JP2018170457A - 抵抗分圧回路を有する半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体パッケージの封止樹脂から半導体チップに対して応力がかかっても、 分圧比の変動が小さい抵抗分圧回路を提供する。【解決手段】N型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンは、応力に対し、逆方向のシフト量を示すので、抵抗分圧回路を構成する全ての抵抗をN型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンを交互に配置し並列あるいは直列接続し構成することで、それぞれの抵抗自身で、実装時に樹脂から受ける応力をキャンセルすることが可能となり抵抗分圧回路の実装時の分圧比変動を従来よりも低減することが可能である。【選択図】図1
Description
本発明は、抵抗分圧回路を有する半導体装置に関する。
定電圧出力ICやリチウム電池保護IC等のアナログICである電源ICにおいて、近年、出力電圧あるいは監視電圧の更なる高精度化が要求され、その精度は±1%や±0.5%、あるいはそれ以上である。高精度を実現する為には、ウエハー製造工程(前工程)段階で発生した製造ばらつきを、ウエハーテスト工程(後工程)において、多結晶シリコン製のヒューズをレーザー等によって選択的に切断することでトリミングし、特性値を合わせこむなどの手法が取られている。
図4を用いて、抵抗分圧回路を用いた定電圧出力回路の一例について説明する。定電圧出力回路は、基準電圧生成回路、アンプ、抵抗分圧回路、及び、出力トランジスタより構成される。定電圧出力回路は、一定の出力電圧を供給する。アンプは、基準電圧生成回路及び抵抗分圧回路からの2つの入力電圧を受け、この2つの電圧が等しくなるよう動作する。例えば、基準電圧が1.0Vであり、抵抗分圧回路の分圧比が1:1であると、定電圧出力回路の出力電圧は2.0Vになる。要求される定電圧出力回路の出力電圧の精度が、±1%であるとすると、出力電圧は、±1%の範囲につまり1.98V〜2.02Vの範囲とする必要がある。この出力電圧の値を高精度にあわせ込むのが抵抗分圧回路である。
抵抗分圧回路の原理を図5に示す。P型の不純物を注入した多結晶シリコン6でつくられた抵抗1に並列にトリミング用のヒューズ2が配置される。ヒューズ2が切断されることで、抵抗分圧回路の分圧比が調整され、出力電圧の合わせ込みが高精度に実現される。
図6に、抵抗分圧回路の具体的な構成を示す。単位抵抗を1Rとして、単位抵抗が組み合わされた抵抗要素である1/8R7、1/4R8、1/2R9、1R10、2R11、4R12、Rref(A)13、およびRref(B)14が直列接続された回路である。ここで、抵抗要素1/8R7は、8個の1Rの並列接続で実現され、抵抗要素4R12は、4個の1Rの直列接続で実現される。他も同様であり、すべて同型の単位抵抗から構成されている。つまり、これらの複数の抵抗要素は、2進法で重み付けされた抵抗値をそれぞれ有する。また、抵抗分圧回路には複数のヒューズ2がRref(A)13、Rref(B)14以外のそれぞれの抵抗要素に並列接続されている。ヒューズ2を選択的に切断し、抵抗分圧回路の分圧比を調整することによって、出力電圧の合わせ込みが実現される。
しかし、このように高精度に作成したチップでも、パッケージング工程やプリント基板への実装工程において特性変化が生じる場合があり、場合によっては製品仕様を満たせなくなることが発生する。パッケージング工程や基板実装工程での特性変化の原因は、熱応力による素子特性の変化であり、ピエゾ抵抗効果と考えられる。すなわち、これらの工程を経ることによって半導体チップに応力がかかったり、加えられた熱によって応力のかかり方が変化したりすることで、ポリシリコン抵抗の抵抗値やトランジスタの閾値電圧などが変化するのである。プリント基板への実装後に半導体製品の特性を調整できるようにしておく発明が、防止の為になされている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1に記載された工程は複雑であり、より簡単な特性値の安定化手法が望まれる。
アナログICのパッケージングにおいて、近年、部品の小型化要求により、小型のパッケージへの実装が盛んに行われているが、それに伴って半導体チップの薄型化も進んでいる。半導体チップが薄型化すればするほど、同じ応力がかかった場合、より大きく半導体チップがひずみ、より大きな特性変化が発生する懸念がある。
