JP2008311609A - 電圧レギュレーター及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電圧レギュレーターのチップサイズを減らすとともに、生産工程の短縮で製造原価を節減する電圧レギュレーター及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、入力端子、出力端子、及び接地端子が備えられた電圧レギュレーターであって、前記入力端子を介して基準電圧を生成する基準電圧発生部と、複数の一定パターンに配列された金属配線、及び前記金属配線を選択的に相互に接続して活性化する導電性金属配線パターンで構成される活性抵抗、及びフィードバック抵抗によって出力端子の電圧を分配する電圧分配部と、前記基準電圧発生部の基準電圧、及び前記フィードバックされる電圧分配部の分配電圧を入力して差動増幅する増幅部と、前記入力端子を介して入力された電源を前記増幅部の出力電圧によって前記出力端子に伝達するトランジスタとを含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、電圧レギュレーター及びその製造方法に係り、より詳しくは、一つのチップで多様な出力電圧パターンを有する電圧レギュレーターを生産するに当たり、複数の一定パターンに配列された金属配線と前記金属配線を選択的に相互に接続して活性化する導電性金属配線パターンとを利用して電圧レギュレーターの所望出力電圧を得るようにすることで、電圧レギュレーターのチップサイズを減らすとともに、生産工程の短縮によって製造原価を節減する電圧レギュレーター及びその製造方法に関するものである。
一般に、電圧レギュレーターは、外側に、安定化させようとする電源が入力される入力端子と静電圧が出力される出力端子及び接地端子とを備え、かつ内側に、前記入力端子を介して入力される信号を安定な静電圧に変換する回路を備える3ピン素子であって、各種電子製品の電源装置に使用されている。
図1は、従来技術によるトリミングパッド及びヒューズを含む電圧レギュレーターを概略的に示す構成図である。
図に示すように、従来の電圧レギュレーター10は、増幅器及びトランジスタを含むアナログ回路1と、複数の抵抗の役目をする金属配線の抵抗レイヤー、複数のトリミングパッド(TP〜TP)、及び前記トリミングパッド(TP〜TP)を電気的に相互に短絡させるようにする複数のヒューズ(FUSE〜FUSEn−1)からなる電圧分配部2とから構成される。
前記トリミングパッド(TP〜TP)は、前記抵抗レイヤーの各抵抗に並列接続され、選択された抵抗を活性化させることにより、前記電圧分配部2の電圧分配割合を調節するように形成され、複数のヒューズ(FUSE〜FUSEn−1)は、前記トリミングパッド(TP〜TP)のうち、隣り合うトリミングパッド(TP〜TP)を電気的に相互に短絡させるように、複数で構成される。
しかし、このような従来の電圧レギュレーター10は、実際の素子上において、前記アナログ回路1及び電圧分配部2が水平空間に形成され、前記電圧レギュレーター10の出力電圧を決定するために使用される電圧分配部2に、前記トリミングパッド(TP〜TP)及びヒューズ(FUSE〜FUSEn−1)を別に構成することから、電圧レギュレーター10のチップサイズが増加して原価が上昇する問題点と、原料に対する製品歩留まり(yield)を減少させる問題点とがある。
また、従来の電圧レギュレーター10は、抵抗レイヤーのすべての抵抗が前記トリミングパッド(TP〜TP)と前記完全な状態のヒューズ(FUSE〜FUSEn−1)とによって非活性化状態に設計生産され、以後のテスト過程で、高電流又はレーザーを利用して前記ヒューズ(FUSE〜FUSEn−1)を選択的に融解させることで、前記ヒューズ(FUSE〜FUSEn−1)によって相互に接続されている前記トリミングパッド(TP〜TP)を開放し、それにより、前記開放したトリミングパッド(TP〜TP)に並列に接続された抵抗が活性化することで、必要な出力電圧を得るようにしている。
しかし、このような従来の電圧レギュレーター10は、前記トリミングパッドに接続されたヒューズを融解させるトリミング工程の追加によってチップ製造原価が上昇する問題点と、リードタイム(Lead Time)が増加する問題点とがある。
また、従来の電圧レギュレーター10は、高電流又はレーザーを利用するトリミング工程の際、高エネルギーによって、前記電圧レギュレーター10が潜在的損傷(Latent damage)を被る可能性があるという問題点があった。
