JPH0425709B2 - - Google Patents

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JPH0425709B2
JPH0425709B2 JP57139931A JP13993182A JPH0425709B2 JP H0425709 B2 JPH0425709 B2 JP H0425709B2 JP 57139931 A JP57139931 A JP 57139931A JP 13993182 A JP13993182 A JP 13993182A JP H0425709 B2 JPH0425709 B2 JP H0425709B2
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JP
Japan
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region
type
injector
emitter
logic elements
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JP57139931A
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Japanese (ja)
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JPS5931054A (en
Inventor
Tomoyuki Watabe
Takahiro Okabe
Sadao Ogura
Akira Muramatsu
Masataka Oota
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0425709B2 publication Critical patent/JPH0425709B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/60Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D10/00 or H10D18/00, e.g. integration of BJTs
    • H10D84/65Integrated injection logic

Landscapes

  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に係わる。本発明
は特に集積注入論理素子の直流利得および性能指
数(Figure of Merit)を向上するための素子構
造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device. More particularly, the present invention relates to device structures for improving the DC gain and figure of merit of integrated injection logic devices.

〔従来技術〕[Prior art]

集積注入論理素子(Integrated Injection
Logic;以下I2L素子と略記する)は、バイポー
ラ形高集積論理素子として広く用いられている。
しかしI2L素子は、縦形の逆NPNトランジスタを
用いており、その実効電流利得(βieff)が本質的
に小さいという欠点を有している。このためI2L
素子を含むバイポーラ形ICの製造にあたつては、
この電流利得を必要な値以上に制御するため製造
プロセス条件に対する余裕度が比較的小さくなつ
てしまう等の問題点があつた。
Integrated Injection Logic Element
Logic (hereinafter abbreviated as I 2 L element) is widely used as a bipolar highly integrated logic element.
However, the I 2 L element uses a vertical inverted NPN transistor, and has the drawback that its effective current gain (β ieff ) is inherently small. For this I 2 L
When manufacturing bipolar ICs including elements,
In order to control this current gain to a value higher than a necessary value, there are problems such as a relatively small margin for manufacturing process conditions.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、実効電流利得(βieff)の大き
くそして性能指数の良好なI2L素子の構造を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide an I 2 L element structure with a large effective current gain (β ieff ) and a good figure of merit.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

第1図はI2L素子の実効電流利得(βieff)を説
明する回路結線図である。I2L回路が論理動作す
るために最低限必要なβieffの条件は次の通りであ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the effective current gain (β ieff ) of the I 2 L element. The minimum required β ieff conditions for the I 2 L circuit to operate logically are as follows.

βieff=IC/IB,IB=IBO+IR I2L回路の動作条件:βieff>1 なおIC,IB,IBOおよびIRは第1図に示した電流
である。
β ieff = I C /I B , I B = I BO + I R I 2 Operating conditions of the L circuit: β ieff > 1 Note that I C , I B , I BO and I R are the currents shown in Figure 1. .

I2L素子の実効電流利得(βieff)はインジエク
タを接地したときのベース電流IBとコレクタ電流
ICの比、IBは逆NPNTrQ2のベース電流IBOの他に
インジエクタもどり電流IRを加えたものである。
このIRは本来、動作には不要なものである。そし
て本発明者の測定では、従来構造I2LではIRがIBO
に比してかなり大きく、そのためβieffが不要に小
さくなつている。実測値の例として、IR=1.5lBO
であつた。このため理想的にはIR=0の場合βieff
=IC/IBOなのに対し、IR=1.5IBOであるためβieff= IC/IBO+IR=0.4×IC/IBOとなる。
The effective current gain (β ieff ) of an I 2 L element is the base current I B and collector current when the injector is grounded.
The ratio of I C , I B, is the sum of the injector return current I R in addition to the base current I BO of the inverse NPNT r Q 2 .
This IR is originally unnecessary for operation. According to the inventor's measurements, in the conventional structure I 2 L, I R is I BO
, which makes β ieff unnecessarily small. As an example of actual measurement value, I R = 1.5l BO
It was hot. Therefore, ideally when I R = 0, β ieff
= I C /I BO , whereas I R = 1.5I BO , so β ieff = I C /I BO + I R = 0.4×I C /I BO .

このように理想的な場合に比べて0.4倍にも低
下していることがわかつた。
In this way, it was found that the reduction was 0.4 times compared to the ideal case.

