JP2012049796A - Amplifying circuit device - Google Patents

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一也 柿本
Shigeo Onodera
栄男 小野寺
Yoshiaki Matsumiya
芳明 松宮
Daichi Suma
大地 須磨
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid the occurrence of drain current exceeding the standard value by preventing the input of an unintended low-frequency signal, when a J-FET is adopted as an amplifying circuit device.SOLUTION: In a sealing member of a J-FET 1, capacitance is added in series with a gate. The capacitance and a resistor connected between the gate and a source of the J-FET constitute a high-pass filter 5. The setting of the cutoff frequency of the high-pass filter 5 to less than 20 Hz can cut off frequencies lower than the lower limit of the audible frequency band without degrading an audio signal. A p-type semiconductor layer, which becomes a back-gate region, is provided on an n-type semiconductor substrate to form a pn junction. Junction capacitance of the pn junction is capacitance of the high-pass filter 5.

Description

本発明は、増幅回路装置に係り、特に接合型電界効果トランジスタを用いた増幅回路装置に関する。   The present invention relates to an amplifier circuit device, and more particularly to an amplifier circuit device using a junction field effect transistor.

携帯電話等に用いられるエレクトレットコンデンサマイクロフォン(Electret Condenser Microphone:以下ECM)のインピーダンス変換および増幅を行うために、接合型電界効果トランジスタ(Junction Field Effect Transistor:以下J−FET)が採用される場合がある。   In order to perform impedance conversion and amplification of an electret condenser microphone (hereinafter referred to as ECM) used in a mobile phone or the like, a junction field effect transistor (hereinafter referred to as J-FET) may be employed. .

図7は、J−FET201を用いた増幅回路装置200の一例を示す回路図である。J−FET201はゲートGが、例えばECM(不図示)の一端と接続する。ドレインDは例えば電源(不図示)と接続する。また、J−FET201のゲートG−ソースS間には抵抗202とpn接合ダイオード203がそれぞれ並列に接続されている。抵抗202は例えば抵抗値が1GΩ程度の高抵抗体である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the amplifier circuit device 200 using the J-FET 201. The gate G of the J-FET 201 is connected to, for example, one end of an ECM (not shown). The drain D is connected to, for example, a power source (not shown). A resistor 202 and a pn junction diode 203 are connected in parallel between the gate G and the source S of the J-FET 201, respectively. The resistor 202 is a high-resistance body having a resistance value of about 1 GΩ, for example.

この増幅回路装置200は、電源投入時にはソースS−抵抗202−ゲートGの経路で電流が流れるので、電源投入から入力電圧(ゲート電位)の変動が安定し定常状態になるまでの時間を短縮することができ、良好な過渡特性が得られる。また、pn接合ダイオード203によって、静電破壊耐量を高めることができる(例えば特許文献1参照。)。   In the amplifier circuit device 200, when the power is turned on, a current flows through the path of the source S, the resistor 202, and the gate G. Therefore, the time from when the power is turned on until the fluctuation of the input voltage (gate potential) is stabilized and the steady state is reached is shortened. And good transient characteristics can be obtained. The pn junction diode 203 can increase the resistance to electrostatic breakdown (see, for example, Patent Document 1).

特開昭61−160963号公報 (第3頁 第1図)JP 61-160963 A (page 3, Fig. 1)

増幅回路装置に採用されるJ−FET201は、電源投入から過渡状態を経過した後の定常状態、すなわちドレイン電流の飽和領域で使用することが一般的である。   The J-FET 201 employed in the amplifier circuit device is generally used in a steady state after passing a transient state after power-on, that is, in a drain current saturation region.

図7に示す増幅回路装置200では、抵抗202の抵抗値を適切に選択することにより、電源投入時直後の過渡状態におけるゲート電位を接地(GNDに吸収)させ、短期間でゲート電位を安定化させて定常状態にすることができる。   In the amplifier circuit device 200 shown in FIG. 7, the gate potential in a transient state immediately after power-on is grounded (absorbed by GND) by appropriately selecting the resistance value of the resistor 202, and the gate potential is stabilized in a short period of time. To achieve a steady state.

しかし定常状態においても、増幅回路装置200の封止部材(パッケージ)外部からの要因で入力電圧が変動し、すなわち意図しない(増幅すべきでない)ゲート電位の変動が生じる場合がある。例えば、高湿度環境下などにおいては特に顕著に、封止部材の外部に導出するゲート端子のゲート電位が変動する場合がある。このようなゲート電位の変動(大きくて100mV)は、可聴周波数より低周波の信号が入力信号(例えば10mV)とは無関係にJ−FETのゲートに入力されることを意味し、これによってドレイン電流が規格値を大きく超えてしまう問題があった。   However, even in a steady state, the input voltage may fluctuate due to an external factor from the sealing member (package) of the amplifier circuit device 200, that is, an unintended (not to be amplified) gate potential may vary. For example, the gate potential of the gate terminal led out of the sealing member may fluctuate particularly remarkably in a high humidity environment. Such a change in the gate potential (at most 100 mV) means that a signal having a frequency lower than the audible frequency is input to the gate of the J-FET regardless of the input signal (for example, 10 mV). However, there was a problem that greatly exceeded the standard value.

本発明はかかる課題に鑑みてなされ、一導電型半導体層と、該一導電型半導体層上に設けられた逆導電型半導体領域と、該逆導電型半導体領域表面に設けられた逆導電型のソース領域およびドレイン領域と、前記逆導電型半導体領域表面に設けられた一導電型のゲート領域と、前記一導電型半導体層の周囲に設けられ、前記逆導電型半導体領域表面から前記一導電型半導体層まで達する深さの高濃度一導電型不純物領域と、一端が前記ソース領域と電気的に接続し、他端が前記一導電型半導体層と電気的に接続する抵抗と、前記一導電型半導体層の他の主面に設けられた逆導電型半導体基板と、該逆導電型半導体基板と固着してゲート電位が印加される導電部材と、を具備することにより解決するものである。   The present invention has been made in view of such a problem, and includes one conductivity type semiconductor layer, a reverse conductivity type semiconductor region provided on the one conductivity type semiconductor layer, and a reverse conductivity type provided on the surface of the reverse conductivity type semiconductor region. A source region and a drain region; a gate region of one conductivity type provided on the surface of the reverse conductivity type semiconductor region; and a region of the one conductivity type provided from the surface of the reverse conductivity type semiconductor region provided around the one conductivity type semiconductor layer. A high-concentration one-conductivity type impurity region having a depth reaching the semiconductor layer, a resistor having one end electrically connected to the source region and the other end electrically connected to the one-conductivity type semiconductor layer, and the one-conductivity type The problem is solved by providing a reverse conductivity type semiconductor substrate provided on the other main surface of the semiconductor layer and a conductive member to which the gate potential is applied while being fixed to the reverse conductivity type semiconductor substrate.

本発明によれば、以下の効果が得られる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

第1に、J−FETのゲート−ソース間に抵抗を接続し、ゲートと直列に容量を接続して、抵抗と容量によってハイパスフィルタを構成する。ハイパスフィルタの遮断周波数を可聴周波数帯域の下限付近に設定することにより、増幅回路装置の封止部材(パッケージ)外部の要因(例えば湿度など)によって、封止部材外部のゲート端子においてゲート電位の変動が生じても、封止部材内のハイパスフィルタで遮断し、入力信号とは無関係な低周波の信号がJ−FETのゲートに入力されることを防止できる。増幅すべき入力信号は、可聴周波数帯域の音声信号であり、容量若しくはハイパスフィルタで遮断されることはなく、意図しない低周波信号の入力を防止し、これにより規格値を超過するドレイン電流が発生することを回避できる。   First, a resistor is connected between the gate and source of the J-FET, a capacitor is connected in series with the gate, and a high-pass filter is configured by the resistor and the capacitor. By setting the cutoff frequency of the high-pass filter near the lower limit of the audible frequency band, the gate potential varies at the gate terminal outside the sealing member due to factors outside the sealing member (package) of the amplifier circuit device (for example, humidity). Even if this occurs, it can be blocked by a high-pass filter in the sealing member, and a low-frequency signal unrelated to the input signal can be prevented from being input to the gate of the J-FET. The input signal to be amplified is an audio signal in the audible frequency band, and is not blocked by a capacitor or high-pass filter, preventing unintended low-frequency signal input and generating a drain current exceeding the standard value. Can be avoided.