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、複数の一定パターンに配列された金属配線と、前記金属配線を選択的に相互に接続して活性化する導電性金属配線パターンとを利用して、トリミングパッドなしでも電圧レギュレーターの所望出力電圧を得るようにする電圧レギュレーターを提供することにその目的がある。
本発明の他の目的は、電圧レギュレーターの製造において、電圧レギュレーターのチップサイズを減らして、チップの製造原価を節減し、原料に対する製品歩留まり(yield)を増大させるようにする電圧レギュレーターを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、電圧レギュレーターの製造工程において、トリミングパッド及びヒューズが不要であるように構成してトリミング工程を不要にすることで、工程を短縮するとともに、製造原価を節減する電圧レギュレーターの製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明による電圧レギュレーターは、入力端子、出力端子、及び接地端子が備えられた電圧レギュレーターにおいて、前記入力端子を介して基準電圧を生成する基準電圧発生部と、複数の一定パターンに配列された金属配線、及び前記金属配線を選択的に相互に接続して活性化する導電性金属配線パターンで構成される活性抵抗、及びフィードバック抵抗によって出力端子の電圧を分配する電圧分配部と、前記基準電圧発生部の基準電圧、及び前記フィードバックされる電圧分配部の分配電圧を入力して差動増幅する増幅部と、前記入力端子を介して入力された電源を前記増幅部の出力電圧によって前記出力端子に伝達するトランジスタと、を含んでなる。
前記電圧分配部の活性抵抗が、前記出力端子の所定出力電圧範囲に対するすべての抵抗値を有するように金属配線を形成し、前記金属配線を必要な出力電圧によって選択して相互に接続する金属配線パターンを形成し、かつ前記金属配線の一定部分には、前記金属配線パターンに接続するようにしたコンタクトを含んでなることができる。
また、本発明による電圧レギュレーターの製造方法は、基準電圧発生部、電圧分配部、増幅部、及びトランジスタからなる電圧レギュレーターの製造工程において、前記電圧分配部を構成する多数の規則的なパターンに配列される金属配線及びコンタクトを形成する段階と、前記トランジスタ、前記金属配線、及びコンタクトを導電性の配線で接続するための金属配線パターンを形成する段階と、を含んでなる。
前記金属配線パターンは、前記トランジスタ領域に第1金属配線パターンを形成し、かつ前記金属配線及びコンタクト領域に第2金属配線パターンを形成してなることができる。
以上説明したように、本発明は、複数の一定パターンに配列して形成した金属配線と、出力しようとする各電圧レベルに合わせて前記金属配線で活性抵抗値を決定する金属配線パターンとを積層構造に形成することにより、電圧レギュレーターのチップサイズを減らし、チップの製造原価を節減して、原料に対する製品歩留まりを増大させる効果がある。
また、本発明は、電圧レギュレーターの製造工程において、従来のトリミングパッドが無いように構成し、金属配線及び金属配線パターンを単一工程でなすことにより、別途のトリミングパッドに対する工程及びトリミング工程が不要であり、これによる電圧レギュレーターチップの製造工程を短縮するとともに、製造原価を節減する効果がある。
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図2は本発明による電圧レギュレーターのブロック図である。
図に示すように、本発明による電圧レギュレーター100は、入力端子(Vin)、出力端子(Vout)、及び接地端子を外部に備え、内部には、基準電圧発生部110、電圧分配部120、増幅部130、及びトランジスタ140を含んで構成される。
前記基準電圧発生部110は、前記入力端子を介して電圧を受けて基準電圧を生成し、前記増幅部130は、前記基準電圧発生部110の基準電圧と、後述する電圧分配部120の分配電圧とを受けて差動増幅し、前記トランジスタ140は、前記増幅部130の出力電圧による制御によって、前記入力端子を介して入力された電源を前記出力端子に伝達する。
前記電圧分配部120は、複数の一定パターンに配列された金属配線122(図3)、及び前記金属配線122の一部又は全部を選択的に相互に接続して活性化する導電性金属配線パターン124で構成される活性抵抗125と、フィードバック抵抗121とから構成され、前記出力端子に印加される前記トランジスタ140の出力の電圧を分配して前記増幅部130に印加する機能を有する。