このため、I2L素子の実効電流利得を向上する
には、インジエクタもどり電流IRの低減が極めて
重要であることがわかつた。本発明は以上の結果
をもとに、インジエクタPNPトランジスタのエ
ミツタとコレクタの対向部にホールに対する障害
物を設けてIRを低減する構造を提供するものであ
る。
Therefore, it has been found that reducing the injector return current I R is extremely important in order to improve the effective current gain of the I 2 L element. Based on the above results, the present invention provides a structure that reduces IR by providing an obstacle for holes in the opposing portions of the emitter and collector of an injector PNP transistor.

すなわち、本願で開示される代表的な発明は、
横型のインジエクタPNPトランジスタと該イン
ジエクタPNPトランジスタのP型コレクタ領域
42をそのP型ベース領域として共用した縦型の
逆方向PNPトランジスタとからなる複数の集積
注入論理素子を具備し、 上記複数の集積注入論理素子の上記共用P型領
域42の周辺の半導体基板表面にカラー領域52
を具備してなり、 上記複数の集積注入論理素子の上記インジエク
タPNPトランジスタの各P型エミツタ領域はP
型インジエクタ領域41として半導体基板表面に
形成され、 上記複数の集積注入論理素子の各々の上記共用
P型領域を上記半導体基板表面で上記P型インジ
エクタ領域の長さ方向と実質的に平行な方向に挟
むように上記カラー領域が上記半導体基板表面に
形成されてなる半導体集積回路装置において、 上記共用P型領域を挟んで形成された上記カラ
ー領域の上記長さ方向と実質的に平行な離間距離
(B)よりも、上記インジエクタPNPトランジスタ
の各エミツタ・コレクタ対向部分における上記長
さ方向と実質的に平行な実効的エミツタ・コレク
タ対向長(B)を小さくする手段501を上記複数の
集積注入論理素子の上記インジエクタPNPトラ
ンジスタの上記各エミツタ・コレクタ対向部分に
具備してなることを特徴とする。
That is, the representative invention disclosed in this application is
A plurality of integrated injection logic elements each comprising a horizontal injector PNP transistor and a vertical reverse PNP transistor sharing the P-type collector region 42 of the injector PNP transistor as its P-type base region; A collar region 52 is formed on the surface of the semiconductor substrate around the shared P-type region 42 of the logic element.
each P-type emitter region of the injector PNP transistor of the plurality of integrated injection logic elements is P
A type injector region 41 is formed on the surface of the semiconductor substrate, and the shared P-type region of each of the plurality of integrated injection logic elements is formed on the surface of the semiconductor substrate in a direction substantially parallel to the length direction of the P-type injector region. In a semiconductor integrated circuit device in which the collar regions are formed on the surface of the semiconductor substrate so as to sandwich the same, a separation distance substantially parallel to the length direction of the collar regions formed with the shared P-type region sandwiched therebetween.
(B), means 501 for reducing the effective emitter-collector opposing length (B) of each emitter-collector opposing portion of the injector PNP transistor, which is substantially parallel to the length direction, of the plurality of integrated injection logics. The device is characterized in that it is provided at each emitter-collector facing portion of the injector PNP transistor of the device.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第2図a,bは各々本発明第1の実施例を示す
平面図および断面図である。本実施例ではI2L素
子のカラー52を構成しているのと同じ浅いN+
拡散層でホールの障害物501を形成し、インジ
エクタ対向長〔A〕を、従来の値〔B〕よりも狭
めたものである。必要とするI2L回路の、原則と
して全てのゲートを本構造素子で構成するとイン
ジエクタもどり電流が低減し、βieffを向上でき
た。
FIGS. 2a and 2b are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the same shallow N + that constitutes the collar 52 of the I 2 L element
A hole obstruction 501 is formed by a diffusion layer, and the injector facing length [A] is made narrower than the conventional value [B]. By configuring all gates of the required I 2 L circuit with this structural element, in principle, the injector return current was reduced and β ieff was improved.

