JPS63185215A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPS63185215A
JPS63185215A JP62016071A JP1607187A JPS63185215A JP S63185215 A JPS63185215 A JP S63185215A JP 62016071 A JP62016071 A JP 62016071A JP 1607187 A JP1607187 A JP 1607187A JP S63185215 A JPS63185215 A JP S63185215A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
transistors
flip
flop
reverse direction
Prior art date
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Pending
Application number
JP62016071A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Honma
本間 紀之
Toru Nakamura
徹 中村
Katsumi Ogiue
荻上 勝己
Kunihiko Yamaguchi
邦彦 山口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63185215A publication Critical patent/JPS63185215A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent a bit of information of a flip-flop from being broken down due to an incidence of alpha rays without adding a capacity to a collector node, and to operate the titled circuit at high speed by using in the reverse direction a transistor whose collector is connected to the fetching point of a signal for the feedback of the flip-flop. CONSTITUTION:Among transistors for constituting a flip-flop, a reverse direction transistor is used for Q1, Q2, Q3 and Q4. Their collectors (usual emitters) are connected to the fetching point 11 of a feedback signal, and accordingly, even if a noise charge is collected in n<+>BL (emitters) of these transistors, its influence does not appear in the feedback signal, therefore, the inversion of information is not generated. Also, when the transistor of a side wall base electrode structure as shown in the figure is used as the transistor, an excellent reverse direction characteristic is obtained, therefore, the increase of a delay time can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路、特に放射線の入射により発
生する電荷が原因で生ずる、いわゆるソフトエラーに対
し対策を行なった半導体集積回路に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and particularly to a semiconductor integrated circuit that takes measures against so-called soft errors caused by charges generated by the incidence of radiation. be.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

計算機等に使用されているディジタル回路は、一般にメ
モリICと論理ICとで構成されている。
Digital circuits used in computers and the like are generally composed of a memory IC and a logic IC.

これらのICのうち、メモリICでは、α線等の放射線
の入射により発生した電荷により誤動作(いわゆるソフ
トエラー)が生ずることは周知である。一方、論理IC
では、従来はこの種のエラーは生じなかったが、最近微
細化が進むにつれて寄生容量が減少し、この種のエラー
に対し対策が必要となってきた。
Among these ICs, it is well known that malfunctions (so-called soft errors) occur in memory ICs due to charges generated by the incidence of radiation such as alpha rays. On the other hand, logic IC
In the past, this type of error did not occur, but as miniaturization has progressed recently, parasitic capacitance has decreased, and countermeasures against this type of error have become necessary.

第2図に、従来から多用されてきたフリップフロップの
一例の論理図を示す。このフリップフロップのフィード
バック・ループ部分(第2図の太線部分)を抜き出して
示したのが、第3図の回路図である。トランジスタQl
〜Q4のコレクタは、ノード11でコレクタ・ドツトさ
れ、エミッタ・ホロワEFIを経てトランジスタQF、
、Qeに正帰還され、情報を保持するようになっている
。今、トランジスタQ1〜Qaの全てがオフである場合
を考える。この場合、ノード11は高レベルとなリ、こ
の出力レベルはエミッタホロワを介してトランジスタQ
5.Qeのベースに印加され記憶情報を保持する。また
、逆に、出力ノード11が低レベルの場合も、トランジ
スタQ5 、Qsのべ一入に低レベル出力が帰還される
ため、Qa 、 Q4がオンとなり、記憶情報が保持さ
れる。
FIG. 2 shows a logic diagram of an example of a flip-flop that has been widely used in the past. The circuit diagram of FIG. 3 shows the feedback loop portion (bold line portion in FIG. 2) of this flip-flop. Transistor Ql
~The collector of Q4 is connected to the collector dot at node 11, and then to the transistor QF via the emitter follower EFI.
, Qe, and the information is held. Now, consider a case where all transistors Q1 to Qa are off. In this case, node 11 is at a high level, and this output level is passed through the emitter follower to transistor Q.
5. Applied to the base of Qe to hold stored information. Conversely, even when the output node 11 is at a low level, the low level output is fed back to the combined input of the transistors Q5 and Qs, so Qa and Q4 are turned on and the stored information is held.