第2に、容量の静電容量と抵抗の抵抗値を適宜選択し、これらを用いてあらわされるハイパスフィルタの電圧利得を、可聴周波数帯域において0.9以上とすることにより、増幅すべき入力信号(音声信号)の感度を低下させることなく、入力信号とは無関係に発生する可聴周波数を下回る低周波信号のゲートへの入力を防止できる。   Secondly, the input signal to be amplified is selected by appropriately selecting the capacitance of the capacitor and the resistance value of the resistor, and setting the voltage gain of the high-pass filter expressed using these to 0.9 or more in the audible frequency band. Without lowering the sensitivity of the (audio signal), it is possible to prevent the input of a low-frequency signal below the audible frequency generated regardless of the input signal to the gate.

第3に、ハイパスフィルタは、従来、ゲート電位の安定化のために設けられていた抵抗を用いて、これに容量を1つ付加するのみで構成できるので、増幅回路装置のチップの外形(封止部材の外形)の増大を押さえることができる。   Third, a high-pass filter can be configured by using a resistor conventionally provided for stabilizing the gate potential and adding only one capacitor to the resistor. An increase in the outer shape of the stopping member can be suppressed.

具体的には、n型半導体基板の上にJ−FETのバックゲート領域となるp型半導体層を設けることでpn接合容量を形成し、これをハイパスフィルタの容量とすることにより、チップサイズ(面積)は、従来と同等を維持できる。また、pn接合から広がる空乏層によって必要な静電容量を確保でき、所望の静電破壊耐圧が確保できる範囲であれば、p型半導体層は薄くすることができるので、チップ厚みの増大も回避できる。   Specifically, a pn junction capacitance is formed by providing a p-type semiconductor layer serving as a back gate region of a J-FET on an n-type semiconductor substrate, and this is used as a capacitance of a high-pass filter. The area) can be maintained equivalent to the conventional one. Moreover, the p-type semiconductor layer can be made thin as long as the required electrostatic capacity can be secured by the depletion layer extending from the pn junction and the desired electrostatic breakdown voltage can be secured. it can.

第4に、チップ(p型半導体層)の最外周側面に露出し、n型半導体基板に達するn型不純物領域を設けることにより、チップの最外周側面にpn接合が露出することによるリークを防止できる。n型不純物領域は、チップ表面からn型半導体基板に到達するようにイオン注入によって形成する必要がある。本実施形態ではp型半導体層の厚みは、所要の静電容量Cが得られるように空乏層が広がる条件を維持し、且つ所望の静電破壊耐圧が確保できれば、最小限の厚みにすることができるので、チップの表面からn型半導体基板までの距離(深さ)を浅くでき、リークを防止するためのn型不純物領域を設けることができる。   Fourth, by providing an n-type impurity region that is exposed on the outermost peripheral surface of the chip (p-type semiconductor layer) and reaches the n-type semiconductor substrate, leakage due to exposure of the pn junction to the outermost peripheral surface of the chip is prevented. it can. The n-type impurity region needs to be formed by ion implantation so as to reach the n-type semiconductor substrate from the chip surface. In the present embodiment, the thickness of the p-type semiconductor layer is set to a minimum thickness if the depletion layer is widened so that the required capacitance C can be obtained and a desired electrostatic breakdown voltage can be secured. Therefore, the distance (depth) from the surface of the chip to the n-type semiconductor substrate can be reduced, and an n-type impurity region for preventing leakage can be provided.

第5に、n型半導体基板上にp型半導体層を設けて容量を構成できるので、部品点数を増加させることなく、容量を付加することができる。   Fifth, since a capacitor can be formed by providing a p-type semiconductor layer on an n-type semiconductor substrate, the capacitor can be added without increasing the number of components.

本発明の増幅回路装置を説明する図であり、(A)は増幅回路装置の使用例を示す回路図であり、(B)は増幅回路装置の回路図であり、(C)はハイパスフィルタの回路図である。It is a figure explaining the amplifier circuit apparatus of this invention, (A) is a circuit diagram which shows the usage example of an amplifier circuit apparatus, (B) is a circuit diagram of an amplifier circuit apparatus, (C) is a high-pass filter. It is a circuit diagram. 本発明の増幅回路装置を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the amplifier circuit apparatus of this invention. 本発明の増幅回路装置を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the amplifier circuit apparatus of this invention. 本発明の増幅回路装置を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the amplifier circuit apparatus of this invention. 本発明の増幅回路装置を説明する特性図である。It is a characteristic view explaining the amplifier circuit apparatus of this invention. 本発明の増幅回路装置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the amplifier circuit apparatus of this invention. 従来技術を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining a prior art.

本発明の実施の形態について、図1から図6を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施形態の増幅回路装置10を説明するための回路図であり、図1(A)が増幅回路装置10の使用の一例を示す回路図、図1(B)が増幅回路装置10の回路図、図1(C)がハイパスフィルタ5の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an amplifier circuit device 10 of the present embodiment. FIG. 1A is a circuit diagram showing an example of use of the amplifier circuit device 10, and FIG. 1B is an amplifier circuit device. FIG. 1C is a circuit diagram of the high-pass filter 5.

図1(A)を参照して、本実施形態の増幅回路装置10は、例えば、エレクトレットコンデンサマイクロフォン(Electret Condenser Microphone:以下ECM)15に接続して用いられる。   Referring to FIG. 1A, an amplification circuit device 10 of this embodiment is used by being connected to an electret condenser microphone (hereinafter referred to as ECM) 15, for example.

ECM15は、振動膜(振動板)と、これと対向する電極を筐体内に配置したものであり、振動膜は例えば高分子材料などにより構成され、エレクトレット効果により振動膜に電荷を持続させたものである。ECM15は、音による振動膜の動きが振動膜および電極間の静電容量の変化として取り出され、これが増幅回路装置10によって増幅される。   The ECM 15 includes a diaphragm (diaphragm) and an electrode facing the diaphragm, and the diaphragm is made of, for example, a polymer material, and the charge is sustained by the electret effect. It is. In the ECM 15, the movement of the diaphragm due to sound is taken out as a change in capacitance between the diaphragm and the electrode, and this is amplified by the amplifier circuit device 10.

増幅回路装置10は、接合型電界効果トランジスタ(Junction Field Effect Transistor:以下J−FET)1と、抵抗2と、ダイオード3と、容量4と、を有する。   The amplifier circuit device 10 includes a junction field effect transistor (hereinafter referred to as J-FET) 1, a resistor 2, a diode 3, and a capacitor 4.

J−FET1は、ゲートG、ソースSおよびドレインDの3つの端子を有し、ゲートGがECM15の一端と接続し、ドレインDは負荷抵抗Rを介して電源6に接続し、ソースSが接地される。負荷抵抗Rの抵抗値は、例えば1kΩ〜15kΩ程度である。ゲートGは入力側となり、直流的にゲートGが開放の状態で使用する。増幅は主に、J−FET1の定常状態(ゲートGの電位が安定した状態、ドレイン電流の飽和領域)において行われる。ドレインDは出力側となる。 The J-FET 1 has three terminals: a gate G, a source S, and a drain D. The gate G is connected to one end of the ECM 15. The drain D is connected to the power source 6 through the load resistor RL. Grounded. The resistance value of the load resistor RL is, for example, about 1 kΩ to 15 kΩ. The gate G is on the input side, and is used in a state where the gate G is opened in a DC manner. Amplification is mainly performed in a steady state of J-FET 1 (a state where the potential of the gate G is stable, a drain current saturation region). The drain D is on the output side.

詳細には、ECM15の容量変化(電圧変化)が入力電圧Vin(ゲートG−ソースS間電圧VGS)の変化としてJ−FET1のゲートGに印加され、J−FET1に流れるドレイン電流が制御される。ドレインDに流れるドレイン電流が増幅回路装置10により増幅される。増幅後の電流(消費電流)は負荷抵抗Rによって電圧変換され、J−FET1のドレインDから出力電圧VoutのAC成分として取り出すことができる。 Specifically, the capacitance change (voltage change) of the ECM 15 is applied to the gate G of the J-FET 1 as a change of the input voltage Vin (gate G-source S voltage VGS), and the drain current flowing through the J-FET 1 is controlled. . A drain current flowing in the drain D is amplified by the amplifier circuit device 10. The amplified current (current consumption) is converted into a voltage by the load resistance RL and can be taken out from the drain D of the J-FET 1 as an AC component of the output voltage Vout.