ここで第1の実施例の製造方法について第2図
を参酎して述べる。本構造は以下のような周知の
バイボーラIC製造プロセスで得られる。各工程
は周知の方法につき要点を簡潔に述べる。まずシ
リコン等のP-基板1の上の所望の箇所に高濃度
n形不純物拡散を行ない、n+埋込層2を形成す
る。つぎに周知のリン等の不純物をドープしたエ
ピタキヤル成長法等を用いてn形層3を0.5〜20μ
m程度堆積する。その後ボロン等のp形不純物拡
散を表面上の所望の箇所に施し、p形層41,4
2を形成する。つぎにリン、ヒ素等のn形不純物
拡散を表面上の所望の箇所に行ない、n+層51,
52,501を形成する。つぎに表面のSiO2
7の所望の箇所にコンタクト穴を開口し、その上
にAlを蒸着等により堆積する。その後ホトエツ
チングによりパターン形成して、各端子引き出し
用のAl電極8を形成する。以上の手順によつて
第2図の構造を得る。もちろん、さらに必要に応
じて第2図の構造に加えて表面保護用のPSG膜
等を全面に披着してもよい。また有機樹脂(たと
えばポリイミド系樹脂等)その他の絶縁膜を層間
絶縁膜に用いてAlの2層配線形成を行なつたり
してもよい。これらの場合にも本発明が全く同様
に有効なのはいうまでもない。
Here, the manufacturing method of the first embodiment will be described with reference to FIG. This structure is obtained by the well-known bibolar IC manufacturing process as follows. Each step is a well-known method and the main points will be briefly described. First, a high concentration n-type impurity is diffused into a desired location on a P - substrate 1 made of silicon or the like to form an n + buried layer 2 . Next, the n-type layer 3 is grown by 0.5 to 20 μm using a well-known epitaxial growth method doped with impurities such as phosphorus.
About m is deposited. Thereafter, p-type impurities such as boron are diffused into desired locations on the surface, and the p-type layers 41, 4 are
form 2. Next, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are diffused to desired locations on the surface, and the n + layer 51,
52,501 is formed. Next, a contact hole is opened at a desired location in the SiO 2 layer 7 on the surface, and Al is deposited thereon by vapor deposition or the like. Thereafter, a pattern is formed by photoetching to form Al electrodes 8 for leading out each terminal. Through the above procedure, the structure shown in FIG. 2 is obtained. Of course, if necessary, in addition to the structure shown in FIG. 2, a PSG film or the like for surface protection may be applied over the entire surface. Alternatively, an organic resin (for example, polyimide resin, etc.) or other insulating film may be used as an interlayer insulating film to form two-layer wiring of Al. It goes without saying that the present invention is equally effective in these cases as well.

第3図ないし第6図は本発明の第2の実施例を
説明する図である。まず第3図に、実施した4つ
のI2L素子構造の平面図を示す。
FIGS. 3 to 6 are diagrams illustrating a second embodiment of the present invention. First, FIG. 3 shows a plan view of four implemented I 2 L element structures.