ところで、ICを収容するパッケージの材料から成る頻
度でα線が照射され、このα線がICを構成するシリコ
ン基板内に入射すると、第4図に示すように、α線の軌
跡に沿って正孔−電子対が発生する。α粒子は、シリコ
ン基板内を最大約70μmも走るため、図示したように
、電荷対の大部分は、トランジスタ等のデバイス内では
なくp−基板17内で発生する。これら電荷対のうち電
子はn十埋込み層16 (n+ BLと記す)に集まる
。今、出力ノード11が高レベルの場合を考えると、ト
ランジスタQ1〜Q4のいずれかのコレクタに、α線入
射による雑音電荷(電子)が流入すると、ノード11の
電位は低下する。この電位低下は、エミッタホロワEF
Iを介して、ノード12に伝わり、トランジスタQa 
、Qeのベースに印加される。従って、この電位降下が
大きく、Qs、Qsのベース電圧が参照電位VBnにか
なり近づくと正帰還がかかつてフリップフロップの状態
が反転する。従来は、コレクタ・ノード11に接続され
ている寄生容量が大きいため電位の降下量は小さく問題
とならなかった。しかし、微細化が進むにつれて寄生容
量が著しく低減され、そのため雑音電荷流入による電位
降下量が大きくなり情報反転が生ずるようになった。
By the way, when the material of the package that houses the IC is frequently irradiated with alpha rays, and these alpha rays enter the silicon substrate that constitutes the IC, as shown in Fig. A hole-electron pair is generated. Because alpha particles run up to about 70 μm within the silicon substrate, as shown, most of the charge pairs are generated within the p-substrate 17 rather than within a device such as a transistor. Among these charge pairs, electrons gather in the n+ buried layer 16 (denoted as n+ BL). Now, considering the case where the output node 11 is at a high level, when noise charges (electrons) due to the incidence of α rays flow into the collectors of any of the transistors Q1 to Q4, the potential of the node 11 decreases. This potential drop is caused by the emitter follower EF
It is transmitted to node 12 via I, and the transistor Qa
, is applied to the base of Qe. Therefore, if this potential drop is large and the base voltages of Qs and Qs approach considerably the reference potential VBn, positive feedback will occur and the state of the flip-flop will be reversed. Conventionally, since the parasitic capacitance connected to the collector node 11 was large, the amount of potential drop was small and did not pose a problem. However, as miniaturization progresses, the parasitic capacitance is significantly reduced, and as a result, the amount of potential drop due to the inflow of noise charges increases, causing information inversion.

従来、この情報破壊(ソフトエラー)を防ぐ方法として
、出力電圧の振幅を大きくしたり、出力ノード11にコ
ンデンサを付加したりする方法がとられていた。
Conventionally, methods of preventing this information destruction (soft error) include increasing the amplitude of the output voltage or adding a capacitor to the output node 11.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、ソフトエラ一対策として論理回路に容量を付加
したり論理振幅を増加したりすると、ソフトエラーに対
する強度は向上するが、遅延時間はそれだけ大きくなる
。その結果、微細化、浅接合化によりトランジスタ等の
接合容量を減らして高速化を狙った意味が減殺されてし
まう。
However, if a capacitance is added to the logic circuit or the logic amplitude is increased as a countermeasure against soft errors, the resistance against soft errors improves, but the delay time increases accordingly. As a result, the purpose of aiming at higher speed by reducing the junction capacitance of transistors and the like due to miniaturization and shallower junctions is diminished.

従って、本発明の目的は、容量(キャパシタンス)を付
加しないで耐ソフトエラー強度を向上する方法を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for improving soft error resistance without adding capacitance.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、本発明に従がい、少なくとも、ソフトエラ
ーに最も敏感な論理回路部分のトランジスタを逆方向動
作のトランジスタで置換えることにより達成される。
The above object is achieved according to the invention by replacing at least the transistors of the logic circuit parts most sensitive to soft errors with reverse-operating transistors.

〔作用〕[Effect]

