JP2001148467A - 可変抵抗素子 - Google Patents

可変抵抗素子

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JP2001148467A JP32971799A JP32971799A JP2001148467A JP 2001148467 A JP2001148467 A JP 2001148467A JP 32971799 A JP32971799 A JP 32971799A JP 32971799 A JP32971799 A JP 32971799A JP 2001148467 A JP2001148467 A JP 2001148467A
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Takeshi Yamamura
健 山村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 抵抗値が連続的に変化でき、さらに抵抗値が
印加電圧に対してほぼ直線的に変化できるようにした可
変抵抗素子の提供。 【解決手段】 P型半導体基板1内の表面側に、所定の
間隔をおいてN型領域からなる2つの拡散層2、3を形
成し、この拡散層2、3を拡散抵抗4、5とする。P型
半導体基板1上であって拡散層2、3に挟まれた領域
に、その拡散層2、3の長さ方向に沿って絶縁層6を形
成する。さらに、その絶縁層6上に、導体からなるゲー
ト7を設ける。そして、ゲート7の長さ方向に傾斜電圧
を印加させるようにし、この傾斜電圧の状態を変化させ
ることにより、拡散抵抗4、5の抵抗値を変化させるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成される各種の電子回路の一部として使用される抵抗素
子に関し、特に抵抗値が可変自在な可変抵抗素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板上に形成される電子回
路としては、例えば図7〜図9に示すようなものが知ら
れている。図7は反転増幅回路であり、可変抵抗素子V
R1の抵抗値を変えることにより入力と出力の利得を変
化できるものである。図8はフィルタ回路であり、可変
抵抗素子VR2の抵抗値を変えることにより周波数特性
を変化できるものである。図9はMOSトランジスタQ
1、Q2からなるカレントミラー回路であり、可変抵抗
素子VR3の抵抗値を変えることによりMOSトランジ
スタQ2に流れる電流を変化できるものである。
【0003】このように、可変抵抗素子は各種の電子回
路に使用され、各回路の機能や特性などを調節する役割
を果している。次に、従来の可変抵抗素子の構成例につ
いて、図10および図11を参照して説明する。図10
の可変抵抗素子は、複数の抵抗素子R1〜R4を直列に
接続するとともに、その各固定抵抗素子R1〜R4に並
列にトランジスタQ11〜Q14を接続し、トランジス
タQ11〜Q14を導通または非道通の状態にして抵抗
値を変化させるようにしたものである。
【0004】図11の可変抵抗素子は、トランジスタの
ゲート電圧を可変自在にし、ゲート電圧の制御により、
トランジスタ自体のオン抵抗(導通時の抵抗)を変化さ
せるようにしたものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図10に示
す従来の可変抵抗素子では、トランジスタQ11〜Q1
4を導通または非道通にすることにより抵抗値を変化さ
せるようにしている。このため、抵抗値を非連続(離散
的)にしか変化させることができず、連続的に変化させ
ることができないという不都合があった。
【0006】また、図11に示す従来の可変抵抗素子で
は、トランジスタの抵抗値を制御するのが極めて難し
い。例えば、制御電圧と抵抗値の関係を直線的(1次関
数的)にすることが難しいという不都合があった。そこ
で、本発明の目的は、上記の点に鑑み、抵抗値が連続的
に変化でき、さらには抵抗値が印加電圧に対してほぼ直
線的に変化できるようにした可変抵抗素子を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、本発
明の目的を達成するために、請求項1および請求項2に
記載の各発明は以下のように構成した。すなわち、請求
項1に記載の発明は、P型あるいはN型の半導体領域内
に、前記半導体領域とは異なる型の拡散層で抵抗素子を
形成させ、前記半導体の表面から絶縁層を介して絶縁さ
れ、かつ、前記抵抗素子に隣接する位置に導体を配置さ