図1(A)(B)を参照して、J−FET1は、例えばnチャネルのデプレッション型J−FETである。すなわち、n型のチャネル領域とp型のゲート領域及びp型のバックゲート領域及びそれぞれn型のソース領域及びドレイン領域を有する。   Referring to FIGS. 1A and 1B, J-FET 1 is, for example, an n-channel depletion type J-FET. That is, it has an n-type channel region, a p-type gate region, a p-type back gate region, and an n-type source region and drain region, respectively.

抵抗2は、ゲートG−ソースS間に並列に接続する。抵抗2は、抵抗値Rが例えば1GΩ〜30GΩ(より好適には1GΩ〜3GΩ)であり、電源6を投入直後のJ−FET1の過渡状態の期間中に、ソースS−抵抗2−ゲートGの経路に電流を流すことにより、ゲート電位を短期間で安定化させるために接続される。   The resistor 2 is connected in parallel between the gate G and the source S. The resistor 2 has a resistance value R of, for example, 1 GΩ to 30 GΩ (more preferably 1 GΩ to 3 GΩ), and during the transient state of the J-FET 1 immediately after the power supply 6 is turned on, By flowing a current through the path, the gate potential is connected in a short period of time.

また、ダイオード3が、ゲートG−ソースS間に並列に接続する。ダイオード3は、pn接合ダイオードであり、アノード(ソースS)側に負電圧を印加する(逆方向バイアスが印加される)ように接続することにより、ゲートG−ソースS間に印加される静電気を放電し、静電破壊耐量を向上させている。   The diode 3 is connected in parallel between the gate G and the source S. The diode 3 is a pn junction diode, and is connected so as to apply a negative voltage (a reverse bias is applied) to the anode (source S) side, thereby preventing static electricity applied between the gate G and the source S. It discharges to improve the electrostatic breakdown resistance.

容量4は、J−FET1のゲートGに直列に接続される。容量4の静電容量は例えば、1pF〜50pFである。   The capacitor 4 is connected in series to the gate G of the J-FET 1. The capacitance of the capacitor 4 is, for example, 1 pF to 50 pF.

J−FET1、抵抗2、ダイオード3および容量4は全て単一の封止部材7内に収められ、増幅回路装置10を構成している。封止部材7は例えば封止樹脂パッケージであるが、メタルキャンパッケージやセラミックパッケージも採用できる。また、一例として、J−FET1、抵抗2、ダイオード3および容量4は、全て同一の半導体基板(チップ)に集積化される。   The J-FET 1, the resistor 2, the diode 3, and the capacitor 4 are all housed in a single sealing member 7 and constitute an amplifier circuit device 10. The sealing member 7 is, for example, a sealing resin package, but a metal can package or a ceramic package can also be adopted. As an example, the J-FET 1, the resistor 2, the diode 3, and the capacitor 4 are all integrated on the same semiconductor substrate (chip).

図1(B)(C)を参照して、本実施形態の増幅回路装置10は、ゲートG、および抵抗2の一端と直列接続する容量4を有し、これによりゲートGに直列に、抵抗2と容量4によるハイパスフィルタ5が接続された構成となっている。   Referring to FIGS. 1B and 1C, an amplifier circuit device 10 of this embodiment includes a gate G and a capacitor 4 connected in series with one end of a resistor 2, whereby a resistor is connected in series with the gate G. 2 and a high-pass filter 5 having a capacitor 4 are connected.

ハイパスフィルタ5は、可聴周波数帯域(例えば20Hz〜2万Hz(20KHz))の下限付近の遮断周波数を有する。これにより、例えば20Hzより低い周波数の信号を遮断できる。つまり、J−FET1の定常状態において、増幅回路装置10の使用環境などの外部要因によって意図しないゲート電位の変動が生じ、それが信号として増幅回路装置10に入力された場合であっても、増幅する前にその変動(信号)を低減できる。   The high-pass filter 5 has a cutoff frequency near the lower limit of the audible frequency band (for example, 20 Hz to 20,000 Hz (20 KHz)). Thereby, for example, a signal having a frequency lower than 20 Hz can be cut off. That is, in the steady state of J-FET 1, even if an unintended gate potential change occurs due to external factors such as the usage environment of the amplifier circuit device 10 and is input to the amplifier circuit device 10 as a signal, amplification is performed. The fluctuation (signal) can be reduced before the operation.

具体的に説明すると、例えば高湿度環境下での使用などによって、定常状態においても増幅すべき入力電圧Vinの変化(入力信号または音声信号)とは無関係に、ゲート電位が変動する場合がある。この場合のゲート電位の変動は、可聴周波数帯域の下限(20Hz)より大幅に低い周波数の信号として、J−FET1のゲートGに入力される。本実施形態ではこの低周波数の信号によって図1(B)のI1点のゲート電位が変動した場合であっても、これをハイパスフィルタ5で遮断できるので、I2点でのゲート電位の変動を低減できる。一方で、増幅すべき可聴周波数帯域の高周波の入力信号はほとんど損失(低下)することなく、I2点に到達させることができる。   More specifically, the gate potential may fluctuate regardless of changes in the input voltage Vin (input signal or audio signal) to be amplified even in a steady state due to, for example, use in a high humidity environment. The fluctuation of the gate potential in this case is input to the gate G of the J-FET 1 as a signal having a frequency significantly lower than the lower limit (20 Hz) of the audible frequency band. In the present embodiment, even when the gate potential at the point I1 in FIG. 1B varies due to the low-frequency signal, this can be blocked by the high-pass filter 5, thereby reducing the variation in the gate potential at the point I2. it can. On the other hand, a high frequency input signal in the audible frequency band to be amplified can reach the point I2 with almost no loss (decrease).

増幅すべき高周波の入力信号の損失の大きさは、ハイパスフィルタ5の電圧利得Gainによって算出され、電圧利得Gainの周波数特性は、以下の式で表される。   The magnitude of the loss of the high frequency input signal to be amplified is calculated by the voltage gain Gain of the high-pass filter 5, and the frequency characteristic of the voltage gain Gain is expressed by the following equation.

Figure 2012049796
ここで、Vin:入力電圧[V]、Vout:出力電圧[V]、ω:角周波数[rad](=2πf(f:周波数[Hz]))、C:静電容量[pF]、R:抵抗[Ω]である。
Figure 2012049796
Here, Vin: input voltage [V], Vout: output voltage [V], ω: angular frequency [rad] (= 2πf (f: frequency [Hz])), C: capacitance [pF], R: Resistance [Ω].

本実施形態では、上式であらわされるハイパスフィルタ5の電圧利得Gainが、可聴周波数帯域において0.9以上となるように、抵抗2の抵抗値Rと容量4の静電容量Cとを選択する。これにより、増幅すべき入力信号(音声信号)の感度はほとんど低下させることなく、増幅すべき入力信号とは無関係に発生する低周波の信号が、J−FET1のゲートGに入力されることを防止できる。   In the present embodiment, the resistance value R of the resistor 2 and the capacitance C of the capacitor 4 are selected so that the voltage gain Gain of the high-pass filter 5 expressed by the above equation is 0.9 or more in the audible frequency band. . As a result, the sensitivity of the input signal (sound signal) to be amplified is hardly lowered, and a low-frequency signal generated regardless of the input signal to be amplified is input to the gate G of the J-FET 1. Can be prevented.

図2から図5は、上式を用いて計算した電圧利得Gainおよび周波数fの、容量4の依存性を示す特性図である。いずれもY軸が電圧利得Gain、X軸が周波数f[Hz]であり、図2から図4はそれぞれ容量4の静電容量Cが0.1pF、1pF、5pF、10pF、30pF、50pFの6つの場合について、図5は容量4の静電容量Cが0.1pF、0.5pF、1pF、2pF、5pF、10pF、30pF、50pFの8つの場合について抵抗2の抵抗値Rを変えて依存性を算出した。図2は抵抗2の抵抗値R=1GΩ(1.00E09Ω)、図3は抵抗値R=3GΩ、図4は抵抗値R=10GΩ、図5は抵抗値R=30GΩの場合である。またいずれも破線が可聴周波数帯域の下限付近を示し、矢印で示した破線より周波数の高い領域(2万Hz程度まで)が、可聴周波数帯域である。   2 to 5 are characteristic diagrams showing the dependence of the voltage 4 on the voltage gain Gain and the frequency f calculated using the above equations. In any case, the Y-axis is the voltage gain Gain, the X-axis is the frequency f [Hz], and FIGS. 2 to 4 are 6 in which the capacitance C of the capacitor 4 is 0.1 pF, 1 pF, 5 pF, 10 pF, 30 pF, 50 pF, respectively. FIG. 5 shows the dependence of the resistance value R of the resistor 2 on eight cases where the capacitance C of the capacitor 4 is 0.1 pF, 0.5 pF, 1 pF, 2 pF, 5 pF, 10 pF, 30 pF, and 50 pF. Was calculated. 2 shows a resistance value R = 1 GΩ (1.00E09Ω), FIG. 3 shows a resistance value R = 3 GΩ, FIG. 4 shows a resistance value R = 10 GΩ, and FIG. 5 shows a resistance value R = 30 GΩ. In both cases, the broken line indicates the vicinity of the lower limit of the audible frequency band, and the region having a higher frequency (up to about 20,000 Hz) than the broken line indicated by the arrow is the audible frequency band.

