transistors Q 34 and Q 45 are similarly integrated. It is integrated as a composite transistor Q 304 . Further, transistors Q 32 and Q 42 and Q 31 and Q 41 are each combined into one transistor. Thus, the 18th
Compared to the diagram, the configuration shown in FIG. 17 allows a significant reduction in chip area. Furthermore, the structure shown in FIG. 17 has the advantage that the mask pattern has good symmetry and Al wiring is easier to perform than in the conventional structure.

第19図は1/3プリスケーラにこの発明を適用
した場合の等価回路である。図のフリツプフロツ
プFF1,FF2として第18図の構成を用い、AND
ゲートとして第6図bの等価回路で説明した構成
を用いており、このように回路規模が大きくなれ
ばなる程、この発明による面積削減の効果が大き
くなる。
FIG. 19 shows an equivalent circuit when the present invention is applied to a 1/3 prescaler. Using the configuration shown in FIG. 18 as the flip-flops FF 1 and FF 2 in the diagram, AND
The configuration described in the equivalent circuit of FIG. 6B is used as the gate, and the larger the circuit scale, the greater the area reduction effect of the present invention becomes.

第20図は従来のセツトリセツト付きラツチ回
路を示しているが、この構成も、同様の原理で6
個のトランジスタQ51〜Q56を1つの島領域に作
ることが可能であり、面積削減に大きな効果が得
られる。
Figure 20 shows a conventional latch circuit with set-reset, and this configuration is also based on the same principle.
It is possible to form transistors Q 51 to Q 56 in one island region, and a large effect in area reduction can be obtained.

なお、以上の実施例では、エピタキシヤル層を
利用したが、この発明はエピタキシヤルウエハを
用いず、コレクタ層を不純物拡散で形成すること
でも実施できる。また以上の実施例での複合トラ
ンジスタは全てコレクタ端子が2個であつたが、
必要に応じて3個以上のコレクタ端子を導出して
もよいし、更に複合トランジスタをPNP構造とし
てもよい。
In the above embodiments, an epitaxial layer is used, but the present invention can also be implemented by forming the collector layer by impurity diffusion without using an epitaxial wafer. Furthermore, all the composite transistors in the above embodiments had two collector terminals, but
If necessary, three or more collector terminals may be derived, and the composite transistor may have a PNP structure.

以上詳述したようにこの発明によれば、差動ト
ランジスタ対を、半導体基板の素子分離された一
つの島領域のコレクタ層内に複数のベース層と複
数のエミツタ層を有し、かつコレクタ層から複数
のコレクタ端子を導出した複合トランジスタ構造
とすることにより、ECLを基本とする各種ゲー
ト、フリツプフロツプ、ラツチその他の回路を集
積回路化したとき従来に比べて大幅に占有面積の
減少が図られる。しかも従来のバイポーラ集積回
路プロセスに何ら特別なプロセスを付加する必要
はなく、素子数の削減、コンタクトホールの減少
をもたらし、もつて集積回路の信頼性向上、コス
トダウンが図られる。
As described in detail above, according to the present invention, the differential transistor pair has a plurality of base layers and a plurality of emitter layers in the collector layer of one island region of a semiconductor substrate, and the collector layer By creating a composite transistor structure with multiple collector terminals derived from the ECL, when various gates, flip-flops, latches, and other circuits based on ECL are integrated into an integrated circuit, the area occupied can be significantly reduced compared to conventional circuits. Moreover, there is no need to add any special process to the conventional bipolar integrated circuit process, and the number of elements and contact holes are reduced, thereby improving the reliability of the integrated circuit and reducing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a,bはそれぞれ従来のECLを用いた
OR(NOR)ゲート、AND(NAND)ゲートを示
す図、第2図a,bは従来のトランジスタ構造を
示す模式的平面図とそのイ―イ′断面図、第3図
は従来のトランジスタを用いて第1図bを集積回