一般に、α線入射により基板内で発生した雑音電荷は、
電界または拡散によりn十埋込み層に集まる。通常のト
ランジスタではn十埋込み層はコレクタであるので、雑
音電荷の流入でコレクタ電位(即ち、信号レベル)が変
動する。この電位変動により、情報1またはOのレベル
がそれぞれ0または1に近づき誤動作が生ずる。一方、
本発明に従って、トランジスタを逆方向で使用(従来上
方に配置されていたエミッタをコレクタ、従来コレクタ
として使用していたn十埋込み層をエミツりとじて使用
)すると、第5図に示すように前述の雑音電荷はエミッ
タに集まることとなり、信号レベルに対する影響は極く
僅かとなり誤動作は生じない。(なお、第5図ではトラ
ンジスタとして逆方向動作に特に適する側壁ベース電極
構造のトランジスタを示している。) ところで、トランジスタを順方向で使用した場合でも、
たとえばこのトランジスタがゲート回路に使用されてい
る場合には、情報の反転は瞬間的に生ずるのみでその影
響は一般的に少ない。雑音電荷により最も影響を受ける
回路部分はフリップフロップであり、交さ結合している
トランジスタのコレクタ信号が瞬間的にでも反転すると
、それ以後、その反転した情報が保持され続ける。した
がって、本発明に従い、少なくとも、交さ結合したフリ
ップフロップ回路部分のトランジスタとして逆方向トラ
ンジスタを使用するのが最も効果的である。
Generally, the noise charge generated within the substrate due to the incidence of alpha rays is
They gather in the n0 buried layer due to an electric field or diffusion. In a normal transistor, the n0 buried layer is the collector, so the collector potential (ie, signal level) fluctuates due to the inflow of noise charges. This potential fluctuation causes the level of information 1 or O to approach 0 or 1, respectively, resulting in malfunction. on the other hand,
According to the present invention, when the transistor is used in the reverse direction (the emitter, which was conventionally placed above, is used as the collector, and the n0 buried layer, which was conventionally used as the collector, is used), the above-mentioned result is obtained as shown in FIG. The noise charges will be collected on the emitter, and the influence on the signal level will be extremely small, and no malfunction will occur. (Note that FIG. 5 shows a transistor with a sidewall base electrode structure that is particularly suitable for reverse direction operation.) By the way, even when the transistor is used in the forward direction,
For example, when this transistor is used in a gate circuit, information inversion only occurs instantaneously and its influence is generally small. The circuit section most affected by noise charges is the flip-flop, and if the collector signals of the cross-coupled transistors are inverted even momentarily, the inverted information will continue to be retained. Therefore, according to the invention, it is most advantageous to use reverse-direction transistors, at least as transistors in the cross-coupled flip-flop circuit portions.

〔実施例〕〔Example〕

第1−図に本発明の実施例を示す。この実施例ではフリ
ップフロップを構成するトランジスタのうちQl 、Q
l 、Qs 、Qlに逆方向トランジスタを使用してい
る。これらのトランジスタのコレクタ(通常のエミッタ
)は、フィードバック用の信号の取出し点11に接続さ
れており、したがって、これらのトランジスタのyl+
BL(エミッタ)に雑音電荷が集まったとしても、フィ
ードバック信号にはその影響が現われないため情報の反
転は生じない。その他のトランジスタたとえばQsyQ
6やエミッタホロワ等のトランジスタに逆方向トランジ
スタを用いても勿論かまわない。たとえば、トランジス
タQ5に逆方向トランジスタを使用すると、Ql 、Q
sからなるカレントスイッチの特性が左右対称になると
いうメリットは出るが、耐α線強度については影響はな
い。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, among the transistors constituting the flip-flop, Ql and Q
Reverse direction transistors are used for l, Qs, and Ql. The collectors (ordinary emitters) of these transistors are connected to the feedback signal take-off point 11, and therefore the yl+ of these transistors
Even if noise charges are collected on the BL (emitter), the feedback signal does not suffer from the noise, so information is not inverted. Other transistors such as QsyQ
Of course, reverse direction transistors may be used as transistors such as 6 and emitter followers. For example, if a reverse direction transistor is used for transistor Q5, Ql, Q
There is an advantage that the characteristics of the current switch made of s are symmetrical, but the resistance to alpha rays is not affected.

また、逆方向トランジスタを用いることによる特性の劣
化(トランジスタのhpp低下及びftの低下による遅
延時間の増加)を防ぐためには、トランジスタとして第
4図に示すような側壁ベース電極構造のトランジスタ(
特開昭56−1556号参照)を用いると優れた逆方向
特性が得られるため、特性の劣化を防ぐことができる。
In addition, in order to prevent the deterioration of characteristics (increase in delay time due to decrease in hpp and ft of the transistor) due to the use of a reverse direction transistor, it is necessary to use a transistor with a sidewall base electrode structure as shown in FIG.
Since excellent reverse direction characteristics can be obtained by using JP-A-56-1556), deterioration of characteristics can be prevented.