図2を参照して、抵抗2の抵抗値Rが1GΩの場合、可聴周波数帯域の下限付近において電圧利得Gainが0.9以上となるのは、容量4の静電容量Cが30pF以上の場合であり、50pFでは電圧利得Gainがほぼ1となる。これより静電容量Cが小さい場合は、高い周波数では電圧利得Gainが0.9以上となるものの、可聴周波数帯域の下限付近では電圧利得Gainが0.9を下回り、ゲートGに入力される低周波の信号の遮断はできても、可聴周波数帯域の損失が大きくなりすぎてしまう。   Referring to FIG. 2, when resistance value R of resistor 2 is 1 GΩ, voltage gain Gain is 0.9 or more near the lower limit of the audible frequency band when capacitance C of capacitor 4 is 30 pF or more. The voltage gain Gain is approximately 1 at 50 pF. When the capacitance C is smaller than this, the voltage gain Gain is 0.9 or more at a high frequency, but near the lower limit of the audible frequency band, the voltage gain Gain is less than 0.9, and the low input to the gate G is low. Even if the signal of the frequency can be cut off, the loss of the audible frequency band becomes too large.

同様に、図3を参照して、抵抗2の抵抗値Rが3GΩの場合、可聴周波数帯域の下限付近において電圧利得Gainが0.9以上となるのは、容量4の静電容量が5pFより大きい場合であり、静電容量Cが10pF以上では電圧利得Gが0.95以上となる。   Similarly, referring to FIG. 3, when the resistance value R of the resistor 2 is 3 GΩ, the voltage gain Gain becomes 0.9 or more near the lower limit of the audible frequency band because the capacitance of the capacitor 4 is 5 pF or more. In this case, the voltage gain G is 0.95 or more when the capacitance C is 10 pF or more.

更に図4を参照して、抵抗2の抵抗値Rが10GΩの場合には、静電容量Cが5pF以上であれば可聴周波数帯域の下限付近において電圧利得Gainが0.95以上でほぼ1に近くなる。   Further, referring to FIG. 4, when the resistance value R of the resistor 2 is 10 GΩ, if the capacitance C is 5 pF or more, the voltage gain Gain is 0.95 or more and nearly 1 near the lower limit of the audible frequency band. Get closer.

更に図5を参照して、抵抗2の抵抗値Rが30GΩの場合には、静電容量Cが1pF以上であれば可聴周波数帯域の下限付近において電圧利得Gainが0.95以上となる。   Further, referring to FIG. 5, when the resistance value R of the resistor 2 is 30 GΩ, the voltage gain Gain is 0.95 or more near the lower limit of the audible frequency band if the capacitance C is 1 pF or more.

これらから明らかなように、抵抗2の抵抗値Rが大きいほど、小さい静電容量Cで可聴周波数帯域において良好な電圧利得Gainが得られる。一方で、抵抗2の抵抗値Rは過渡状態の期間においてゲート電位が安定するまでの時間に影響し、抵抗値Rが大きくなるほどソースS−抵抗2−ゲートG間に電流が流れにくくなり、ゲート電位が安定するまでの時間がかかることになる。つまり、過渡状態の期間におけるゲート電位の安定化に適切な抵抗値Rが例えば1GΩ〜3GΩであるとすると、静電容量Cは30pF以上が望ましいといえる。   As is apparent from these figures, the larger the resistance value R of the resistor 2, the better the voltage gain Gain is obtained in the audible frequency band with the smaller capacitance C. On the other hand, the resistance value R of the resistor 2 affects the time until the gate potential is stabilized during the transient state, and the larger the resistance value R, the less the current flows between the source S-resistance 2 and the gate G. It takes time for the potential to stabilize. In other words, if the resistance value R suitable for stabilizing the gate potential in the transient state is, for example, 1 GΩ to 3 GΩ, it can be said that the capacitance C is preferably 30 pF or more.

また、静電容量Cは、大きいほど可聴周波数帯域の広範囲において損失を少なくすることができるといえるが、極端に大きくなると、容量4を追加しない従来構造に近づき、すなわち低周波の信号を遮断できない。本実施形態においては静電容量Cの上限値は、例えば、30pF〜50pF程度までである。この値は、理論上、低周波の信号を遮断できなくなる静電容量よりも小さく、現実的な容量4のサイズに制約される。   Further, it can be said that the larger the capacitance C, the smaller the loss can be in a wide range of the audible frequency band. However, when the capacitance C becomes extremely large, it approaches a conventional structure in which the capacitor 4 is not added, that is, the low frequency signal cannot be blocked. . In the present embodiment, the upper limit value of the capacitance C is, for example, about 30 pF to 50 pF. This value is theoretically smaller than the capacitance at which low-frequency signals cannot be cut off, and is limited to the actual size of the capacitance 4.

すなわち、後に詳述するが、容量4をゲートGに直列に接続する増幅回路装置10の具体的なデバイスとしては、以下の構成が考えられる。例えばJ−FET1のチップを構成するn型半導体基板上に、バックゲート領域となるp型半導体層を設け、pn接合容量による容量4を接続する構造である。また、少なくとも同一の封止部材7内に収めるのであれば、容量4はJ−FET1と別異の素子(チップ)としてもよい。   That is, as will be described in detail later, the following configuration is conceivable as a specific device of the amplifier circuit device 10 in which the capacitor 4 is connected in series to the gate G. For example, a p-type semiconductor layer serving as a back gate region is provided on an n-type semiconductor substrate constituting the chip of the J-FET 1 and a capacitor 4 by a pn junction capacitance is connected. Further, the capacitor 4 may be an element (chip) different from the J-FET 1 as long as it is accommodated in at least the same sealing member 7.

いずれにしても、J−FET1のチップサイズまたは封止部材7の外形のサイズの制約があるため、例えばチップサイズが0.3mm角程度の場合、静電容量Cが50pFを超えるような容量4を作りこむことは現実的でない。つまり、本実施形態の容量4の静電容量Cの上限値は、増幅回路装置10の外形サイズによって決定される(例えばチップサイズが0.3mm角程度の場合で、静電容量Cは50pF)。これに対し、静電容量Cを小さくすると、可聴周波数帯域の電圧利得Gainが低下してしまうので、下限は適切な値を選択する必要がある。つまり、抵抗2の抵抗値Rも考慮すると、本実施形態の容量4の下限は、1pF程度が望ましい。   In any case, there is a restriction on the chip size of the J-FET 1 or the size of the outer shape of the sealing member 7. For example, when the chip size is about 0.3 mm square, the capacitance 4 such that the capacitance C exceeds 50 pF. It is not realistic to create That is, the upper limit value of the capacitance C of the capacitor 4 of the present embodiment is determined by the outer size of the amplifier circuit device 10 (for example, when the chip size is about 0.3 mm square, the capacitance C is 50 pF). . On the other hand, if the capacitance C is reduced, the voltage gain Gain in the audible frequency band is reduced, and therefore, it is necessary to select an appropriate value for the lower limit. That is, considering the resistance value R of the resistor 2, the lower limit of the capacitor 4 of the present embodiment is preferably about 1 pF.