せ、前記導体は、前記抵抗素子の長さ方向とほぼ一致す
る方向に傾斜電圧を印加するようになっていることを特
徴とするものである。
【0008】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の可変抵抗素子において、前記拡散層は、所定領
域を挟んで2つ形成するようにし、かつ、前記導体は、
前記絶縁層を介するとともに前記所定領域にその長さ方
向に向けて配置するようにしたことを特徴とするもので
ある。このように本発明では、導体(ゲート)に対し
て、抵抗素子の長さ方向とほぼ一致する方向に傾斜電圧
を印加するようになっているので、導体上の長さ方向の
電圧分布はその長さ方向の位置により異なる(例えば図
2(B)参照)。そして、その印加電圧を変化させる
と、導体の下側の半導体基板の表面が導通状態となるし
きい値電圧をその導体のその長さ方向に変化させること
ができ、これはその半導体基板の表面の導通状態の位置
を、抵抗素子の長さ方向に変化させることになる。この
ため、導体の印加電圧を変化させることにより、導体に
隣接する拡散層の長さを変化させ、その結果、拡散層の
抵抗値を連続的に可変することができる。
【0009】従って、本発明によれば、拡散層からなる
抵抗素子の抵抗値を連続的に変化させることができる上
に、その抵抗値を導体への印加電圧に対してほぼ直線的
に変化することが可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。本発明の可変抵抗素子の第1
実施形態の構成について、図1を参照して説明する。図
1は、第1実施形態の構成を示し、(A)はその平面
図、(B)は(A)のA−A線断面図、(C)は(A)
のB−B線断面図である。
【0011】この第1実施形態にかかる可変抵抗素子
は、図1に示すように、P型半導体基板1内の表面側
に、所定間隔をおいてN型領域からなる2つの拡散層
2、3を形成させ、この拡散層2、3を拡散抵抗(抵抗
素子)4、5とする。また、P型半導体基板1上であっ
て拡散層2、3に挟まれた領域に、少なくともその幅が
拡散層2、3の間隔からなりその拡散層2、3の長さ方
向に沿って酸化シリコンなどの絶縁体からなる絶縁層6
を形成する。さらに、その絶縁層6上に、その幅と長さ
が絶縁層6の幅と長さと同じであり、ポリシリコン(多
結晶シリコン)などの導体からなるゲート7を設ける。
【0012】拡散層2の一端は第1端子8に接続される
とともに、拡散層3の一端は第2端子9に接続され、こ
れら両端子が抵抗端子を形成している。また、ゲート7
の両端は、第1ゲート端子10と第2ゲート端子11と
に接続され、これらの電極10、11に後述のように電
圧が印加されるようになっている。ここで、拡散抵抗
4、5の抵抗値は、例えば最大値で10〔Ω〕〜100
0〔Ω〕程度である。
【0013】次に、このような構成からなる第1の実施
形態にかかる可変抵抗素子の動作について、図2を参照
して説明する。この第1の実施形態では、図2(A)に
示すように、第1ゲート端子10に電圧V1を印加する
とともに第2ゲート端子11に電圧V2を印加し、これ
により、ゲート7の長さ方向の電位分布、すなわち拡散
層2、3の長さ方向の電位分布が図2(B)に示すよう
に直線的になる。
【0014】いま、ゲート7の長さ方向の電位分布が、
図2(B)の実線aに示すような場合には、ゲート7の
しきい値電圧VT(ゲート7の下側のP型半導体基板1
の表面が導通状態になるときの電圧であり、MOSトラ
ンジスタのゲートのしきい値電圧に相当するもの)はP
1の位置になるので、ゲート7の長さ方向のうちP1〜
P4の部分はしきい値電圧VTを上回ることになる。こ
のため、ゲート7の真下のP型半導体基板1の表面のう
ち、ゲート7の電位がしきい値電圧VTを下回る部分
(図2(C)のOFFに相当する部分)では非導通状態
となり、ゲート7の電位がしきい値電圧VTを上回る部
分(図2(C)の斜線のONに相当する部分)では導通
状態となる。この結果、拡散層2、3はその導通部分に
より導通し、図2(C)に示すように、抵抗記号の表示
部分が拡散抵抗4、5として機能するようになり、これ
ら拡散抵抗4、5がその導通部分を介して直列接続され
た状態になる。
【0015】ここで、上記のしきい値電圧VTは、通常
のMOSトランジスタのしきい値電圧に相当するもので
あり、そのしきい値電圧VTの大きさは、例えば、P型
半導体基板1の不純物濃度、ゲート7の膜厚、ゲート7
直下のイオン濃度などによって決まる。また、電圧V
1、V2の基準は、第1端子8である。次に、ゲート7
