JPH04150407A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH04150407A
JPH04150407A JP2273790A JP27379090A JPH04150407A JP H04150407 A JPH04150407 A JP H04150407A JP 2273790 A JP2273790 A JP 2273790A JP 27379090 A JP27379090 A JP 27379090A JP H04150407 A JPH04150407 A JP H04150407A
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JP
Japan
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data
transistor
latch
control signal
data line
Prior art date
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Pending
Application number
JP2273790A
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English (en)
Inventor
Satoru Tashiro
哲 田代
Takashi Harada
尚 原田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はラッチ部を設けた半導体集積回路に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第4図は半導体集積回路にラッチ部を設けている従来の
クロック同期式〇カウンタ回路の回路図である。この種
のカウンタ回路は、一般に1ビツトのカウンタ回路を複
数回路組合せて使用される。
入力されるデータに1反転データkに1を加える演算を
する演算部lと、演算部1が演算した後のデータに+1
、反転データに+1をラッチするラッチ部3とを備えて
いる。演算部1へ与えるべきデータにおよび反転データ
kが与えられるデータライン4^及びデータライン4B
は、演算部lヘデータを書込む指令をするコントロール
信号Sを与えるコントロール信号線9及びラッチ部3へ
演算部1のデータを書込む指令をするコントロール信号
tを与えるコントロール信号線8と交差するように配置
されている。コントロール信号線9とデータライン4A
との交点及びコントロール信号線9とデータライン4B
との各交点には、コントロール信号線9の信号で制御さ
れるようにして、データライン4Aとコントロール信号
線9とに、またデータライン4Rとコントロール信号線
9とに各接続されたNチャネルトランジスタロ、^+Q
IRが配置されている。データライン4^は、トランジ
スタロ、AとNチャネルトランジスタQza、 Q3A
とが介装しているデータライン7Aを介して接地され、
データライン4BはトランジスタQlll とNチャネ
ルトランジスタQts1コ、8・とが介装しているデー
タライン7Bを介して接地されている。l・ランジスタ
Q2A、021)は夫々が制御されるように前記コント
ロール信号線8と接続されている。演算部1は演算後の
データに+1及び反転データ k+1によりトランジス
タ03Il及び(13Aが制御されるようにデータライ
ン2B及び2Aを介して、トランジスタΩ3R及び01
.と接続されている。
データライン誦と7Bとの間には、インバータ5と6と
の逆並列接続回路からなるラッチ部3が接続されている
第51!lは、第4図におけるラッチ部3とその周辺回
路を示す回路図である。インバータ5(6)は、Pチャ
ネルトランジスタQll(Q21)とNチャネルトラン
ジスタql 2 (Q 22)との直列回路からなり、
各直列回路の一端は電源Vccと接続され、他端は接地
されている。トランジスタQ1)(Q21)IQ+2(
Q22)のゲートは接続されてデータライン7B (7
A)と接続されている。データライン7A(7B)は、
トランジスタQIA (口5.)を介してデータライン
4A(4B)(!:接続されており、またトランジスタ
ロth (Q21))、口、IA (口3カ)を介して
接地されている。トランジスタQ+A、 (1)1)の
ゲートは、コントロール信号Sが与えられるコントロー
ル信号線9.9と、トランジスタ0□、 021のゲー