このように、本実施形態では、J−FET1の封止部材7内で、ゲートGと直列に容量4を付加し、容量4とJ−FET1のゲート−ソース間に接続される抵抗2とによってハイパスフィルタ5を構成する。ハイパスフィルタ5の遮断周波数を20Hz未満に設定することで、増幅すべき入力信号(音声信号)を低下させることなく、可聴周波数帯の下限より低い周波数を遮断できるので、定常状態での外部要因による意図しないゲート電位の変動の影響を低減できる。   Thus, in this embodiment, the capacitance 4 is added in series with the gate G in the sealing member 7 of the J-FET 1, and the capacitance 4 and the resistor 2 connected between the gate and the source of the J-FET 1 are used. A high-pass filter 5 is configured. By setting the cut-off frequency of the high-pass filter 5 to less than 20 Hz, the frequency lower than the lower limit of the audible frequency band can be cut off without lowering the input signal (sound signal) to be amplified. The influence of unintended gate potential fluctuations can be reduced.

次に、図6を参照して、増幅回路装置10の具体的な構造について説明する。図6は、一例としてnチャネルJ−FET1を用いた増幅回路装置10の構造の概略を示す断面図である。尚、図1の回路図と同様の構成は、同一符号で示す。   Next, a specific structure of the amplifier circuit device 10 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the amplifier circuit device 10 using the n-channel J-FET 1 as an example. The same components as those in the circuit diagram of FIG.

増幅回路装置10は、n型半導体基板41と、p型半導体層12と、n型半導体領域14a、14b、14cと、ソース領域15と、ドレイン領域16と、ゲート領域17と、高濃度p型不純物領域50と、抵抗2と、ダイオード3と、導電部材42と、を具備する。   The amplifier circuit device 10 includes an n-type semiconductor substrate 41, a p-type semiconductor layer 12, n-type semiconductor regions 14a, 14b, and 14c, a source region 15, a drain region 16, a gate region 17, and a high concentration p-type. Impurity region 50, resistor 2, diode 3, and conductive member 42 are provided.

n型半導体基板41は、J−FET1のチップを構成し、一例として比抵抗ρが例えば0.015Ω・cmであり、厚みは80μm程度である。本実施形態の増幅回路装置10は、一例として、単一のn型半導体基板41を複数の領域に区画して、その上方にJ−FET1、抵抗2およびダイオード3をそれぞれ集積化する。ここでは便宜上、n型半導体基板41は第1領域r1、第2領域r2および第3領域r3に区画され、第1領域r1の上方にJ−FET1が形成され、第2領域r2の上方に抵抗2が形成され、第3領域r3の上方にダイオード3が形成されるとする。また、第1領域r1、第2領域r2および第3領域r3は、n型半導体基板41のみを区画した領域に限らず、区画されたn型半導体基板41の上方の各種半導体層(半導体領域)を含めた領域の総称とする。   The n-type semiconductor substrate 41 constitutes a chip of the J-FET 1. As an example, the specific resistance ρ is, for example, 0.015 Ω · cm, and the thickness is about 80 μm. As an example, the amplifier circuit device 10 of the present embodiment partitions a single n-type semiconductor substrate 41 into a plurality of regions, and integrates the J-FET 1, the resistor 2, and the diode 3 thereon. Here, for convenience, the n-type semiconductor substrate 41 is partitioned into a first region r1, a second region r2, and a third region r3, a J-FET 1 is formed above the first region r1, and a resistor is formed above the second region r2. 2 is formed, and the diode 3 is formed above the third region r3. The first region r1, the second region r2, and the third region r3 are not limited to the region where only the n-type semiconductor substrate 41 is partitioned, but various semiconductor layers (semiconductor regions) above the partitioned n-type semiconductor substrate 41. It is a general term for the area including.

p型半導体層12は、n型半導体基板11の一主面上に設けられた例えばエピタキシャル層であり、所望の静電破壊耐量が得られる比抵抗と厚みを有する。一例として、比抵抗は約3Ω・cm〜4Ω・cm、厚みは例えば約10μmである。p型半導体層12は、J−FET1のバックゲート領域となる。また、上記の如く単一のp型半導体層12も第1領域r1、第2領域r2、第3領域r3に区画される。   The p-type semiconductor layer 12 is, for example, an epitaxial layer provided on one main surface of the n-type semiconductor substrate 11 and has a specific resistance and a thickness that can obtain a desired electrostatic breakdown resistance. As an example, the specific resistance is about 3 Ω · cm to 4 Ω · cm, and the thickness is about 10 μm, for example. The p-type semiconductor layer 12 becomes a back gate region of the J-FET 1. As described above, the single p-type semiconductor layer 12 is also divided into the first region r1, the second region r2, and the third region r3.

第1領域r1のp型半導体層12上には、n型半導体領域14aと、その端部を囲む高濃度p型不純物領域50が設けられる。また第2領域r2のp型半導体層12上には、n型半導体領域14bとその端部を囲む高濃度p型不純物領域50が設けられ、第3領域r3のp型半導体層12上には、n型半導体領域14cとその端部を囲む高濃度p型不純物領域50が設けられる。高濃度p型不純物領域50はそれぞれ、n型半導体領域14a、14b、14cの少なくとも底面より深く設けられる。   On the p-type semiconductor layer 12 in the first region r1, an n-type semiconductor region 14a and a high-concentration p-type impurity region 50 surrounding its end are provided. Further, on the p-type semiconductor layer 12 in the second region r2, an n-type semiconductor region 14b and a high-concentration p-type impurity region 50 surrounding its end are provided, and on the p-type semiconductor layer 12 in the third region r3. , An n-type semiconductor region 14c and a high-concentration p-type impurity region 50 surrounding its end are provided. Each of the high-concentration p-type impurity regions 50 is provided deeper than at least the bottom surfaces of the n-type semiconductor regions 14a, 14b, and 14c.

本実施形態では、n型半導体領域14a、14b、14cはいずれも、p型半導体層12表面に個別に、同条件のイオン注入及び拡散によって設けられた不純物拡散領域である。あるいはn型半導体領域14a、14b、14cはn型半導体層の一部であってもよい。すなわち、p型半導体層12上に例えばエピタキシャル成長などにより単一のn型半導体層を設け、その表面からp型半導体層12に達する高濃度p型不純物領域50を複数設けることにより、n型半導体領域14a、14b、14cを分離するとともに、それぞれ外周に高濃度p型不純物領域50が配置された第1領域r1、第2領域r2、第3領域r3が区画されるものであってもよい。   In the present embodiment, all of the n-type semiconductor regions 14a, 14b, and 14c are impurity diffusion regions provided on the surface of the p-type semiconductor layer 12 by ion implantation and diffusion under the same conditions. Alternatively, the n-type semiconductor regions 14a, 14b, and 14c may be part of the n-type semiconductor layer. That is, a single n-type semiconductor layer is provided on the p-type semiconductor layer 12 by, for example, epitaxial growth, and a plurality of high-concentration p-type impurity regions 50 reaching the p-type semiconductor layer 12 from the surface thereof are provided. 14a, 14b, and 14c may be separated, and the first region r1, the second region r2, and the third region r3 in which the high-concentration p-type impurity region 50 is disposed on the outer periphery may be partitioned.

第1領域r1において、n型半導体領域14a表面に、それぞれn+型のソース領域15およびドレイン領域16と、p+型のゲート領域17が設けられる。n型半導体領域14aはチャネル領域となり、ソース領域15とドレイン領域16は交互に配置され、これらの間にそれぞれゲート領域17が配置される。第1領域r1の周囲の高濃度p型不純物領域50は、ゲート領域17より不純物濃度が高く、ゲート領域17と一部重畳してp型半導体層12に達する。これにより、ゲート電圧がバックゲート領域(p型半導体層12)、高濃度p型不純物領域50を介して、ゲート領域17に印加される。   In the first region r1, an n + type source region 15 and a drain region 16 and a p + type gate region 17 are provided on the surface of the n type semiconductor region 14a. The n-type semiconductor region 14a becomes a channel region, and the source regions 15 and the drain regions 16 are alternately arranged, and the gate regions 17 are respectively arranged therebetween. The high-concentration p-type impurity region 50 around the first region r <b> 1 has a higher impurity concentration than the gate region 17, and reaches the p-type semiconductor layer 12 partially overlapping with the gate region 17. Thereby, a gate voltage is applied to the gate region 17 through the back gate region (p-type semiconductor layer 12) and the high-concentration p-type impurity region 50.