の長さ方向の電位分布を、図2(B)の実線aの状態か
ら実線bに示す状態に変化させると(電圧V2を変化さ
せると)、ゲート7のしきい値電圧VTはP2の位置に
移動するので、ゲート7の長さ方向のうちP2〜P4の
部分がしきい値電圧VTを上回ることになる。このた
め、ゲート7の真下のP型半導体基板1の表面のうち、
ゲート7の電位がしきい値電圧VTを下回る部分(図2
(D)のOFFに相当する部分)では非導通となり、ゲ
ート7の電位がしきい値電圧VTを上回る部分(図2
(D)の斜線のONに相当する部分)では導通となる。
この結果、図2(D)に示すように、拡散層2、3のう
ち抵抗記号の表示部分が拡散抵抗4、5として機能し、
図2(C)の場合に比べて導通領域が減少するので拡散
抵抗4、5の抵抗値が増加する。
【0016】さらに、ゲート7の長さ方向の電位分布
を、図2(B)の実線cの状態にすると、ゲート7のし
きい値電圧VTはP3の位置に移動するので、ゲート7
の長さ方向のうちP3〜P4の部分がしきい値電圧VT
を上回ることになる。このため、ゲート7の真下のP型
半導体基板1の表面のうち、ゲート7の電位がしきい値
電圧VTを下回る部分(図2(E)のOFFに相当する
部分)では非導通となり、ゲート7の電位がしきい値電
圧VTを上回る部分(図2(E)の斜線のONに相当す
る部分)では導通となる。この結果、図2(E)に示す
ように、拡散層2、3のうち抵抗記号の表示部分が拡散
抵抗4、5として機能し、図2(D)の場合に比べて導
通領域がさらに減少するので、これに伴って拡散抵抗
4、5の抵抗値がさらに増加する。
【0017】以上説明したように、この第1実施形態で
は、ゲート7の両側であってその長さ方向に拡散層2、
3からなる拡散抵抗4、5を形成させ、かつ、ゲート7
の長さ方向に傾斜電圧を印加させるようにし、この傾斜
電圧の状態を変化させることにより、拡散抵抗4、5の
抵抗値を変化させるようにした。このため、この第1実
施形態によれば、拡散抵抗4、5の合成抵抗値を連続的
に変化できる上に、ゲート7の印加電圧と抵抗値の変化
の関係をほぼ直線的にすることができる。
【0018】次に、本発明の可変抵抗素子の第2実施形
態の構成について、図3を参照して説明する。図3は、
第2実施形態の構成を示し、(A)はその平面図、
(B)は(A)のH−H線断面図、(C)は(A)のJ
−J線断面図、(D)は(A)のK−K線断面図であ
る。この第2実施形態にかかる可変抵抗素子は、図3に
示すように、P型半導体基板21内の表面側に、N型領
域からなる拡散層22を形成し、この拡散層22を拡散
抵抗23とする。また、P型半導体基板21上であって
拡散層22の長さ方向に沿って、酸化シリコンなどの絶
縁体からなる絶縁層24を形成する。さらに、その絶縁
層24上に、その幅と長さが絶縁層24の幅と長さと同
じであり、ポリシリコンなどの導体からなるゲート25
を設ける。
【0019】拡散層22の両端は、第1端子26と第2
端子27とに接続され、これら両端子が抵抗端子を形成
している。また、ゲート25の両端は、第1ゲート端子
28と第2ゲート端子29とに接続され、これらの端子
28、29に後述のように電圧が印加されるようになっ
ている。次に、このような構成からなる第2の実施形態
にかかる可変抵抗素子の動作について、図4を参照して
説明する。
【0020】この第2の実施形態では、図4(A)に示
すように、第1ゲート端子28に電圧V1を印加すると
ともに第2ゲート端子29に電圧V2を印加し、これに
より、ゲート25の長さ方向の電位分布、すなわち拡散
層22の長さ方向の電位分布が図4(B)に示すように
直線的になる。いま、ゲート25の長さ方向の電位分布
が、図4(B)の実線aに示すような場合には、ゲート
25のしきい値電圧VTはP1の位置になるので、ゲー
ト25の長さ方向のうちP1〜P4の部分はしきい値電
圧VTを上回ることになる。このため、ゲート25の真
下のP型半導体基板21の表面のうち、ゲート25の電
位がしきい値電圧VTを下回る部分(図4(C)のOF
Fに相当する部分)では非導通となり、ゲート25の電
位がしきい値電圧VTを上回る部分(図4(C)の斜線
のONに相当する部分)では導通となる。この結果、そ
の導通部分によって拡散層22の有効部分が減少し、図
4(C)に示すように、拡散層22のうち抵抗記号の表
示の部分が拡散抵抗23として機能するようになり、拡
散抵抗23の抵抗値が大幅に減少する。
【0021】次に、ゲート25の長さ方向の電位分布
を、図4(B)の実線aの状態から実線bに示す状態に
変化させると(電圧V2を変化させると)、ゲート25