路化したときの平面パターン、第4図a,bはこ
の発明の一実施例の複合トランジスタ構造を示す
模式的平面図とそのロ―ロ′断面図、第5図はそ
の複合トランジスタの等価回路図、第6図a,b
は同じくその複合トランジスタを用いたOR
(NOR)ゲートとAND(NAND)ゲートを第1図
a,bに対応させて示す等価回路図、第7図は第
6図bのゲートを集積回路化したときの平面パタ
ーン、第8図は上記実施例と類似する従来のスイ
ツチングトランジスタ構造を示す図、第9図a,
bはこの発明の別の実施例の複合トランジスタ構
造を示す模式的平面図とそのハ―ハ′断面図、第
10図はその複合トランジスタの等価回路図、第
11図はその複合トランジスタを用いて構成した
排他的OR(NOR)ゲートの等価回路図、第12
図は比較のために示す従来の排他的OR(NOR)
ゲートの等価回路図、第13図a〜cは上記実施
例でのエミツタ配線の変形により得られる各種フ
アンクシヨン素子としての複合トランジスタの等
価回路図、第14図a,bはこの発明の更に別の
実施例の複合トランジスタ構造を示す模式的平面
図とそのニ―ニ′断面図、第15図はその複合ト
ランジスタの等価回路図、第16図は第14図a
を変形した模式的平面図、第17図は第5図と第
15図の等価回路で示される複合トランジスタを
組合せて構成したセツトリセツト端子付きマスタ
ースレーブ型Dタイプフリツプフロツプの等価回
路図、第18図は比較のために示す従来の同じ機
能のフリツプフロツプの等価回路図、第19図は
第17図のフリツプフロツプと第6図aのOR
(NOR)ゲートを組合せた1/3プリスケーラの等
価回路図、第20図はこの発明を適用して効果が
大きい従来のラツチ回路の等価回路図である。 11,31,41…p型Si基板、12,32,
42…n型エピタキシヤル層、13,33,43
…p+型素子分離層、14,14,34
34,44,44,44…p型ベース
層、15,15,3511,3512,3521
3522,45,45,45…n+型エミツタ
層、16,16,36,36,46
46…n+型埋込み層、17,17,37
,37,47,47…n+型コレクタ端
子取出し層、C1,C2…コレクタ端子、B1,B2
B3…ベース端子、E,E1,E2,E3,E4…エミツ
タ端子、Q101,Q102,Q201,Q202,Q301,Q302
Q303,Q304…複合トランジスタ。
Figures 1a and b are each using conventional ECL.
Diagrams showing OR (NOR) gates and AND (NAND) gates; Figures 2a and b are schematic plan views showing the conventional transistor structure and their E-A cross-sectional views; Figure 3 is a diagram showing the conventional transistor structure. FIG. 4a and b are a schematic plan view showing a composite transistor structure according to an embodiment of the present invention, and a cross-sectional view thereof, and FIG. are equivalent circuit diagrams of the composite transistor, Fig. 6a, b
is also an OR using that composite transistor
An equivalent circuit diagram showing a (NOR) gate and an AND (NAND) gate corresponding to Figures 1a and b, Figure 7 is a plane pattern when the gate in Figure 6b is integrated into an integrated circuit, and Figure 8 is A diagram showing a conventional switching transistor structure similar to the above embodiment, FIG. 9a,
b is a schematic plan view showing a composite transistor structure according to another embodiment of the present invention and its cross-sectional view, FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of the composite transistor, and FIG. Equivalent circuit diagram of the constructed exclusive OR (NOR) gate, 12th
Figure shows traditional exclusive OR (NOR) for comparison
13a to 13c are equivalent circuit diagrams of the gate, and FIGS. 13a to 13c are equivalent circuit diagrams of composite transistors as various function elements obtained by modifying the emitter wiring in the above embodiment. FIGS. A schematic plan view and a knee' cross-sectional view showing the composite transistor structure of the example, FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of the composite transistor, and FIG. 16 is a diagram of FIG. 14a.
17 is an equivalent circuit diagram of a master-slave type D-type flip-flop with a set-reset terminal constructed by combining the composite transistors shown in the equivalent circuits of FIGS. 5 and 15. Figure 18 is an equivalent circuit diagram of a conventional flip-flop with the same function for comparison, and Figure 19 is an OR of the flip-flop in Figure 17 and Figure 6a.
FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of a 1/3 prescaler combining (NOR) gates, and FIG. 20 is an equivalent circuit diagram of a conventional latch circuit to which the present invention is applied to a large effect. 11, 31, 41...p-type Si substrate, 12, 32,
42...n-type epitaxial layer, 13, 33, 43
...p + type element isolation layer, 14 1 , 14 2 , 34 1 ,
34 2 , 44 1 , 44 2 , 44 3 ... p-type base layer, 15 1 , 15 2 , 35 11 , 35 12 , 35 21 ,
35 22 , 45 1 , 45 2 , 45 3 ... n + type emitter layer, 16 1 , 16 2 , 36 1 , 36 2 , 46 1 ,
46 2 ... n + type buried layer, 17 1 , 17 2 , 37
1 , 37 2 , 47 1 , 47 2 ... n + type collector terminal extraction layer, C 1 , C 2 ... collector terminal, B 1 , B 2 ,
B 3 ... Base terminal, E, E 1 , E 2 , E 3 , E 4 ... Emitter terminal, Q 101 , Q 102 , Q 201 , Q 202 , Q 301 , Q 302 ,
Q 303 , Q 304 ...Composite transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 差動トランジスタ対を構成要素とする差動型
トランジスタ回路装置において、前記差動トラン
ジスタ対は、半導体基板の素子分離された一つの
島領域のコレクタ層内に複数のベース層と複数の
エミツタ層を設け、かつ前記コレクタ層から複数
のコレクタ端子を導出すると共に前記各ベース層
からそれぞれベース端子を導出し、さらに前記各
エミツタ層から共通にエミツタ端子を導出した複
合トランジスタ構造としたことを特徴とする差動
型トランジスタ回路装置。 2 複合トランジスタ構造は、コレクタ層中に2
個の高濃度埋込み層を設けて各埋込み層から高濃
度コレクタ端子取出し層を介してそれぞれコレク
タ端子を導出し、前記各埋込み層上にそれぞれベ
ース層を設けて各ベース層からそれぞれベース端
子を導出し、前記各ベース層内にそれぞれエミツ
タ層を設けて各エミツタ層から共通にエミツタ端
子を導出したものである特許請求の範囲第1項記
載の差動型トランジスタ回路装置。 3 複合トランジスタ構造は、コレクタ層中に2
個の高濃度埋込み層を設けて各埋込み層から高濃
度コレクタ端子取出し層を介してそれぞれコレク
タ端子を導出し、前記2個の埋込み層上にまたが
るように2個のベース層を設けて各ベース層から
それぞれベース端子を導出し、前記各ベース層内
の前記各埋込み層に対向する位置にそれぞれエミ
ツタ層を設け、各エミツタ層から適当な組合せに
より共通接続してエミツタ端子を導出したもので
ある特許請求の範囲第1項記載の差動型トランジ
スタ回路装置。 4 複合トランジスタ構造は、コレクタ層中に2
個の高濃度埋込み層を設けて各埋込み層から高濃
度コレクタ端子取出し層を介してそれぞれコレク
タ端子を導出し、前記2個の埋込み層上にまたが
るよう配置された1個のベース層と前記各埋込み
層にそれぞれ対向するように配置された2個のベ
ース層を設けて各ベース層からそれぞれベース端
子を導出し、前記各ベース層内の前記各埋込み層
に対向する位置にそれぞれエミツタ層を設けて各
エミツタ層から共通にエミツタ端子を導出したも
のである特許請求の範囲第1項記載の差動型トラ
ンジスタ回路装置。
[Claims] 1. In a differential transistor circuit device having a differential transistor pair as a constituent element, the differential transistor pair includes a plurality of bases in a collector layer of one island region separated from elements of a semiconductor substrate. and a plurality of emitter layers, a plurality of collector terminals are derived from the collector layer, base terminals are derived from each of the base layers, and an emitter terminal is commonly derived from each of the emitter layers. A differential transistor circuit device characterized by: 2 The composite transistor structure has 2 layers in the collector layer.
A collector terminal is led out from each buried layer via a high concentration collector terminal extraction layer, and a base layer is provided on each of the buried layers, and a base terminal is led out from each base layer. 2. The differential transistor circuit device according to claim 1, wherein an emitter layer is provided in each of said base layers, and an emitter terminal is commonly led out from each emitter layer. 3 The composite transistor structure has two
A collector terminal is led out from each buried layer through a high concentration collector terminal extraction layer, and two base layers are provided so as to span over the two buried layers, and each base A base terminal is led out from each layer, an emitter layer is provided at a position facing each of the buried layers in each base layer, and an emitter terminal is led out from each emitter layer by common connection by an appropriate combination. A differential transistor circuit device according to claim 1. 4 The composite transistor structure has two
A number of high-concentration buried layers are provided, and a collector terminal is led out from each buried layer via a high-concentration collector terminal extraction layer, and one base layer disposed so as to straddle the two buried layers and each of the above-mentioned Two base layers are provided so as to face each of the buried layers, a base terminal is led out from each base layer, and an emitter layer is provided at a position facing each of the buried layers in each of the base layers. 2. The differential transistor circuit device according to claim 1, wherein an emitter terminal is commonly derived from each emitter layer.
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