n型半導体領域14a上に第1絶縁膜(例えば酸化膜)91が設けられ、ソース領域15およびドレイン領域16上にコンタクトホールCHが設けられるが、ゲート領域17上は第1絶縁膜91で覆われる。例えばアルミニウム(Al)などにより、コンタクトホールCHを介してソース領域15およびドレイン領域16にそれぞれコンタクトする、1層目の第1ソース電極61および第1ドレイン電極62が設けられる。第1絶縁膜91上は第2絶縁膜(例えば窒化膜(SiN))92で覆われ、第1ソース電極61、第1ドレイン電極62上にスルーホールTHが設けられる。例えばアルミニウム(Al)などにより、スルーホールTHを介して第1ソース電極61および第1ドレイン電極62にそれぞれコンタクトする、2層目の第2ソース電極71および第2ドレイン電極72が設けられる。これにより、第1領域r1に、J−FET1が形成される。J−FET1は裏面側(p型半導体層12)がバックゲート領域となるいわゆるディスクリート素子である。   A first insulating film (for example, an oxide film) 91 is provided on the n-type semiconductor region 14 a and a contact hole CH is provided on the source region 15 and the drain region 16, but the gate region 17 is covered with the first insulating film 91. Is called. For example, aluminum (Al) or the like is provided with a first source electrode 61 and a first drain electrode 62 in the first layer that are in contact with the source region 15 and the drain region 16 through the contact holes CH, respectively. The first insulating film 91 is covered with a second insulating film (for example, a nitride film (SiN)) 92, and a through hole TH is provided on the first source electrode 61 and the first drain electrode 62. For example, the second source electrode 71 and the second drain electrode 72 of the second layer are provided by aluminum (Al) or the like, which are in contact with the first source electrode 61 and the first drain electrode 62 through the through holes TH, respectively. As a result, the J-FET 1 is formed in the first region r1. The J-FET 1 is a so-called discrete element whose back side (p-type semiconductor layer 12) is a back gate region.

第2領域r2において、n型半導体領域14b上に第1絶縁膜91が設けられ、その上に第3絶縁膜(例えば窒化膜(Si))93を介して、抵抗2が設けられる。抵抗2は例えば、不純物を導入したポリシリコン層などの導電層である。尚、第2領域r2のn型半導体領域14bは設けられなくてもよい。 In the second region r2, a first insulating film 91 is provided on the n-type semiconductor region 14b, and a resistor 2 is provided thereon via a third insulating film (for example, a nitride film (Si 3 N 4 )) 93. . The resistor 2 is, for example, a conductive layer such as a polysilicon layer into which impurities are introduced. Note that the n-type semiconductor region 14b of the second region r2 may not be provided.

抵抗2は、一端T1がJ−FET1のソース領域15と電気的に接続し、他端T2が第2領域r2のp型半導体層12を介して第1領域r1のp型半導体層12と電気的に接続する。より詳細には、第1領域r1のJ−FET1の例えば端部に設けられた第1ソース電極61は、第2領域r2まで延在する配線(例えば金属層などの導電層)63と接続し、抵抗2の一端T1とコンタクトする。そして、抵抗2の他端T2に接続する他の配線64が設けられ、配線64の一部は、第1絶縁膜91に設けられたコンタクトホールCHを介して、第2領域r2の表面のp+型コンタクト領域21とコンタクトする。p+型コンタクト領域21は、第2領域r2の周囲を区画する高濃度p型不純物領域50表面に設けられており、これにより抵抗2の他端T2は、第2領域r2のp型半導体層12と接続し、これを介してJ−FET1のバックゲート領域である第1領域r1のp型半導体層12と接続する。このようにして抵抗2は、一端T1がJ−FET1のソースSと接続し、他端T2がゲートGと接続する(図1参照)。   The resistor 2 has one end T1 electrically connected to the source region 15 of the J-FET 1 and the other end T2 electrically connected to the p-type semiconductor layer 12 in the first region r1 via the p-type semiconductor layer 12 in the second region r2. Connect. More specifically, the first source electrode 61 provided at, for example, the end of the J-FET 1 in the first region r1 is connected to a wiring (for example, a conductive layer such as a metal layer) 63 extending to the second region r2. , Contact one end T1 of the resistor 2. Another wiring 64 connected to the other end T2 of the resistor 2 is provided, and a part of the wiring 64 is p + on the surface of the second region r2 via the contact hole CH provided in the first insulating film 91. Contact with the mold contact region 21. The p + -type contact region 21 is provided on the surface of the high-concentration p-type impurity region 50 that partitions the periphery of the second region r2, so that the other end T2 of the resistor 2 is connected to the p-type semiconductor layer 12 in the second region r2. And is connected to the p-type semiconductor layer 12 in the first region r1 which is the back gate region of the J-FET 1 through this. In this way, the resistor 2 has one end T1 connected to the source S of the J-FET 1 and the other end T2 connected to the gate G (see FIG. 1).

第3領域r3において、p型半導体層12上にn型半導体領域14cが設けられ、その表面にn+型不純物領域31が設けられる。n+型不純物領域31は、第1絶縁膜91に設けられたコンタクトホールCHを介して配線64とコンタクトする。つまりn+型不純物領域31(n型半導体領域14c)は、配線64を介して抵抗2の他端T2と電気的に接続する。また、n型半導体領域14cの表面には、p+型不純物領域32が設けられ、第1絶縁膜91に設けられたコンタクトホールCHを介して、他の配線65とコンタクトする。   In the third region r3, an n-type semiconductor region 14c is provided on the p-type semiconductor layer 12, and an n + -type impurity region 31 is provided on the surface thereof. The n + type impurity region 31 is in contact with the wiring 64 through a contact hole CH provided in the first insulating film 91. That is, the n + -type impurity region 31 (n-type semiconductor region 14 c) is electrically connected to the other end T 2 of the resistor 2 through the wiring 64. In addition, a p + -type impurity region 32 is provided on the surface of the n-type semiconductor region 14 c and is in contact with another wiring 65 through a contact hole CH provided in the first insulating film 91.

抵抗2の上、およびこれに接続する配線63、64の上は、第2絶縁膜92で被覆され、その上に2層目の配線73が延在する。配線73は、第2絶縁膜92に設けたスルーホールTHを介して、第3領域r3の1層目の配線65とコンタクトし、第1ソース電極61ともコンタクトする。   The upper side of the resistor 2 and the upper sides of the wirings 63 and 64 connected thereto are covered with a second insulating film 92, and a second-layer wiring 73 extends thereon. The wiring 73 is in contact with the first-layer wiring 65 in the third region r3 through the through hole TH provided in the second insulating film 92, and is also in contact with the first source electrode 61.

このようにして、第3領域r3には、p+型不純物領域32をアノードとし、n+型不純物領域31(n型半導体領域14c)をカソードとしたダイオード3が形成される。ダイオード3はp+型不純物領域32が配線73を介してJ−FET1のソース領域15と接続し、n+型不純物領域31(n型半導体領域14c)が配線64と第2領域r2のp型半導体層12を介して、J−FET1のバックゲート領域となるp型半導体層12と接続する。つまりダイオード3は、J−FET1のソースSとゲートG間に逆方向に接続される。   In this manner, the diode 3 having the p + -type impurity region 32 as an anode and the n + -type impurity region 31 (n-type semiconductor region 14c) as a cathode is formed in the third region r3. In the diode 3, the p + -type impurity region 32 is connected to the source region 15 of the J-FET 1 through the wiring 73, and the n + -type impurity region 31 (n-type semiconductor region 14 c) is connected to the wiring 64 and the p-type semiconductor layer of the second region r 2. 12 is connected to the p-type semiconductor layer 12 serving as the back gate region of the J-FET 1. That is, the diode 3 is connected in the reverse direction between the source S and the gate G of the J-FET 1.

本実施形態では、p型半導体層12の他の主面(裏面)全面に、n型半導体基板41が設けられる。チップの裏面として露出するn型半導体基板41の主面にはたとえばニッケル−クロム(NiCr)メッキおよび金(Au)蒸着などによるゲート電極66が設けられ、ゲート電極66が導電部材42と固着する。導電部材42は例えば銅もしくは銅を主成分とする合金素材からなるリードフレーム基材であり、エッチングまたは打ち抜き加工によってアイランドおよびリードが形成され、アイランドにn型半導体基板41が固着され、リードの1つが封止部材(不図示)の外部に導出してゲート電位が印加される。これにより、n型半導体基板41とp型半導体層12のpn接合容量による容量4が構成される。   In the present embodiment, the n-type semiconductor substrate 41 is provided on the entire other main surface (back surface) of the p-type semiconductor layer 12. The main surface of the n-type semiconductor substrate 41 exposed as the back surface of the chip is provided with a gate electrode 66 by, for example, nickel-chromium (NiCr) plating and gold (Au) deposition, and the gate electrode 66 is fixed to the conductive member 42. The conductive member 42 is, for example, a lead frame base material made of copper or an alloy material containing copper as a main component, and islands and leads are formed by etching or punching, and the n-type semiconductor substrate 41 is fixed to the islands. One is led out of the sealing member (not shown) and a gate potential is applied. As a result, the capacitance 4 is formed by the pn junction capacitance between the n-type semiconductor substrate 41 and the p-type semiconductor layer 12.