のしきい値電圧VTはP2の位置に移動するので、ゲー
ト25の長さ方向のうちP2〜P4の部分がしきい値電
圧VTを上回ることになる。このため、ゲート25の真
下のP型半導体基板21の表面のうち、ゲート25の電
位がしきい値電圧VTを下回る部分(図4(D)のOF
Fに相当する部分)では非導通となり、ゲート25の電
位がしきい値電圧VTを上回る部分(図4(D)の斜線
のONに相当する部分)では導通となる。この結果、図
4(D)に示すように、拡散層22のうち抵抗記号の表
示部分が拡散抵抗23として機能し、図4(C)の場合
に比べて導通領域が減少するので、拡散抵抗23の抵抗
値が増加する。
【0022】さらに、ゲート25の長さ方向の電位分布
を、図4(B)の実線bの状態から実線cに示す状態に
変化させると、ゲート25のしきい値電圧VTはP3の
位置に移動するので、ゲート25の長さ方向のうちP3
〜P4の部分がしきい値電圧VTを上回ることになる。
このため、ゲート25の真下のP型半導体基板21の表
面のうち、ゲート25の電位がしきい値電圧VTを下回
る部分(図4(E)のOFFに相当する部分)では非導
通となり、ゲート25の電位がしきい値電圧VTを上回
る部分(図4(E)の斜線のONに相当する部分)では
導通となる。この結果、図4(E)に示すように、拡散
層22のうち抵抗記号の表示部分が拡散抵抗23として
機能し、図4(D)の場合に比べて導通領域がさらに減
少するので、これに伴って拡散抵抗22の抵抗値がさら
に増加する。
【0023】以上説明したように、この第2実施形態で
は、拡散層22からなる拡散抵抗23と、拡散層22に
沿って設けたゲート25とから形成され、かつ、ゲート
25の長さ方向に傾斜電圧を印加させるようにし、この
傾斜電圧の状態を変化させることにより、拡散抵抗23
の抵抗値を変化させるようにした。このため、この第2
実施形態によれば、拡散抵抗23の抵抗値を連続的に変
化できる上に、ゲート25の印加電圧と抵抗値の変化の
関係をほぼ直線的にすることができる。
【0024】次に、本発明の可変抵抗素子の第3実施形
態の構成について、図5を参照して説明する。図5は、
第3実施形態の構成を示し、(A)はその平面図、
(B)は(A)のC−C線断面図、(C)は(A)のD
−D線断面図、(D)は(A)のE−E線断面図、
(E)は(A)のF−F線断面図、(F)は(A)のG
−G線断面図である。
【0025】この第3実施形態にかかる可変抵抗素子
は、図5に示すように、P型半導体基板31内の表面側
に、N型領域からなり全体が櫛状の拡散層32を形成
し、この拡散層32を拡散抵抗33とする。拡散層32
は、図5に示すように、所定の厚さからなるとともに、
長さ方向の部分32Aと、その長さ方向の部分32Aに
直交する方向に所定間隔に設けた複数の凸部32Bとか
ら構成されている。
【0026】また、P型半導体基板31上であって拡散
層32の長さ方向に沿って、酸化シリコンなどの絶縁体
からなり全体が櫛形の絶縁層34が形成されている。そ
の絶縁層34上に、その絶縁層34と同一形状からな
り、ポリシリコンなどの導体からなるゲート35が設け
られている。絶縁層34とゲート35とは同一形状であ
るので、ここではゲート35の形態について説明する。
すなわち、ゲート35は、図5に示すように、所定の厚
さからなるとともに、長さ方向の部分35Aと、その長
さ方向の部分35Aに直交する方向に所定間隔に設けた
複数の凸状ゲート35Bとから構成されている。そし
て、ゲート35の所定間隔に配置された各凸状ゲート3
5Bと、拡散層32の所定間隔に配置された各凸部32
Bとは、高さ方向において互いに重ならないように交互
に配置されている。
【0027】さらに、拡散層32の両端は、第1端子3
6と第2端子37とに接続され、これら両端子が抵抗端
子を形成している。また、ゲート35の両端は、第1ゲ
ート端子38と第2ゲート端子39とに接続され、これ
らの端子38、39に後述のように電圧が印加されるよ
うになっている。次に、このような構成からなる第3の
実施形態にかかる可変抵抗素子の動作について、図6を
参照して説明する。
【0028】この第3の実施形態では、図6(A)に示
すように、第1ゲート端子38に電圧V1を印加すると
ともに第2ゲート端子39に電圧V2を印加し、これに
より、ゲート35の長さ方向の電位分布、すなわち拡散
層32の長さ方向の電位分布が図6(B)に示すように
直線的になる。いま、ゲート35の長さ方向の電位分布
が、図6(B)の実線aに示すような場合には、ゲート
35のしきい値電圧VTはP1の位置になるので、ゲー