図において41はI2L素子のインジエクタとな
るP形層の平面的領域を示している。同様に42
はI2L素子の逆NPNトランジスタのベースとなる
P形層、51はI2L素子の逆NPNトランジスタの
コレクタとなるN+層、52はI2L素子のカラーと
なるN+層を示している。Aは第2図の場合と同
様にインジエクタの狭ばめられた対向長を示して
いる。BはI2L素子の逆NPNトランジスタのベー
スとなるP形領域の巾を示している。aは従来構
造(開口率100%)、b,cは開口率が63%および
30%の構造、dは100%閉じた構造(開口率0%)
である。ここでインジエクタ対向長の開口率は図
中のA/Bで定義する。dは開口率0%である
が、本実施例では浅いN+拡散層で障害物を形成
しているため、ホールがその下を通り、dの構造
でも動作する。本発明は、0%<開口率<100%
の構造で多大な効果をもつことを見出したことに
もとづくものである。第4図にI2L素子の実効電
流利得βieffと開口率の関係を示す。従来構造(開
口率100%)を1とすると、開口率を0%まで減
少させるとβieffは順次改善される。したがつて開
口率が0%〜100%の間の任意の値で、βieff向上
の効果がある。一方、開口率の減少に伴ない、
I2L素子の動作速度が低下するデータが得られた。
第5図はI2Lリングオシレータ(1コレクタ形I2L
素子使用)で評価した、各構造の最小遅延時間
tpdnioを示している。開口率を100%より0%と減
少させると遅延時間も単調に増加し、動作速度が
低下する。論理素子としては遅延時間も小さい方
が望ましい。そこで今、I2L素子の性能指数
(Figure of Merit)Fとして、F=βieff/tpdnio
考え、Fが大きいほど良いと考える。第6図はこ
のFと開口率をプロツトしたものである。図か
ら、Fは開口率が16%〜85%において効果が明瞭
に上昇し、更に開口率が約30%〜70%程度のとき
実質的に最大となり、効果が大きい。
In the figure, numeral 41 indicates a planar region of the P-type layer which becomes the injector of the I 2 L element. Similarly 42
51 indicates the P-type layer which becomes the base of the inverted NPN transistor of the I 2 L element, 51 indicates the N + layer which becomes the collector of the inverted NPN transistor of the I 2 L element, and 52 indicates the N + layer which becomes the collar of the I 2 L element. ing. A, as in FIG. 2, shows the narrowed opposing length of the injector. B indicates the width of the P-type region that becomes the base of the inverse NPN transistor of the I 2 L element. A has a conventional structure (100% aperture ratio), b and c have an aperture ratio of 63% and
30% structure, d is 100% closed structure (opening ratio 0%)
It is. Here, the aperture ratio of the injector opposing length is defined by A/B in the figure. Although d has an aperture ratio of 0%, in this example, a shallow N + diffusion layer forms an obstacle, so holes pass under it, and the structure d also operates. In the present invention, 0%<opening ratio<100%
This is based on the discovery that this structure has a significant effect. FIG. 4 shows the relationship between the effective current gain β ieff and the aperture ratio of the I 2 L element. Assuming that the conventional structure (100% aperture ratio) is 1, β ieff is gradually improved as the aperture ratio is reduced to 0%. Therefore, an arbitrary value of the aperture ratio between 0% and 100% has the effect of improving β ieff . On the other hand, as the aperture ratio decreases,
Data was obtained that showed a decrease in the operating speed of the I 2 L device.
Figure 5 shows an I 2 L ring oscillator (1 collector type I 2 L
Minimum delay time of each structure evaluated using
t pdnio is shown. When the aperture ratio is decreased from 100% to 0%, the delay time also increases monotonically and the operation speed decreases. As a logic element, it is desirable that the delay time is also small. Therefore, we now consider F=β ieff /t pdnio as the figure of merit F of the I 2 L element, and consider that the larger F is, the better. FIG. 6 is a plot of this F and the aperture ratio. From the figure, it can be seen that the effect of F clearly increases when the aperture ratio is about 16% to 85%, and it becomes substantially maximum when the aperture ratio is about 30% to 70%, and the effect is large.

I2L素子が有する集積回路を構成する場合、以
上に説明した如き所定の開口率の値をもつI2L素
子を用いて第2図のような回路全体のレイアウト
を行なう。ここで、原則として1つの回路ブロツ
ク内では第2図の例のように開口率を等しくする
ことが肝要である。したがつて本発明はある開口
率A/Bを有するI2L素子で、少なくとも1つ以
上の回路ブロツクを構成することを原則としてい
る。
When constructing an integrated circuit having I 2 L elements, the entire circuit is laid out as shown in FIG. 2 using I 2 L elements having a predetermined aperture ratio value as described above. Here, in principle, it is important to make the aperture ratios equal within one circuit block as in the example shown in FIG. Therefore, the present invention is based on the principle that at least one circuit block is constructed of I 2 L elements having a certain aperture ratio A/B.

なお、第3図b,cのような素子構造単独のも
のについては報告例はある。
It should be noted that there are some reported examples of device structures such as those shown in FIGS. 3b and 3c.

たとえば米国特許公報3989957その他に見られ
る。しかしこれらの例では回路ブロツク中の特別
の所望のゲートだけについては対向長を小さく
し、そのゲートを遅くすること等により、ゲート
の遅延時間を整合や多値論理回路の構成等、特殊
な機能を行なうものである。したがつて本発明の
ように実効電流利得向上のため、回路ブロツク内
の原則としてすべてのゲートの対向長を小さくす
るものとは目的も構成も異なるものである。
See, for example, US Pat. No. 3,989,957 and others. However, in these examples, by reducing the facing length and slowing down only the specifically desired gates in the circuit block, special functions such as matching gate delay times and configuring multivalued logic circuits can be achieved. This is what we do. Therefore, the purpose and structure of the present invention are different from that of the present invention, in which the opposing lengths of all gates in a circuit block are reduced in principle in order to improve the effective current gain.