トはコントロール信号↑、が与えられるコントロール信
号線8.8と接続されている。トランジスタQ3A及び
口、8のゲートは、演算後の反転データT]及びデータ
に+1が各別に与えられるデータライン2A及び2Bと
接続されている。
第6図はC−MOS (CompleIIIentar
y Metal−OxideSemiconducto
r)インバータの模式的断面図であって、n型基板を用
いたPウェル構造の一例を示している。
n型基板領域NSにn゛拡散領域N、と、p゛拡散領域
P1と、ρ゛拡散領域P2とを形成して、Pチャネルト
ランジスタl)Tが形成されている。またn型基板領域
NSに形成したPウェル碩域匹にn゛拡散領域Nzと、
n′拡散顛域N1と、p″拡散領域P1とを形成してN
チャネルトランジスタNTが形成されている。Pチャネ
ルトランジスタPTとNチャネルトランジスタNTとは
酸化膜Xにより、分離されている。N°拡散領域N1と
P゛拡散領域P、とに電源電圧Vccが与えられ、N゛
拡散領域N3と、p°拡散領域P、とに接地電位Vss
が与えられる。PチャネルトランジスタPT及びNチャ
ネルトランジスタNTの各ゲー)Cに信号を入力し、p
゛拡散領域1〕2及びn゛拡散領域N2から信号を出力
する。
次にこのカウンタ回路の動作を説明する。ラッチ部3の
ラッチデータは、コントロール信号線9のコントロール
信号Sにより、トランジスタQ1^。
QIRがオンすると、データライン4A、 4Bを通っ
て演算部1へ与えられる。いま、コントロール信号線8
のコントロール信号t7J<”I、” レベルであって
、トランジスタ0.A、口Iがオフの場合は、演算部1
の反転データに+1.データに+1がデータライン2八
2B及び7A、 7Bを通ってラッチ部3に与えられる
ことがない。ところで、コントロール信号tを与えてト
ランジスタロ2A9口、イがオンすると、演算部1から
それに与えられたデータに1を加算した反転データk 
+1.データklが、トランジスタQ3A+Q!A及び
QiP、 0□、を介してラッチ部3に送りこまれて、
ラッチ部3がラッチする。このとき、コントロール1言
号Sは“15″ レベルであり、それによりトランジス
タQIA、 QINがオフし、ラッチ部3のデータがデ
ータライン4A、 4Bへ送り出されることがない。
次にこのラッチ部3のラッチ動作を第5図により説明す
る。データライン静が“1.n レベルのとき、インバ
ータ6のトランジスタq2Iがオンし、データライン7
Bは1)″ レベルになる。そしてデータライン7^の
データmが” L ” レベルであるから、データライ
ン71)の反転データmは“1)″ レベルになる。
この”H’ レベルによりインバータ5のトランジスタ
Q12がオンし、データライン7^は“14″ レベル
になる。コントロール信号Sがl(” レベルのとき、
データライン4A、4Bにデータk、反転データkが与
えられるまで、あるいはコントロール信?UがlI″ 
レベルのとき、データライン2^、2Bに反転データに
+1.データに+1が与えられるまで、データライン7
Bの反転データ1はインバータ5に再入力され、データ
ラインマ^のデータmはインバータ6に再入力されて同
じ状態を繰り返す。そしてデータライン4へのデータに
カ<1)″ レベルのとき、インバータ5のトランジス
タq+l 1 インバータ6の1−ランジスタQ22が
夫々オンし、データライン7八は“1)’ レベル、デ
ータライン7Bは”L”レベルになる。
そしてデータライン4A、 4Iiまたはデータライン
2^2Bを介して新しい反転データ、データが与えられ
るまで、インバータ5.6に再入力されたデータは同じ
状態を繰り返す。
第7図は寄生バイポーラトランジスタを考慮したCMO
Sインバータの模式的断面図である。n型基板領域NS
には、寄生バイポーラトランジスタq、及び抵抗R2が
寄生して形成されており、Pウェル領域P−には寄生バ
イポーラトランジスタQ2及び抵抗P、が同様に形成さ
れている。それら以外の構成は第6図に示した構成と同
様となっている。
第8図は、第7図に示したバイポーラトランジスタの等
価回路である。PNP型の寄生バイポーラトランジスタ
Q1、及び抵抗R4の直列回路と、抵抗R3及びNPN
型の寄生バイポーラI・ランジスタQ2の直列回路とが
並列接続されている。この並列接続回路の一端には電源
電圧Vccが与えられ、他端には接地電圧Vssが与え
られる。バイポーラトランジスタ0.のベースとバイポ
ーラトランジスタQ2のコレクタとがn型基板領域NS