抵抗分圧回路は定電圧出力回路において出力電圧を高精度に合わせこむ大きな役割を果たしている。抵抗分圧回路に不均一な応力がかかり、分圧比が、例えば、理想は1:1になっているはずが、1:1.02になることによって、出力電圧の精度±1%を満たせなくなる。
本発明は、これら応力による分圧比変動を低減することが可能な抵抗分圧回路を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、
直列接続された、2進法で重み付けされた抵抗値をそれぞれ有する複数の抵抗要素と、
前記複数の抵抗要素にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の抵抗要素の短絡をそれぞれ制御する、複数の短絡制御素子と、
を備え、
前記複数の抵抗要素は、それぞれ、N型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンとを交互に配置し、直列もしくは並列に接続して構成したことを特徴とする抵抗分圧回路を有する半導体装置とする。
直列接続された、2進法で重み付けされた抵抗値をそれぞれ有する複数の抵抗要素と、
前記複数の抵抗要素にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の抵抗要素の短絡をそれぞれ制御する、複数の短絡制御素子と、
を備え、
前記複数の抵抗要素は、それぞれ、N型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンとを交互に配置し、直列もしくは並列に接続して構成したことを特徴とする抵抗分圧回路を有する半導体装置とする。
N型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンは、応力に対し、逆方向のシフト量を示すので、抵抗分圧回路を構成する全ての抵抗をN型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンを交互に配置し並列あるいは直列接続し構成することで、それぞれの抵抗自身で、実装時に樹脂から受ける応力をキャンセルすることが可能となり抵抗分圧回路の実装時の分圧比変動を従来よりも低減することが可能である。
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。
本実施形態は、抵抗分圧回路を構成する抵抗要素1/8R7、1/4R8、1/2R9、1R10、2R11、4R12、Rref(A)13、およびRref(B)14を配置し、それぞれの抵抗要素を直列接続する点は従来と同じである。異なる点は、それぞれの抵抗要素を構成するに当たって、従来は、図6を用いて説明したように、すべての抵抗はP型の不純物を注入した多結晶シリコン6を用いて形成されていたのに対し、本実施形態においては、例えば、1/8R7であればN型の不純物を注入した多結晶シリコン5からなる単位抵抗とP型の不純物を注入した多結晶シリコン6からなる単位抵抗を交互に配置し、コンタクト4を介してメタル配線3で並列に接続して作成し、4R12であれば、N型の不純物を注入した多結晶シリコン5とP型の不純物を注入した多結晶シリコン6を交互に配置し、コンタクト4を介してメタル配線3で直列に接続することで作成することである。他の抵抗も同様に作成する。
本実施形態は、抵抗分圧回路を構成する抵抗要素1/8R7、1/4R8、1/2R9、1R10、2R11、4R12、Rref(A)13、およびRref(B)14を配置し、それぞれの抵抗要素を直列接続する点は従来と同じである。異なる点は、それぞれの抵抗要素を構成するに当たって、従来は、図6を用いて説明したように、すべての抵抗はP型の不純物を注入した多結晶シリコン6を用いて形成されていたのに対し、本実施形態においては、例えば、1/8R7であればN型の不純物を注入した多結晶シリコン5からなる単位抵抗とP型の不純物を注入した多結晶シリコン6からなる単位抵抗を交互に配置し、コンタクト4を介してメタル配線3で並列に接続して作成し、4R12であれば、N型の不純物を注入した多結晶シリコン5とP型の不純物を注入した多結晶シリコン6を交互に配置し、コンタクト4を介してメタル配線3で直列に接続することで作成することである。他の抵抗も同様に作成する。