なお、原則としてすべてのゲート(I2L素子)
という意味について補足説明する。第1に、本構
造のI2L回路でも、一部の所望のゲートだけ開口
率を変えれば速度を変化できる。たとえば所望の
ゲートだけ従来構造とすればそのゲートだけ高速
化できる。第2に、I2L素子の実効電流利得はI2L
素子のコレクタ数(フアンアウト数)が多いほど
の一般に小さいという事実がある。従つて集積回
路装置のチツプ上で高速性を要求される回路ブロ
ツクは開口率100%として高速性を保ちながら、
フアンアウト数を小さめに押さえた回路設計を行
なつて利得を確保し、他の回路ブロツクはフアン
アウト数を多めにとれるよう本構造素子を用いた
構成にすることができる。「少なくとも1つ以上
の回路ブロツクの、原則としてすべてのゲート」
という意味は上記のような場合をも含むものであ
る。
In addition, in principle, all gates (I 2 L elements)
I will provide a supplementary explanation of the meaning. First, even in the I 2 L circuit of this structure, the speed can be changed by changing the aperture ratio of only some desired gates. For example, if only a desired gate has a conventional structure, the speed of only that gate can be increased. Second, the effective current gain of the I 2 L element is I 2 L
It is a fact that the larger the number of collectors (fanout number) of an element, the smaller it is generally. Therefore, circuit blocks that require high speed on the chip of an integrated circuit device are designed with an aperture ratio of 100% while maintaining high speed.
Gain can be secured by designing a circuit with a relatively small fan-out number, and other circuit blocks can be constructed using the present structural element so that the fan-out number can be increased. "In principle, all gates of at least one circuit block"
This meaning includes cases such as those mentioned above.

第7図は本発明第3の実施例を示す断面構造図
である。本実施例はN+カラー501をインジエ
クタと接して(あるいは一部重ねて)構成するこ
とにより実効的にインジエクタからベース領域へ
向けて濃度匂配をつけるものである。これにより
N+カラーを挿入したことによるインジエクタ電
流利得の低下が軽減され、消費電力増加を少なく
しながら実効電流利得が向上できる。
FIG. 7 is a cross-sectional structural diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the N + color 501 is configured to be in contact with (or partially overlap with) the injector, thereby effectively imparting a concentration gradient from the injector to the base region. This results in
The reduction in injector current gain due to the insertion of the N + collar is reduced, and the effective current gain can be improved while minimizing the increase in power consumption.

第8図は本発明第4の実施例を示す断面構造図
である。深いN+拡散層501のカラーで同様な
構造を実現し、同様な効果を得るものである。
FIG. 8 is a cross-sectional structural diagram showing a fourth embodiment of the present invention. A similar structure is realized by the collar of the deep N + diffusion layer 501, and a similar effect is obtained.

第9図は本発明第5の実施例を示す断面構造図
である。本実施例ではSiエツチングその他の方法
で表面に形成した溝601によつてI2L素子のカ
ラーとホールの障害物を形成し、これで同様な構
造と効果を得るものである。
FIG. 9 is a cross-sectional structural diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a groove 601 formed on the surface by Si etching or other method is used to form a collar and hole obstruction of the I 2 L element, thereby obtaining a similar structure and effect.

第10図は本発明第6の実施例を示す断面構造
図である。本実施例では絶縁物(71および70
1)カラーとホールの障害物を形成し、同様な効
果を得るものがある。この例では絶縁物として
SiO2を用いたが、他のSi3N4等をも用い得る。
FIG. 10 is a cross-sectional structural diagram showing a sixth embodiment of the present invention. In this example, insulators (71 and 70
1) There is a method that forms an obstacle between the collar and the hole to obtain a similar effect. In this example, as an insulator
Although SiO 2 was used, other materials such as Si 3 N 4 may also be used.