第6図は本発明のもう1つの実施例である。このフリッ
プフロップはシリーズ・ゲートを用いたもので、フィー
ドバック・ループは2ケ所あり、フィードバック用の信
号はlla、llbの2点からとられエミッタホロワQ
e 、Qa を介してトランジスタQ4 、Qaのベー
スにそれぞれフィードバックされている。従って、フィ
ードバック用の信号取出し点11a、llbにコレクタ
が接続されているトランジスタQx 、Qx及びQa 
、 Qlに逆方向トランジスタを使用すれば、第5図の
場合と同様耐α線強度を飛躍的に改善できる。勿論、こ
の実施例においても、Qx〜Q4以外のトランジスタに
逆方向トランジスタを使用してもよいし、また、側壁ベ
ース電極構造トランジスタを使用すれば、逆方向トラン
ジスタ使用による特性の劣化を防ぐことができる。
FIG. 6 shows another embodiment of the invention. This flip-flop uses a series gate, and has two feedback loops.The feedback signal is taken from two points, lla and llb, and the emitter follower Q
It is fed back to the bases of transistors Q4 and Qa through e and Qa, respectively. Therefore, the transistors Qx, Qx and Qa whose collectors are connected to the feedback signal extraction points 11a and llb
If a reverse direction transistor is used for , Ql, the resistance to alpha rays can be dramatically improved as in the case of FIG. Of course, in this embodiment as well, reverse direction transistors may be used for transistors other than Qx to Q4, and if sidewall base electrode structure transistors are used, deterioration of characteristics due to the use of reverse direction transistors can be prevented. can.

以上、ECLを中心に実施例を説明してきたが、本発明
はCML、TTL、NTL等その他のどのような論理回
路方式のICにも適用できることは言うまでもない。
Although the embodiments have been described above with a focus on ECL, it goes without saying that the present invention can be applied to ICs of any other logic circuit type, such as CML, TTL, NTL, etc.

また、ICに含まれる多数の回路のうちフリップフロッ
プに対して逆方向トランジスタを使用するものとして本
発明を説明してきたが、勿論必要に応じてその他の例え
ばゲート回路の一部または全部に逆方向トランジスタを
使用して耐α線強度を向上させることも本発明の範囲に
含まれることは言うまでもない。
Furthermore, although the present invention has been described as using reverse-direction transistors for flip-flops among the many circuits included in the IC, it is of course possible to use other reverse-direction transistors for some or all of the gate circuits, for example. It goes without saying that the use of transistors to improve alpha ray resistance is also within the scope of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、少なくともフリップフロップのフィー
ドバック用の信号の取出し点にコレクタが接続されるト
ランジスタは逆方向で使用されるので、α線による雑音
電荷の影響はフィードバック用の信号には現われない。
According to the present invention, at least the transistor whose collector is connected to the take-out point of the feedback signal of the flip-flop is used in the opposite direction, so that the influence of noise charges due to α rays does not appear on the feedback signal.

そのため、コレクタ・ノードにキャパシタンスを付加し
たり信号振幅を大きくしたりしなくても、α線入射によ
るフリップフロップの情報破壊を防止でき、高速化が可
能となる。
Therefore, without adding capacitance to the collector node or increasing the signal amplitude, it is possible to prevent information destruction in the flip-flop due to the incidence of α rays, and it is possible to increase the speed.

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

第1図は本発明の一実施例の回路図、第2図は論理IC
等で多用されているフリップフロップの論理図、第3図
は第2図のフリップフロップのうちフィードバック・ル
ープを取出して示した回路図、第4図はトランジスタ部
分にα線が入射して発生した雑音電荷がn十埋込み層(
コレクタ)に集まる機構を説明する断面図、第5図はト
ランジスタを逆方向動作させた時雑音電荷がエミッタ(
y1+ BL)に集まることを説明する断面図、第6図
は本発明の更にもう一つの実施例の回路図である。
Figure 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, Figure 2 is a logic IC.
Figure 3 is a circuit diagram showing the feedback loop of the flip-flop in Figure 2, and Figure 4 is a logic diagram of a flip-flop that is often used in The noise charge is n ten buried layers (
Figure 5 is a cross-sectional view illustrating the mechanism in which noise charges collect at the emitter (collector) when the transistor is operated in the reverse direction.
FIG. 6 is a circuit diagram of yet another embodiment of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、情報保持のためにフィードバック・ループを有する
フリップフロップを1個以上含む半導体集積回路におい
て、少くとも上記フィードバック・ループ用の信号取出
し点にコレクタを接続されているトランジスタを逆方向
動作させることを特徴とする半導体集積回路。 2、上記トランジスタはベースコンタクトを凸形半導体
中に形成されたベース層の側面から取出すようになつて
いることを特徴とする第1項記載の半導体集積回路。
[Claims] 1. In a semiconductor integrated circuit including one or more flip-flops having a feedback loop for retaining information, at least a transistor whose collector is connected to a signal extraction point for the feedback loop is provided. A semiconductor integrated circuit that operates in the opposite direction. 2. The semiconductor integrated circuit according to item 1, wherein the transistor has a base contact taken out from a side surface of a base layer formed in a convex semiconductor.
JP62016071A 1987-01-28 1987-01-28 Semiconductor integrated circuit Pending JPS63185215A (en)

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JP62016071A JPS63185215A (en) 1987-01-28 1987-01-28 Semiconductor integrated circuit

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