以上の構成により、単一のn型半導体基板41に、J−FET1と抵抗2とダイオード3が集積化され、J−FET1のゲートG−ソースS間に並列に抵抗2とダイオード3が接続し、ゲートGに直列に容量4が接続した増幅回路装置10が構成される。   With the above configuration, the J-FET 1, the resistor 2 and the diode 3 are integrated on a single n-type semiconductor substrate 41, and the resistor 2 and the diode 3 are connected in parallel between the gate G and the source S of the J-FET 1. Thus, an amplifier circuit device 10 in which a capacitor 4 is connected in series to the gate G is configured.

更に、抵抗2の抵抗値と容量4の静電容量を適宜選択することにより、ハイパスフィルタ5が構成され、ハイパスフィルタ内蔵の増幅回路装置10が得られる。抵抗値と静電容量の関係は、図2から図4を参照して既に説明したとおりであるので、説明は省略するが、pn接合容量について更に説明する。   Furthermore, by appropriately selecting the resistance value of the resistor 2 and the capacitance of the capacitor 4, the high-pass filter 5 is configured, and the amplifier circuit device 10 incorporating the high-pass filter is obtained. Since the relationship between the resistance value and the capacitance is as already described with reference to FIGS. 2 to 4, the description will be omitted, but the pn junction capacitance will be further described.

pn接合による容量4は、pn接合に広がる空乏層が誘電体的性質を有する。既述のごとく、本実施形態の静電容量の好適な範囲は概ね1pF〜50pFであるので、この静電容量が得られるようにチップサイズや、n型半導体基板41およびp型半導体層12の不純物濃度など、空乏層の形成条件を適宜選択してpn接合を形成する。尚、容量4はゲート電位によって可変となるが、ハイパスフィルタで取り除きたい電位変動は大きくて100mVであり、容量4が変位したとしても無視できるレベルであるので、問題はない。   In the capacitor 4 by the pn junction, a depletion layer extending to the pn junction has a dielectric property. As described above, the preferred range of the capacitance of the present embodiment is approximately 1 pF to 50 pF. Therefore, the chip size, the n-type semiconductor substrate 41 and the p-type semiconductor layer 12 can be obtained to obtain this capacitance. A pn junction is formed by appropriately selecting a depletion layer formation condition such as impurity concentration. Although the capacitance 4 can be varied depending on the gate potential, the potential fluctuation to be removed by the high-pass filter is 100 mV, which is negligible even if the capacitance 4 is displaced.

またp型半導体層12は所望の静電破壊耐圧を確保する必要がある。空乏層によって必要な静電容量を確保でき、所望の静電破壊耐圧が確保できれば、p型半導体層12は薄くすることができ、容量4を接続したことによるチップの厚み増加を抑えることができる。   The p-type semiconductor layer 12 needs to ensure a desired electrostatic breakdown voltage. If the required capacitance can be secured by the depletion layer and a desired electrostatic breakdown voltage can be secured, the p-type semiconductor layer 12 can be made thin, and an increase in the thickness of the chip due to the connection of the capacitor 4 can be suppressed. .

一例としてn型半導体基板41は比抵抗ρが0.015Ω・cm程度で厚みは80μm程度、p型半導体層12の比抵抗ρは3Ω・cm〜4Ω・cm程度で厚みは10μm程度である。   As an example, the n-type semiconductor substrate 41 has a specific resistance ρ of about 0.015 Ω · cm and a thickness of about 80 μm, and the p-type semiconductor layer 12 has a specific resistance ρ of about 3 Ω · cm to 4 Ω · cm and a thickness of about 10 μm.

更に、本実施形態では、チップ(p型半導体層12)の最外周側面に露出し、n型半導体基板41に達するn型不純物領域81を設ける。増幅回路装置10は、n型半導体基板41の上にp型半導体層12を積層するため、チップの端部側面にはpn接合面が露出するが、チップの端部側面に露出したpn接合面にはリークが生じる場合がある。本実施形態では、チップ端部側面にn型不純物領域81を設けて、チップの最外周側面のpn接合の露出を防止することにより、リークを抑制できる。   Furthermore, in the present embodiment, an n-type impurity region 81 that is exposed on the outermost peripheral side surface of the chip (p-type semiconductor layer 12) and reaches the n-type semiconductor substrate 41 is provided. Since the amplifier circuit device 10 has the p-type semiconductor layer 12 laminated on the n-type semiconductor substrate 41, the pn junction surface is exposed on the end side surface of the chip, but the pn junction surface exposed on the end side surface of the chip. There may be a leak. In the present embodiment, the n-type impurity region 81 is provided on the side surface of the chip end to prevent the exposure of the pn junction on the outermost peripheral side surface of the chip, thereby suppressing leakage.

ここで、n型不純物領域81は、チップ表面からn型半導体基板41に到達するようにイオン注入によって形成する。本実施形態ではp型半導体層12の厚みは、所要の静電容量が得られるように空乏層が広がる条件を維持し、且つ所望の静電破壊耐圧が確保できれば、最小限の厚みにすることができる。従って、チップの表面からn型半導体基板41までの距離(深さ)を浅くでき、イオン注入及び拡散によって、リーク防止のn型不純物領域81を設けることができる。   Here, the n-type impurity region 81 is formed by ion implantation so as to reach the n-type semiconductor substrate 41 from the chip surface. In the present embodiment, the thickness of the p-type semiconductor layer 12 is set to a minimum thickness as long as the depletion layer expands so that a required capacitance can be obtained and a desired electrostatic breakdown voltage can be secured. Can do. Therefore, the distance (depth) from the surface of the chip to the n-type semiconductor substrate 41 can be reduced, and the n-type impurity region 81 for preventing leakage can be provided by ion implantation and diffusion.

J−FET1、抵抗2、ダイオード3が集積化され、裏面に容量4が形成された増幅回路装置10のチップは、導電部材42とともに封止部材(不図示)により被覆され一体で支持される。封止部材は例えば、封止樹脂パッケージであるが、メタルキャンパッケージやセラミックパッケージも採用できる。   The chip of the amplifier circuit device 10 in which the J-FET 1, the resistor 2, and the diode 3 are integrated and the capacitor 4 is formed on the back surface is covered and integrally supported by a sealing member (not shown) together with the conductive member 42. The sealing member is, for example, a sealing resin package, but a metal can package or a ceramic package can also be used.

このように本実施形態によれば、n型半導体基板41上にp型半導体層12を設けることにより容量4をJ−FET1のゲートに直列に接続し、J−FET1と同一のn型半導体基板41に集積化されるゲート電位を安定化するための抵抗2と容量4とでハイパスフィルタ5を構成するので、チップ厚みの増大も回避できる。つまり、チップサイズ(面積)あるいはパッケージ外形のサイズを増加させること無く、増幅回路装置10にハイパスフィルタ5を内蔵できる。   As described above, according to this embodiment, the p-type semiconductor layer 12 is provided on the n-type semiconductor substrate 41 so that the capacitor 4 is connected in series to the gate of the J-FET 1, and the same n-type semiconductor substrate as the J-FET 1 is used. Since the high-pass filter 5 is composed of the resistor 2 and the capacitor 4 for stabilizing the gate potential integrated in the circuit 41, an increase in chip thickness can be avoided. That is, the high-pass filter 5 can be built in the amplifier circuit device 10 without increasing the chip size (area) or the package outer size.

また、所要の静電容量と静電破壊耐圧が確保できれば、p型半導体層12は最小限の厚みにできるので、チップ端部側面にpn接合の露出を防止するn型不純物領域81を設けることができ、チップ端部のリークを抑制できる。   Further, if the required capacitance and electrostatic breakdown voltage can be ensured, the p-type semiconductor layer 12 can be made to the minimum thickness. Therefore, an n-type impurity region 81 for preventing the pn junction from being exposed is provided on the side surface of the chip end. And leakage at the end of the chip can be suppressed.