第11図は本発明第7の実施例を示す断面構造
図である。本実施例ではリン埋込構造のI2L素子
に対して本構造を適用し、同様の効果を得るもの
である。第11図において1はP-シリコン基板、
21は第1のN+埋込層(アンチモン、ヒ素等の
拡散係数の小さい不純物を用いたN+層)、22は
第2のN+埋込層(リン等の拡散係数の大きい不
純物を用いたN+層)である。こうしたN+埋込層
上に形層3が形成され、このN形層3内にI2L素
子等が形成される。第11図における符号で第2
図と同一のものは同一部位を示している。
FIG. 11 is a cross-sectional structural diagram showing a seventh embodiment of the present invention. In this example, the present structure is applied to an I 2 L element having a phosphorus-embedded structure, and similar effects are obtained. In Fig. 11, 1 is a P -silicon substrate,
21 is the first N + buried layer (an N + layer using impurities with a small diffusion coefficient such as antimony or arsenic), and 22 is the second N + buried layer (using impurities with a large diffusion coefficient such as phosphorus). (N + layer). A shaped layer 3 is formed on such an N + buried layer, and I 2 L elements and the like are formed within this N-type layer 3. 2nd with the code in Figure 11
Items that are the same as those in the figure indicate the same parts.

501が本発明に係わるカラーとなるN+層で
ある。
501 is the N + layer which becomes the color according to the present invention.

第12図はリン埋込構造のI2L素子の従来構造
を説明する素子断面図である。1000の領域は
PNPトランジスタ部、2000の領域はI2L素子
の部分を示す。第12図において第2図および第
11図と同一の部位は同一符号で示す。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional I 2 L element having a phosphorus-embedded structure. The area of 1000 is
The region 2000 in the PNP transistor section indicates the I 2 L element. In FIG. 12, the same parts as in FIGS. 2 and 11 are indicated by the same reference numerals.

なお、第11図はI2L素子部のみ示しており、
NPNトランジスタ部とI2L素子の共存する構成を
取る場合、I2L部と第12図の1000部と共存
せしめることとなる。
Note that FIG. 11 shows only the I 2 L element part.
If a configuration is adopted in which the NPN transistor section and the I 2 L element coexist, the I 2 L section and the section 1000 in FIG. 12 will coexist.

I2L回路とバイポーラトランジスタ回路
(NPNTr等)を同一チツプに集積した場合、
NPNトランジスタでは耐圧を向上するめN-層3
の厚さを厚くし、I2L回路では利得を向上するた
めN-層3を薄くしたい。このため熱拡散係数の
大きいリン埋込層22をI2L回路に設けてこれを
実現するものである。第13図は典型的なリン埋
込構造I2L素子の不純物プロフアイル概略図であ
る。ここでN+埋込層の合計濃度プロフアイル
(太い実線)を見るとその濃度は表面に近づくと
急峻な変化を示して低下し、表面付近ではN-
の濃度が支配的になつている。すなわちI2L素子
のベース直下の濃度は十分高められているが、イ
ンジエクタとなるPNPTrのベース部は表面近傍
のため低濃度のままである。従つて従来構造の素
子ではインジエクタもどり電流は低減されていな
い。本発明の技術思想をこらしたりリン埋込層を
用いたI2L素子に対し適用すると、リン埋込層に
よるβi向上効果と相まつて、大きな実効電流利得
向上効果が得られる。
When an I 2 L circuit and a bipolar transistor circuit (NPNTr, etc.) are integrated on the same chip,
In NPN transistors, N - layer 3 is used to improve breakdown voltage.
In the I 2 L circuit, we want to increase the thickness of the N - layer 3 to improve the gain. Therefore, this is achieved by providing the phosphorus buried layer 22 with a large thermal diffusion coefficient in the I 2 L circuit. FIG. 13 is a schematic diagram of the impurity profile of a typical phosphorus-embedded structure I 2 L device. Here, looking at the total concentration profile (thick solid line) of the N + buried layer, the concentration shows a steep change and decreases as it approaches the surface, and the concentration of the N - layer becomes dominant near the surface. . That is, although the concentration immediately below the base of the I 2 L element is sufficiently increased, the base portion of the PNPTr, which serves as an injector, remains at a low concentration because it is near the surface. Therefore, in the element with the conventional structure, the injector return current is not reduced. When the technical concept of the present invention is applied to an I 2 L element using a phosphorus buried layer, a large effective current gain improvement effect can be obtained together with the βi improvement effect due to the phosphorus buried layer.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上により本発明によればI2L素子のインジエ
クタもどり電流低減により実効電流利得βieffを向
上できる効果を有する。またその結果逆NPNTr
本体の利得βiが従来構造より小さくてもI2L回路
に正常動作を確保できる。そして、I2L素子製造
に当つて製造プロセス条件の許容変動幅を広くと
ることができ、I2L・LSIが製造しやすくなると
いう効果が得られる。
As described above, the present invention has the effect of improving the effective current gain β ieff by reducing the injector return current of the I 2 L element. Also, the result is the reverse NPNTr
Even if the gain βi of the main body is smaller than that of the conventional structure, normal operation can be ensured in the I 2 L circuit. In addition, it is possible to widen the permissible fluctuation range of manufacturing process conditions when manufacturing an I 2 L element, resulting in the effect that I 2 L LSI is easier to manufacture.