ト35の長さ方向のうちP1より右の部分はしきい値電
圧VTを上回ることになる。このため、複数の凸状ゲー
ト35Bの真下のP型半導体基板31の表面のうち、ゲ
ート35の電位がしきい値電圧VTを下回る部分(図6
(C)のOFFに相当する部分)では非導通となり、ゲ
ート35の電位がしきい値電圧VTを上回る部分(図6
(C)の斜線のONに相当する部分)では導通となる。
この結果、図6(C)に示すように、拡散層32のうち
斜線の部分が有効な拡散抵抗33として機能することが
できる。
【0029】以上説明したように、この第3実施形態で
は、拡散層32からなる拡散抵抗33と、拡散層32に
沿って設けた複数の凸状ゲート35Bを備えたゲート3
5からなり、ゲート35の長さ方向に傾斜電圧を印加さ
せるようにし、この傾斜電圧の状態を変化させることに
より、拡散層32の形状を代えて拡散抵抗33の抵抗値
を変化させるようにした。このため、この第3実施形態
によれば、拡散抵抗33の抵抗値をほぼ連続的に変化で
きる上に、ゲート35の印加電圧と抵抗値の変化の関係
をほぼ直線的にすることができる。
【0030】なお、上記の各実施形態では、半導体基板
をP型半導体基板1、21、31のようにP型とし、拡
散層2、3、22、23をN型領域とした場合について
説明した。しかし、本発明は、これに限定されるもので
はなく、P型半導体基板1、21、31をN型に代え、
これに伴って拡散層2、3、22、23をP型領域に代
えて形成するようにしても良い。この場合には、ゲート
7、25、35に印加する電圧は、図2(B)、図4
(B)、図6(B)のように正の電圧を傾斜状に印加す
るのではなく、負の電圧を傾斜状に印加することにな
る。これは、P型MOSトランジスタのゲートに印加す
る負の電圧に相当する。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、拡
散層からなる抵抗素子の抵抗値を連続的に変化させるこ
とができる上に、その抵抗値を導体への印加電圧に対し
てほぼ直線的に変化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の構成を示し、(A)は
その平面図、(B)は(A)のA−A線断面図、(C)
は(A)のB−B線断面図である。
【図2】第1実施形態の動作などを説明する説明図であ
る。
【図3】本発明の第2実施形態の構成を示し、(A)は
その平面図、(B)は(A)のH−H線断面図、(C)
は(A)のJ−J線断面図、(D)は(A)のK−K線
断面図である。
【図4】第2実施形態の動作などを説明する説明図であ
る。
【図5】本発明の第3実施形態の構成を示し、(A)は
その平面図、(B)は(A)のC−C線断面図、(C)
は(A)のD−D線断面図、(D)は(A)のE−E線
断面図、(E)は(A)のF−F線断面図、(F)は
(A)のG−G線断面図である。
【図6】第3実施形態の動作などを説明する説明図であ
る。
【図7】従来の電子回路の構成を示す図である。
【図8】従来の他の電子回路の構成を示す図である。
【図9】従来のさらに他の電子回路の構成を示す図であ
る。
【図10】従来の可変抵抗素子の構成を示す図である。
【図11】従来の可変抵抗素子の他の構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 P型半導体基板(半導体基板) 2、3 拡散層(N型) 4、5 拡散抵抗 6 絶縁層 7 ゲート(導体) 21 P型半導体基板 22 拡散層 23 拡散抵抗 24 絶縁層 25 ゲート 31 P型半導体基板 32 拡散層 33 拡散抵抗 34 絶縁層 35 ゲート 35B 凸状ゲート

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型あるいはN型の半導体領域内に、前
    記半導体領域とは異なる型の拡散層で抵抗素子を形成さ
    せ、 前記半導体の表面から絶縁層を介して絶縁され、かつ、
    前記抵抗素子に隣接する位置に導体を配置させ、 前記導体は、前記抵抗素子の長さ方向とほぼ一致する方
    向に傾斜電圧を印加するようになっていることを特徴と
    する可変抵抗素子。
  2. 【請求項2】 前記拡散層は、所定領域を挟んで2つ形
    成するようにし、かつ、前記導体は、前記絶縁層を介す
    るとともに前記所定領域にその長さ方向に向けて配置す
    るようにしたことを特徴とする請求項1に記載の可変抵
    抗素子。
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