と接続され、バイ2ドーラトランジスタロ、のベースと
、バイポーラトランジスタQ、のコレクタとがPウェル
領域PWと接続される。このトランジスタの等価回路は
、pnpn構造の制御整流素子と同様に機能する。
第9図は第8図における電源電圧Vccと接地電圧Vs
sとの間の電圧、電流特性図である。横軸を電源電圧V
ccとし、縦軸を電源電流Iccとしている。またVp
、Vp’ は寄生制御整流素子の耐圧、■oは使用電圧
、■8は寄生制御整流素子の保持電圧、Illは寄生制
御整流素子の保持電流、R7は寄生制御整流素子の負荷
抵抗変化を示している。
制御整流素子はその特性上、高インピーダンスと低イン
ピーダンスとの2つの安定状態が存在する。高インピー
ダンスの状態では、制御整流素子の耐圧■、は、実使用
の電源電圧■。より高< CMOSインバータは正常に
動作し、その場合の電圧−電流特性は曲線Z、の如くな
る。ところで、外来サージ等により、制御整流素子がト
リガされて導通状態になると耐圧は■、′まで低下し、
低インピーダンスの安定状態へ移行し電源Vccから大
きい電源電流Iceが流れ続ける。そしてその場合の電
圧−電流特性は曲線Z2の如くなる。そして、外来のサ
ージによる電圧が制御整流素子の保持電圧■工又はそれ
に関連する電流が保持電流1o以下になるまで流れ続け
る、所謂ラッチアップ現象が発生する。
(発明が解決しようとする課題〕 前述したように従来の半導体集積回路におけるラッチ部
のインバータは、Pチャネルトランジスタをn型基板領
域にそのまま形成できるが、Nチャネルトランジスタを
形成するためにPウェル領域を形成する必要がある。
しかもPチャネルトランジスタとNチャネルトランジス
タとを酸化膜を介して分離する必要があり、インバータ
の占有面積が広くなり、カウンタ回路は広い占有面積が
必要になる。
ところで、ウェハ1枚で得られるチップ数は、そのチッ
プ価格に影響を及ぼし、チップ面積が広い程チップは高
価になる。しかもワンチップマイクロコンビ1−夕には
多数のカウンタ回路が使用されるから、カウンタ回路が
占めるチップ面積は必然的に増大してカウンタ回路を備
えているワンチップマイクロコンピュータは高価になる
のが避けられないという問題がある。また寄生バイポー
ラトランジスタに起因してランチアップが生じる虞れが
あるという問題がある。
本発明は斯かる問題に迄み、ラッチ部の占有面積を少な
くして、占有面積が少なく、しかもラッチアップが生じ
ない半導体集積回路を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る半導体集積回路は、半導体集積回路のラッ
チ部に、高抵抗ポリシリコンと、I・ランジスタとの直
列回路を用いる構成にする。
(作用〕 ラッチ部は、基板領域又は基板領域に形成したウェル領
域に、高抵抗ポリシリコンとトランジスタとを形成し、
高抵抗ポリシリコンとトランジスタとのlit′iNを
短縮して、ランチ部の占有面積を縮小する。高抵抗ポリ
シリコンとトランジスタとを直列接続する。トランジス
タがオンすると高抵抗ポリシリコンの電位が引下げられ
、オフすると引き上げられてデータをラッチする。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面により詳述する。
第1図は本発明に係る半導体集積回路におけるカウンタ
回路の1ビット分の回路図である。入力されるデータに
2反転データVに1を加える演算をする演算部1と、演
算部1が演算した後のデータk(12反転データに+1
をラッチするラッチ部3とを備えている。演算部1へ与
えるべきデータK及び反転データVが与えられるデータ
ライン4^及びデータライン4Bは、演算部1ヘデータ
を書込む指令をするコントロール信号Sを与えるコント
ロール信号線9及びラッチ部3へ演算部1のデータを書
込む指令をするコントロール信号tを与えるコントロー
ル信号線8と交差するように配置されている。コントロ
ール信号線9とデータライン4Aとの交点及びコントロ
ール信号線9とデータライン4Bとの各交点には、コン
トロール信号線9の信号で制御されるようにして、デー
タライン4八とコントロール信号線9とに、またデータ
ライン4Bとコントロール信号線9とに各接続されたN
チャネルトランジスタQIA+ Qll+が配置されて
いる。データライン4Aは、トランジスタQIAとNチ
ャネルトランジスタQ 2 A 、Q 、Aとが介装し
ているデータライン7^を介して接地され、データライ
ン4BはトランジスタロIll とNチャネルトランジ