なお本発明においては半導体層等各領域のすべ
てのP形とN形の極性を反転しても同様の効果が
得られる。
In the present invention, the same effect can be obtained even if the polarities of all P-type and N-type in each region such as the semiconductor layer are reversed.

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

第1図はI2L素子の実効電流利得を説明するた
めの原理的結線図、第2図a,bは各々本発明の
第1の実施例を示す素子構造の平面図および断面
図、第3図は本発明の第2の実施例を示す平面構
造図、第4図は開口率と実効電流利得の関係を示
す図、第5図は開口率と最小遅延時間の関係を示
す図、第6図は開口率とFフアクターとの関係を
示す図、第7図〜第11図は本発明の実施例を示
す装置断面図、第12図はリン埋込構造を有する
I2L素子従来構造を示す断面構造図、第13図は
リン埋込構造を有するI2L素子の不純物プロフア
イルを示す図である。 1……P-(シリコン)基板、2……N+埋込層、
21……第1のN+埋込層(アンチモン、ヒ素等
の拡散係数の小さい不純物)、22……第2のN+
埋込層(リン等の拡散係数の大きい不純物)、3
……N形層、31……P+分離領域、41……I2L
素子のインジエクタとなるP形層、42……I2L
素子の逆NPNトランジスタのベースとなるP形
層、43……NPNトランジスタのベースとなる
P形層、51……I2L素子の逆NPNトランジスタ
のコレクタとなるN+層、52……I2Lのカラーと
なるN+層、53……NPNトランジスタのエミツ
タとなるN+層、501……I2Lのインジエクタの
ホール障害物となるN+層、61……I2Lのカラー
となる溝、601……I2Lのインジエクタのホー
ル障害物となる溝、7……SiO2層、71……I2L
のカラーとなるSiO2層、701……I2Lのインジ
エクタのホール障害物となるSiO2層、8……Al
電極、1000……NPNトランジスタ、200
……I2L素子。
FIG. 1 is a theoretical connection diagram for explaining the effective current gain of an I 2 L element, FIGS. 3 is a planar structural diagram showing the second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the aperture ratio and effective current gain, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the aperture ratio and minimum delay time, and FIG. Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the aperture ratio and the F factor, Figs. 7 to 11 are cross-sectional views of a device showing an embodiment of the present invention, and Fig. 12 has a phosphorus-embedded structure.
FIG. 13 is a cross-sectional structure diagram showing a conventional structure of an I 2 L element, and a diagram showing an impurity profile of an I 2 L element having a phosphorus buried structure. 1...P - (silicon) substrate, 2...N + buried layer,
21...First N + buried layer (impurity with a small diffusion coefficient such as antimony or arsenic), 22...Second N +
Buried layer (impurities with large diffusion coefficients such as phosphorus), 3
...N-type layer, 31 ...P + separation region, 41 ...I 2 L
P-type layer serving as an injector of the element, 42...I 2 L
P-type layer serving as the base of the inverse NPN transistor of the element, 43...P-type layer serving as the base of the NPN transistor, 51...N + layer serving as the collector of the inverse NPN transistor of the I 2 L element, 52...I 2 N + layer which becomes the collar of L, 53...N + layer which becomes the emitter of the NPN transistor, 501...N + layer which becomes the hole obstruction of the injector of I2L , 61...becomes the collar of I2L Groove, 601... Groove that becomes an obstruction to the injector hole of I 2 L, 7... SiO 2 layer, 71... I 2 L
701...SiO 2 layer which becomes the hole obstruction of the injector of I 2 L, 8... Al
Electrode, 1000...NPN transistor, 200
... I2L element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 横型のインジエクタPNPトランジスタと該
インジエクタPNPトランジスタのP型コレクタ
領域をそのP型ベース領域として共用した縦型の
逆方向NPNトランジスタとからなる複数の集積
注入論理素子を具備し、 上記複数の集積注入論理素子の上記共用P型領
域の周辺の半導体基板表面にカラー領域を具備し
てなり、 上記複数の集積注入論理素子の上記インジエク
タPNPトランジスタの各P型エミツタ領域はP
型インジエクタ領域として半導体基板表面に形成
され、 上記複数の集積注入論理素子の各々の上記共用
P型領域を、上記半導体基板表面で上記P型イン
ジエクタ領域の長さ方向と実質的に平行な方向に
挟むように、上記カラー領域が上記半導体基板表
面に形成されてなる半導体集積回路装置におい
て、 上記共用P型領域を挟んで形成された上記カラ
ー領域の上記長さ方向と実質的に平行な離間距離
よりも、上記インジエクタPNPトランジスタの
上記エミツタ・コレクタ対向部分における上記長
さ方向と実質的に平行な実効的エミツタ・コレク