尚、p型半導体層12は、n型半導体基板41上に不純物のイオン注入及び拡散により形成した領域であってもよい。その場合には、p型半導体層12上に単一のn型半導体層を設け、p型半導体層12に達する高濃度p型不純物領域50によって、n型半導体領域14a、14b、14cを分離するとともに、第1領域r1、第2領域r2および第3領域r3を区画すればよい。また、p型半導体層12上に単一のp型の例えばエピタキシャル層などを設けて、イオン注入及び拡散によって個別にn型半導体領域14a、14b、14cを設けてもよい。   The p-type semiconductor layer 12 may be a region formed on the n-type semiconductor substrate 41 by ion implantation and diffusion of impurities. In that case, a single n-type semiconductor layer is provided on the p-type semiconductor layer 12, and the n-type semiconductor regions 14a, 14b, and 14c are separated by the high-concentration p-type impurity region 50 reaching the p-type semiconductor layer 12. At the same time, the first region r1, the second region r2, and the third region r3 may be partitioned. Alternatively, a single p-type epitaxial layer or the like may be provided on the p-type semiconductor layer 12, and the n-type semiconductor regions 14a, 14b, and 14c may be individually provided by ion implantation and diffusion.

本実施形態は、n型半導体基板41上にp型半導体層12を設けて容量4をJ−FET1のゲートに直列に接続し、当該容量4と、J−FET1と同一の封止部材に収納されてゲート電位を安定化するための抵抗2とでハイパスフィルタ5を構成するものである。   In the present embodiment, the p-type semiconductor layer 12 is provided on the n-type semiconductor substrate 41, the capacitor 4 is connected in series to the gate of the J-FET 1, and the capacitor 4 and the J-FET 1 are accommodated in the same sealing member. Thus, the high-pass filter 5 is constituted by the resistor 2 for stabilizing the gate potential.

従って、図6に示す構成に限らず、例えばJ−FET1が単独で形成されるn型半導体基板41上にp型半導体層12を設け、導電部材42と固着することによりJ−FET1のゲートに容量4を直列に接続し、抵抗2とダイオード3はJ−FET1とは別の基板(チップ)に設けて、これらを単一の封止部材に収納するものであってもよい。   Therefore, the configuration is not limited to the configuration shown in FIG. 6, for example, the p-type semiconductor layer 12 is provided on the n-type semiconductor substrate 41 on which the J-FET 1 is formed alone and fixed to the conductive member 42, thereby forming the gate of the J-FET 1. The capacitor 4 may be connected in series, and the resistor 2 and the diode 3 may be provided on a substrate (chip) different from the J-FET 1 and housed in a single sealing member.

以上、本実施形態ではnチャネルのJ−FETを例示したが、導電型を逆にしたJ―FETであっても同様に実施でき、同様の効果が得られる。   As described above, the n-channel J-FET has been exemplified in the present embodiment, but the same effect can be obtained even with a J-FET having a reversed conductivity type.

1 J−FET
2 抵抗
3 ダイオード3
4 容量
5 ハイパスフィルタ
12 p型半導体層
14a、14b、14c n型半導体領域
15 ソース領域
16 ドレイン領域
17 ゲート領域
41 n型半導体基板
42 導電部材
50 高濃度p型不純物領域50
61 第1ソース電極
62 第1ドレイン電極
63、64、73 配線
71 第2ソース電極
72 第2ドレイン電極
91 第1絶縁膜
92 第2絶縁膜
93 第3絶縁膜
1 J-FET
2 Resistance 3 Diode 3
4 capacitance 5 high-pass filter 12 p-type semiconductor layer 14a, 14b, 14c n-type semiconductor region 15 source region 16 drain region 17 gate region 41 n-type semiconductor substrate 42 conductive member 50 high-concentration p-type impurity region 50
61 First source electrode 62 First drain electrode 63, 64, 73 Wiring 71 Second source electrode 72 Second drain electrode 91 First insulating film 92 Second insulating film 93 Third insulating film

Claims (8)

一導電型半導体層と、
該一導電型半導体層上に設けられた逆導電型半導体領域と、
該逆導電型半導体領域表面に設けられた逆導電型のソース領域およびドレイン領域と、
前記逆導電型半導体領域表面に設けられた一導電型のゲート領域と、
前記一導電型半導体層の周囲に設けられ、前記逆導電型半導体領域表面から前記一導電型半導体層まで達する深さの高濃度一導電型不純物領域と、
一端が前記ソース領域と電気的に接続し、他端が前記一導電型半導体層と電気的に接続する抵抗と、
前記一導電型半導体層の他の主面に設けられた逆導電型半導体基板と、
該逆導電型半導体基板と固着してゲート電位が印加される導電部材と、
を具備することを特徴とする増幅回路装置。
One conductivity type semiconductor layer;
A reverse conductivity type semiconductor region provided on the one conductivity type semiconductor layer;
A reverse conductivity type source region and drain region provided on the surface of the reverse conductivity type semiconductor region;
A gate region of one conductivity type provided on the surface of the reverse conductivity type semiconductor region;
A high concentration one conductivity type impurity region provided around the one conductivity type semiconductor layer and having a depth reaching from the surface of the reverse conductivity type semiconductor region to the one conductivity type semiconductor layer;
A resistor having one end electrically connected to the source region and the other end electrically connected to the one conductivity type semiconductor layer;
A reverse conductivity type semiconductor substrate provided on the other main surface of the one conductivity type semiconductor layer;
A conductive member fixed to the opposite conductivity type semiconductor substrate and applied with a gate potential;
An amplifying circuit device comprising:
前記逆導電型半導体基板および前記一導電型半導体層は、第1領域と第2領域に区画され、
前記逆導電型半導体領域、前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記ゲート領域は前記第1領域の上方に設けられ、前記高濃度一導電型不純物領域は前記第1領域の周囲に設けられ、
前記抵抗は、前記第2領域の上方に設けられ、他端が前記第2領域の前記一導電型半導体層を介して前記第1領域の前記一導電型半導体層と電気的に接続することを特徴とする請求項1に記載の増幅回路装置。
The reverse conductivity type semiconductor substrate and the one conductivity type semiconductor layer are partitioned into a first region and a second region,
The reverse conductivity type semiconductor region, the source region, the drain region, and the gate region are provided above the first region, and the high concentration one conductivity type impurity region is provided around the first region,
The resistor is provided above the second region, and the other end is electrically connected to the one-conductivity-type semiconductor layer in the first region via the one-conductivity-type semiconductor layer in the second region. The amplifier circuit device according to claim 1, wherein:
前記逆導電型半導体基板および前記一導電型半導体層の接合容量と、前記抵抗とによってハイパスフィルタが構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の増幅回路装置。   3. The amplifier circuit device according to claim 1, wherein a high-pass filter is configured by a junction capacitance of the reverse conductivity type semiconductor substrate and the one conductivity type semiconductor layer and the resistance. 前記一導電型半導体層の側面に露出する逆導電型不純物領域を設けることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の増幅回路装置。   4. The amplifier circuit device according to claim 1, further comprising a reverse conductivity type impurity region exposed on a side surface of the one conductivity type semiconductor layer. 前記ハイパスフィルタは可聴周波数帯域の下限付近の遮断周波数を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の増幅回路装置。   5. The amplifier circuit device according to claim 1, wherein the high-pass filter has a cutoff frequency near a lower limit of an audible frequency band. 前記容量の静電容量と前記抵抗の抵抗値を用いてあらわされる前記ハイパスフィルタの電圧利得は、可聴周波数帯域において0.9以上であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の増幅回路装置。   6. The voltage gain of the high-pass filter expressed by using the capacitance of the capacitor and the resistance value of the resistor is 0.9 or more in an audible frequency band. The amplifier circuit device according to 1. 前記静電容量は、1pFから50pFであることを特徴とする請求項6に記載の増幅回路装置。   The amplifier circuit device according to claim 6, wherein the capacitance is 1 pF to 50 pF. 前記逆導電型半導体基板と前記一導電型半導体層は第3領域が区画され、該第3領域上方に、前記抵抗の他端と電気的に接続する他の逆導電型半導体領域と、前記ソース領域と電気的に接続する一導電型不純物領域とからなるダイオードが設けられることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の増幅回路装置。   The reverse-conductivity-type semiconductor substrate and the one-conductivity-type semiconductor layer are partitioned into a third region. Above the third region, another reverse-conductivity-type semiconductor region electrically connected to the other end of the resistor, and the source 8. The amplifier circuit device according to claim 1, further comprising: a diode including one conductivity type impurity region electrically connected to the region.
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