スタ041口。
とが介装しているデータライン7Bを介して接地されて
いる。そしてtランジスタ0□、、Ω2Rは、夫々が制
御されるように前記コントロール信号線8と接続されて
いる。演算部1は、演算後のデータに+1及び反転デー
タに+]によりトランジスタ07.及びQIAが制御さ
れるようにデータライン2B及び2Aを介してトランジ
スタΩ3.l及びCIAと接続されている。データライ
ン7Aと7Bとの間にはラッチ部3が接続されている。
ラッチ部3はインバータ5と6とからなり、インバータ
5(6)は高抵抗ポリシリコンRs(Ri)とNチャネ
ルトランジスタNT、 (NT、)との直列回路となっ
ており。その一端は電源Vccと接続され、他端は接地
されている。高抵抗ポリシリコンRs (Ra)とNチ
ャネルトランジスタNTs(NTb)との接続部はNチ
ャネルトランジスタNT6 (NT3)のゲートと接続
されている。
第2図は、第1図におけるラッチ部3とその周辺回路を
示す回路図である。
一方のインバータ5は、高抵抗ポリシリコンR1とNチ
ャネルトランジスタq+gとの直列回路がらなり、その
直列回路の一端は電源Vccと接続され、他端は接地さ
れている。他方のインバータ6は、高抵抗ポリシリコン
R6とNチャネルトランジスタQ22との直列回路から
なり、その直列回路の一端は電源Vccと接続され、他
端は接地されている。
トランジスタQzt (Q+t)のゲートは、データラ
イン7A(7B)と接続されている。データライン7A
 (7B)はトランジスタQIA (Qll)を介して
データライン4A(4B)と接続され、またトランジス
タ02A (Q□)。
0ia(Q、1w)を介して接地されている。トランジ
スタ++、、、 DIRのゲートは、演算部〕にデータ
を書込む指令をするコントロール信号Sが与えられるコ
ントロール信号線9.9と、トランジスタ(hA、1)
2Bのゲートはラッチ部3にデータを書込む指令をする
コントロール信号tが与えられるコントロール信号線8
,8と接続されている。トランジスタ03AQ3Rのゲ
ートは、演算後の反転データに+1.データに+1が各
別に与えられるデータライン2A 、 2+1と接続さ
れている。
第3図は高抵抗ポリシリコン及びNチャネルトランジス
タからなるインバータの模式的断面図であって、n型基
板を用いたPウェル構造の一例を示している。n型基板
領域NS上に形成したPウェル領域PWにn゛拡散領域
N1.)b、N3及びP゛拡散領域P3を形成している
。そしてn“拡散領域N2.N3及びP゛拡散領域P3
によりNチャネルトランジスタNTを形成しており、n
゛拡散領域N、とN2との間に高抵抗ポリシリコンR(
シート抵抗にして数10MΩ〜13!GΩの抵抗イ16
)を形成している。このインバータは従来のPチャネル
トランジスタに代えて高抵抗ポリシリコンRを使用した
ため、Pウェル領域P−とn型基板領域NSとを分離す
る酸化膜の領域が不要であり、しかもPチャネルトラン
ジスタのn”、P”の2つの拡散領域が不要であり(第
6図参照)、インバータの占有面積が縮小されている。
更に、SRAMのように多層配線技術を用いれば、Nチ
ャネルトランジスタNT上に高抵抗ポリシリコンRを配
設すればインバータの占有面積をより縮小できる。
そしてn゛拡散領域〜、と高抵抗ポリシリコンRとに電
源電圧Vccが与えられ、n゛拡散領域N、とP゛拡散
領域P、とに接地電位Vssが与えられる。
NチャネルトランジスタNTのゲートGに信号を人力し
、NチャネルトランジスタNTのn゛拡散領域N2と高
抵抗ポリシリコンRとを接続した位置から信号を出力す
る。
次にこのように構成したカウンタ回路の動作を説明する
ラッチ部3のラッチデータはコントロール信号線9のコ
ントロール信号Sにより、トランジスタQIA、 u、
、がオンするとデータライン4A、 4Bを通って演算
部Iへ与えられる。
いま、コントロール信号線8のコントロール信号(、が
″L″L″ルであって、トランジスタQIA、gIl+
がオンすると、データライン4^、 4Elを通って演
算部1へ与えられる。いま、コントロール信号線8のコ
ントロール信号tが1).N レベルであって、トラン
ジスタQ□A、 Qfflがオフの場合は、演算部lの
反転データ?1.データに+1がデータライン2A。
2B及び7A、 7Bを通ってラッチ部3に与えられる
ことがない。
ところで、コントロール信号tを与えてトランジスタロ
IIA、 Q21)がオンすると、演算部1から、それ
に与えられたデータに1を加算した反転データに+1.