ただし、抵抗要素1R10に関しては、他の抵抗を構成する1Rの長さを半分にしたN型の短尺多結晶シリコン15とP型の短尺多結晶シリコン16を直列に接続することでN型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンから構成することができる。こうすることで、全ての抵抗要素をN型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンを同数組み合わせて構成することができることになる。さらに、抵抗要素1R10を除いた他の抵抗要素は同じ形の単位抵抗から構成されている。
抵抗要素1R10の他の構成方法を図2に示す。図2においては、他の単位抵抗と同型のN型の多結晶シリコン5とP型の多結晶シリコン6をひとつずつ並列に接続して得られる1/2Rを直列に2個接続することで抵抗要素1R10を構成している。この構成方法では、全ての抵抗要素は同じ形を有する、N型の多結晶シリコン5からなる単位抵抗とP型の多結晶シリコン6からなる単位抵抗から構成することが可能である。N型の多結晶シリコン5からなる単位抵抗とP型の多結晶シリコン6からなる単位抵抗は同じ抵抗値を有することが好ましいが、同じ抵抗値を有していなくても、全ての抵抗要素は同じ数のN型の多結晶シリコン5からなる単位抵抗とP型の多結晶シリコン6からなる単位抵抗から構成されるので、抵抗値の比は正しく設定することができ、問題は無い。
図3に示すように、N型の多結晶シリコン5とP型の多結晶シリコン6は、実装時に樹脂から受ける応力に対し、実装前後の抵抗値の変動(シフト方向)は、逆の方向となる傾向を持っていることが確認されている。本発明は、この傾向を利用したものである。このようにN型の多結晶シリコン5とP型の多結晶シリコン6は、応力に対し、逆方向のシフト量を示すので、N型の多結晶シリコン5とP型の多結晶シリコン6を交互に配置し並列あるいは直列に接続し抵抗を構成することで、それぞれの抵抗要素自身で、実装時に樹脂から受ける応力をキャンセルすることが可能となる。これにより、部品の小型化要求により半導体チップの薄型化が進んで、より大きな応力が、半導体チップにかかったとしても、応力をキャンセルして、抵抗素子により高精度に設定された分圧比を維持することが可能となる。
1 抵抗
2 トリミング用ヒューズ
3 メタル配線
4 コンタクト
5 N型の多結晶シリコン
6 P型の多結晶シリコン
7 1/8R
8 1/4R
9 1/2R
10 1R
11 2R
12 4R
13 Rref(A)
14 Rref(B)
2 トリミング用ヒューズ
3 メタル配線
4 コンタクト
5 N型の多結晶シリコン
6 P型の多結晶シリコン
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8 1/4R
9 1/2R
10 1R
11 2R
12 4R
13 Rref(A)
14 Rref(B)
Claims (3)
- 直列接続された、2進法で重み付けされた抵抗値をそれぞれ有する複数の抵抗要素と、
前記複数の抵抗要素にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の抵抗要素の短絡をそれぞれ制御する、複数の短絡制御素子と、
を備え、
前記複数の抵抗要素は、それぞれ、N型の多結晶シリコンとP型の多結晶シリコンとを交互に配置し、直列もしくは並列に接続して構成したことを特徴とする抵抗分圧回路を有する半導体装置。 - 前記複数の抵抗要素の中で、前記2進法で重み付けされた抵抗値の1に対応する抵抗要素は、他の抵抗要素を構成しているN型の多結晶シリコンの長さの1/2の長さを有するN型の短尺多結晶シリコンと他の抵抗要素を構成しているP型の多結晶シリコンの長さの1/2の長さを有するP型の短尺多結晶シリコンとを直列に接続することで構成されている請求項1記載の抵抗分圧回路を有する半導体装置。
- 前記複数の抵抗要素の中で、前記2進法で重み付けされた抵抗値の1に対応する抵抗要素は、他の抵抗要素を構成しているN型の多結晶シリコンと他の抵抗要素を構成しているP型の多結晶シリコンとを一つずつ並列に接続したものを二つ直列に接続して構成されている請求項1記載の抵抗分圧回路を有する半導体装置。
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