タ対向長を小さくする手段を上記複数の集積注入
論理素子の上記インジエクタPNPトランジスタ
の上記各エミツタ・コレクタ対向部分に具備して
なることを特徴とする半導体集積回路装置。 2 上記複数の集積注入論理素子の上記インジエ
クタPNPトランジスタの上記各エミツタ・コレ
クタ対向部分において、上記実効的エミツタ・コ
レクタ対向長は上記離間距離の16%〜85%に設定
されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体集積回路装置。 3 上記複数の集積注入論理素子の上記インジエ
クタPNPトランジスタの上記各エミツタ・コレ
クタ対向部分において、上記実効的エミツタ・コ
レクタ対向長は上記離間距離の30%〜70%に設定
されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体集積回路装置。 4 上記手段は溝、絶縁体領域、N型領域および
高濃度N型領域よりなる群より選ばれた少なくと
もひとつの手段を用いてなることを特徴とする特
許請求の範囲第1項、第2項又は第3項記載の半
導体集積回路装置。 5 上記手段は上記カラー領域から上記P型イン
ジエクタ領域と上記複数の集積注入論理素子の上
記各共用P型領域との間の半導体基板表面に延在
するように設けられてなることを特徴とする特許
請求の範囲第1項、第2項、第3項又は第4項記
載の半導体集積回路装置。
[Claims] 1. A plurality of integrated injection logic elements comprising a horizontal injector PNP transistor and a vertical reverse NPN transistor that shares the P-type collector region of the injector PNP transistor as its P-type base region. , a collar region is provided on the surface of the semiconductor substrate around the shared P-type region of the plurality of integrated injection logic elements, and each P-type emitter region of the injector PNP transistor of the plurality of integrated injection logic elements has a P-type emitter region.
forming the shared P-type region of each of the plurality of integrated injection logic elements in a direction substantially parallel to the length direction of the P-type injector region on the surface of the semiconductor substrate; In a semiconductor integrated circuit device in which the collar region is formed on the surface of the semiconductor substrate so as to sandwich the common P-type region, a separation distance substantially parallel to the length direction of the collar region formed with the shared P-type region sandwiched therebetween. A means for reducing an effective emitter-collector opposing length substantially parallel to the length direction in the emitter-collector opposing portion of the injector PNP transistor of the plurality of integrated injection logic elements is provided. A semiconductor integrated circuit device comprising the above-mentioned emitter-collector opposing portions. 2. In each of the emitter-collector opposing portions of the injector PNP transistors of the plurality of integrated injection logic elements, the effective emitter-collector opposing length is set to 16% to 85% of the separation distance. Claim 1
The semiconductor integrated circuit device described in . 3. In each emitter-collector opposing portion of the injector PNP transistor of the plurality of integrated injection logic elements, the effective emitter-collector opposing length is set to 30% to 70% of the separation distance. Claim 1
The semiconductor integrated circuit device described in . 4. Claims 1 and 2, characterized in that the above means is formed by using at least one means selected from the group consisting of a groove, an insulator region, an N-type region, and a highly doped N-type region. Or the semiconductor integrated circuit device according to item 3. 5. The means is provided to extend from the collar region to the surface of the semiconductor substrate between the P-type injector region and each of the shared P-type regions of the plurality of integrated injection logic elements. A semiconductor integrated circuit device according to claim 1, 2, 3, or 4.
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