この際、前記金属配線122は、金属又は不純物が注入された多結晶シリコンで構成されることが好ましく、前記複数の金属配線122のうち、前記金属配線パターン124によって選択的に相互に接続されたものは活性化し、残りの接続されていないものは活性化しなくなる。
図3は本発明による電圧レギュレーターの電圧分配部に金属配線パターンを利用して金属配線を活性化した一実施例を示す図である。
図に示すように、前記フィードバック抵抗121とともに電圧分配部120を構成する金属配線122の一実施例として、第1〜第9抵抗(R〜R)を配列したものである。
前記第1〜第9抵抗(R〜R)は、前記金属配線パターン124の形状によって、前記第1〜第9抵抗(R〜R)の一部又は全部が活性化することができる。
また、図3には、より簡単な例として、前記電圧分配部120に含まれた抵抗を前記第1〜第9抵抗(R〜R)のみ記載したが、実際の素子上においては、一般的に電圧レギュレーターの出力電圧の範囲である5V内に対するすべての抵抗値を有するように、これより多くの抵抗で構成することができるのは明らかである。
図3において、金属配線122に配列された抵抗のうち、活性化した活性抵抗125は、前記第1抵抗(R)、前記並列接続された第4〜第6抵抗(R〜R)、及び第8抵抗(R)の和、すなわち、R=R+(R||R||R)+Rと同一である。
この際、金属配線パターン124は、トランジスタ140のソース端と第1抵抗(R)とを接続し、前記第1抵抗(R)と前記第4〜第6抵抗(R〜R)とを接続し、前記第4〜第6抵抗(R〜R)と前記第8抵抗(R)とを接続し、前記第8抵抗(R)を前記フィードバック抵抗121と電気的に接続するように形成される。
図4は本発明による電圧レギュレーターの電圧分配部の構成概念図である。
図に示すように、本発明による電圧レギュレーター100は、アナログ回路を構成する基準電圧発生部110及び増幅部130、P型インプラント及びN型インプラント、ゲートポリ、並びにコンタクトを含んでトランジスタ140を形成する段階と、複数の規則的に配列された金属配線122を形成する段階と、前記トランジスタ140及び金属配線122を導電性の配線で接続するための金属配線パターン124を形成する段階とを含んで構成される。
前記金属配線パターン124は、前記金属配線122の上層部に金属薄膜を積層した後、フォト工程によって、前記金属薄膜の不要な部分を除去することにより、所望形状に製作されるようにする。
すなわち、前記金属薄膜は、前記トランジスタ140を形成するために、フォトマスクを利用してインプラント、エッチング、LOCOSなどの一連の工程を行った後、前記トランジスタ140のゲートのためのゲートポリ及び前記金属配線122を形成し、前記トランジスタ140及び金属配線122の上層部の全面を覆うように積層する。
ついで、前記金属薄膜に、フォト工程によって、前記トランジスタ140のゲート、ドレイン、及びソースを外部と接続するパターンとともに、前記金属配線122の選択部分を接続して活性化する金属配線パターン124を形成する。
この場合、前記金属薄膜は、元のトランジスタ140のゲート、ドレイン、及びソースを外部に接続する金属パターンを形成するために、前記トランジスタ140の上層部に積層されなければならないので、このために別の工程が加えられない。
また、本発明において、前記金属配線122は、前記ゲートポリを形成する前又は後に形成することができ、あるいはゲートポリと同時に形成することもできる。
そして、前記トランジスタ140領域の上層部に形成した金属配線パターン124(以下、‘第1金属配線パターン’という)と、前記金属配線122領域の上層部に形成した金属配線パターン124(以下、‘第2金属配線パターン’という)とは、それぞれ異なるフォトマスクに形成されるようにすることが好ましい。
これは、前記トランジスタ140のための第1金属配線パターンがいつも同一であるのに対し、前記金属配線122のための第2金属配線パターンは、前記電圧分配部120の電圧分配割合によって選択的にその形状が変わらなければならないからである。
この際、前記第1金属配線パターンは、一つのフォトマスクによって形成されるようにすることが好ましい。
また、前記第2金属配線パターンは、前記第2金属配線パターンに対する場合の数だけフォトマスクを備え、その中で選択された一つのフォトマスクによって形成されるようにすることが好ましい。
そして、前記第1金属配線パターン及び第2金属配線パターンを一つのフォトマスクにすべて形成されるようにすることもできる。
この際、フォトマスクは、前記第2金属配線パターンに対する場合の数だけ備え、第1金属配線パターンに対するフォトマスク部分は同じ模様を有することが好ましい。