データに+1が、トランジスタQ4AI l1ta及び
Q、la、 Lvを介してラッチ部3に送り込まれて、
ラッチ部3がラッチする。このとき、コントロール信号
Sは“じレベルであり、それによりトランジスタLA、
口I1)がオフし、ランチ部3のデータがデ一タライン
4A、 4Bへ送り出されることがない。
次にラッチ部3のラッチ動作を第2図により説明する。
いま、データライン7Aが“L” レベルのとき、トラ
ンジスタq、がオフし、電源電圧Vccが、高抵抗ポリ
シシコンR8を介してデータライン7Bに与えられてデ
ータライン7Bは“■” レベルになる。データライン
7Aの反転データmが“し”レベルであるから、データ
ライン7Bのデータmは”I+” レベルであり、この
データmによりトランジスタQ+zがオンしてデータラ
イン7Aは接地電位まで引き下げられて“L″ レベル
になる。コンI・ロールft号sが“■”レベルのとき
、データライン4A、 41)にデータに1反転データ
Tが与えられるまで、あるいはコントロール(t%Lが
“1)″ レベルのとき、データライン2A2Bに反転
データk +1.データに+1が与えられるまで、デー
タライン7Bのデータmはインバータ5に再人力され、
データライン7Bの反転データ“冨−はインバータ6に
再入〕Jされて同じ状態を繰り返す。
そしてデータライン4Aのデータにカ<H″ レベルの
b とき、インバータ6のトランジスタQ22がオンして、
データライン7Bは接地電位まで引き下げられて“1.
″ レベルになり、一方、トランジスタQ+2がオフし
てデータライン7Δは“I)”レベルになる。そしてデ
ータライン4A、 4B又はデータライン2A、 2B
を介して新しいデータが与えられるまで、インバータ5
,6に再入力されたデータは、同様の状態を繰り返す。
このようにして、インバータ5.6の夫々の動作は、P
チャ不ルトランジ゛スタとNチャネルトランジスタとに
より構成した従来のインバータと同様の動作をするごと
になる。
このようにして、高抵抗ポリシリコンRとNチャネルト
ランジスタNTとを用いてインバータ56を構成した場
合は、従来のようにPチャネルトランジスタPTとNチ
ャネルトランジスタNTとを分離する酸化膜Xが不要に
なり、またPチャネルトランジスタPTの2つのP゛拡
散領域も不要になりインバータの占有面積が縮小し、そ
れによってカウンタ回路の占有面積を縮小し得る。換言
すればワンチップに内蔵できるカウンタ回路数を大幅に
増加させることができる。また寄生バイポーラトランジ
スタにより制御整流素子が形成されないからラッチアッ
プ現象も生じない。
なお、本実施例ではクロック同期式カウンタについて説
明したが非同期式リップルカウンタであっても同様の効
果が得られる。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明はラッチ部に高抵抗ポリシ
リコンとI・ランジスタとの直列回路を用いるから、そ
れらを共通の基板領域又はウェル領域に形成できる。そ
のため従来のようにPチャネルトランジスタと、Nチャ
ネルトランジスタとをカスケード接続した場合に必要と
した、両トランジスタを分離する酸化膜が不要になる。
また一方のトランジスタの2つの拡散領域が不要になっ
てインバータの占有面積が縮小し、それによってカウン
タ回路の占有面積を縮小できる。また、寄生バイポーラ
トランジスタにより制御整流素子と同様の機能が生じな
いからラッチアップ現象が発生しない。したがって本発
明によれは、ラッチ部の占有面積が少なく、しかもラン
チアップ現象が生じない半導体集積回路を提供できると
いう優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体集積回路におけるカウンタ
回路の回路図、第2図はそのインバータ及び周辺の回路
図、第3図はインバータの模式的断面図、第4図は従来
の半導体集積回路におけるカウンタ回路の回路図、第5
図はそのインバータ及び周辺の回路図、第6図はインバ
ータの模式的断面図、第7図は寄生バイポーラトランジ
スタを考慮したCMOSインバータの模式的断面図、第
8図は寄生バイポーラトランジスタの等価回路の回路図
、第9図はその等価回路の電圧、電流特性図である。 3・・・ラッチ部 4A、 41)・・・データライン
 Rs、 RA高抵抗ポリシリコン Q12+ Q2゜
・・・Nチャネルトランジスタ 02A、 Q3A、 
+141)1 Q3B・・・Nチャネルトランジスタ 
NS・・・0型基板領域 P−・・・Pウェル領域G・
・・ゲートN+、Nz、N1・・・n゛拡散領域 P3
・・・P゛拡散領域 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ラッチ部を設けている半導体集積回路において、
    前記ラッチ部は、高抵抗ポリシリコンと、トランジスタ
    との直列回路を備えて構成してあることを特徴とする半
    導体集積回路。
JP2273790A 1990-10-12 1990-10-12 半導体集積回路 Pending JPH04150407A (ja)

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