これは、実際の素子上では、前記金属配線122を前記トランジスタ140と同一面上に配置することにより、前記トランジスタ140のための第1金属配線パターン及び前記金属配線122のための第2金属配線パターンも同一面上に配置されるからである。
図5a〜図5dは、本発明による電圧レギュレーターの金属配線パターンを利用して金属配線を選択的に接続した実施例を示す図である。
図に示すように、本発明による電圧レギュレーター100の電圧分配部120において、活性抵抗125は、規則的に配列された多数の金属配線122と、電圧レギュレーター100の出力電圧に応じて前記金属配線122を選択して接続することにより活性化するための金属配線パターン124とによって決定され、前記金属配線122及びトランジスタ140は、コンタクト123によって接続される。
以上説明した本発明は、発明が属する技術分野において通常の知識を持った者によって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様に置換、変形、及び変更が可能であるので、前述した実施例及び添付図面に限定されるものではない。本発明の範囲は、前記特許請求の範囲によって決定される。
本発明は、一つのチップで多様な出力電圧パターンを有する電圧レギュレーターを生産することに適用可能である。
従来技術によるトリミングパッド及びヒューズを含む電圧レギュレーターを概略的に示す構成図である。 本発明による電圧レギュレーターのブロック図である。 本発明による電圧レギュレーターの電圧分配部に金属配線パターンを利用して金属配線を活性化した一実施例を示す図である。 本発明による電圧レギュレーターの電圧分配部の構成概念図である。 本発明による電圧レギュレーターの金属配線パターンを利用して金属配線を選択的に接続した実施例を示す図である。 本発明による電圧レギュレーターの金属配線パターンを利用して金属配線を選択的に接続した実施例を示す図である。 本発明による電圧レギュレーターの金属配線パターンを利用して金属配線を選択的に接続した実施例を示す図である。 本発明による電圧レギュレーターの金属配線パターンを利用して金属配線を選択的に接続した実施例を示す図である。
符号の説明
1 アナログ回路
2 電圧分配部
10、100 電圧レギュレーター
110 基準電圧発生部
120 電圧分配部
121 フィードバック抵抗
122 金属配線
123 コンタクト
124 金属配線パターン
125 活性抵抗
130 増幅部
140 トランジスタ

Claims (4)

  1. 入力端子、出力端子、及び接地端子が備えられた電圧レギュレーターであって、
    前記入力端子を介して基準電圧を生成する基準電圧発生部と、
    複数の一定パターンに配列された金属配線、及び前記金属配線を選択的に相互に接続して活性化する導電性金属配線パターンで構成される活性抵抗、及びフィードバック抵抗によって出力端子の電圧を分配する電圧分配部と、
    前記基準電圧発生部の基準電圧、及び前記フィードバックされる電圧分配部の分配電圧を入力して差動増幅する増幅部と、
    前記入力端子を介して入力された電源を前記増幅部の出力電圧によって前記出力端子に伝達するトランジスタと、を含んでなることを特徴とする、電圧レギュレーター。
  2. 前記電圧分配部の活性抵抗が、前記出力端子の所定出力電圧範囲に対するすべての抵抗値を有するように金属配線を形成し、前記金属配線を必要な出力電圧によって選択して相互に接続する金属配線パターンを形成し、かつ前記金属配線の一定部分には、前記金属配線パターンに接続するようにしたコンタクトを含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の電圧レギュレーター。
  3. 基準電圧発生部、電圧分配部、増幅部、及びトランジスタからなる電圧レギュレーターの製造工程において、
    前記電圧分配部を構成する多数の規則的なパターンに配列される金属配線及びコンタクトを形成する段階と、
    前記トランジスタ、前記金属配線、及びコンタクトを導電性の配線で接続するための金属配線パターンを形成する段階と、を含んでなることを特徴とする、電圧レギュレーターの製造方法。
  4. 前記金属配線パターンは、前記トランジスタ領域に第1金属配線パターンを形成し、かつ前記金属配線及びコンタクト領域に第2金属配線パターンを形成してなることを特徴とする、請求項3に記載の電圧レギュレーターの製造方法。
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