JP3146504B2 - Semiconductor electronic circuit - Google Patents

Semiconductor electronic circuit

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JP3146504B2
JP3146504B2 JP07579491A JP7579491A JP3146504B2 JP 3146504 B2 JP3146504 B2 JP 3146504B2 JP 07579491 A JP07579491 A JP 07579491A JP 7579491 A JP7579491 A JP 7579491A JP 3146504 B2 JP3146504 B2 JP 3146504B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電流供給能力を低下さ
せることなく、しかも、電流供給能力が周囲温度に影響
されない半導体電子回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor electronic circuit which does not lower the current supply capability and which is not affected by the ambient temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高温度雰囲気中で動作可能な素子
や、周囲温度が変動しても素子の特性が温度に影響され
ない素子の開発が要求されている。しかしながら、半導
体を用いた一般の非線形素子においては、素子の特性が
周囲温度により多少なりとも変化することは避けること
ができない。これは、移動度、キャリアのエネルギー分
布等の半導体の物性値が温度に大きく依存するためであ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for the development of devices that can operate in a high-temperature atmosphere and devices whose characteristics are not affected by temperature even when the ambient temperature fluctuates. However, in a general nonlinear element using a semiconductor, it is inevitable that the characteristics of the element slightly change depending on the ambient temperature. This is because physical properties of the semiconductor, such as mobility and carrier energy distribution, greatly depend on temperature.

【0003】例えば単結晶シリコンでは、通常温度が上
昇するにつれてキャリアの結晶格子による散乱が多くな
り、キャリアの移動度が低下する。一般には、移動度は
温度の−1.5〜−2.5乗に比例して低下することが
知られている。仮に、チップ温度が300℃まで上昇し
たとすると、キャリア移動度は室温(25℃)の時の移
動度の1/3〜1/4程度にまで低下する。飽和領域に
おいてMOSFETのドレイン電流はキャリア移動度に
比例するため、例えば室温で1mAのドレイン電流が流
れていた場合、300℃雰囲気中ではドレイン電流は大
略0.3mAしか流れなくなる。この結果、このことが
この半導体素子を用いている装置の誤動作や故障の原因
となり得る。このような素子自身の特性の温度依存性に
よるその素子を用いた装置の温度不安定性を改善するた
めに、一般に、素子の動作領域を制限し、その素子をな
るべく温度に対して変動の少ない範囲でのみ動作させる
ようにしている。
For example, in single crystal silicon, as the temperature increases, scattering of carriers due to the crystal lattice increases, and the mobility of carriers decreases. In general, it is known that the mobility decreases in proportion to the temperature raised to the power −1.5 to −2.5. If the chip temperature rises to 300 ° C., the carrier mobility decreases to about 3 to の of the mobility at room temperature (25 ° C.). Since the drain current of the MOSFET is proportional to the carrier mobility in the saturation region, for example, if a drain current of 1 mA flows at room temperature, only a drain current of approximately 0.3 mA flows in a 300 ° C. atmosphere. As a result, this may cause malfunction or failure of the device using the semiconductor element. In order to improve the temperature instability of a device using the device due to the temperature dependence of the characteristics of the device itself, generally, the operating region of the device is limited, and the device is placed in a range in which the temperature varies as little as possible. It works only with.

【0004】一般のMOSFETには、通常、その出力
の温度係数が零となるような、いわば、温度不感の動作
点が存在することが知られている。図4の(a)は、標
準的な工程で製造された単結晶SiMOSFETのゲー
ト電圧とドレイン電流との関係を温度をパラメータにし
て示した特性図である。全ての曲線が一点で交わること
は、如何なる温度でも、同じゲート電圧とドレイン電流
の組が存在することを示している。その温度不感点はZ
TC(Zero Temperature Coefficient) 点と呼ばれる。
そのZTC点においては、一旦各電極の電位を固定すれ
ば、如何なる温度でも出力(ドレイン)電流は変化しな
い。これは、温度上昇に伴う移動度の低下によるドレイ
ン電流の減少傾向と、ドレイン─基板接合電流の増加に
よるドレイン電流の増加傾向とが平衡するためである。
It is known that a general MOSFET has a so-called temperature-insensitive operating point where the temperature coefficient of its output is normally zero. FIG. 4A is a characteristic diagram showing a relationship between a gate voltage and a drain current of a single-crystal SiMOSFET manufactured by a standard process using temperature as a parameter. The intersection of all curves at one point indicates that the same set of gate voltage and drain current exists at any temperature. The temperature dead point is Z
It is called TC (Zero Temperature Coefficient) point.
At the ZTC point, once the potential of each electrode is fixed, the output (drain) current does not change at any temperature. This is because the tendency of the drain current to decrease due to the decrease in the mobility with the temperature rise and the tendency to increase the drain current due to the increase in the drain-substrate junction current are balanced.

【0005】このような特性により、MOSFETのバ
イアスゲート電圧をZTC点に設定することで、特性が
温度に影響されない装置を構成することが可能となる。
この方法は、演算増幅器で用いられている。
By setting the bias gate voltage of the MOSFET to the ZTC point due to such characteristics, a device whose characteristics are not affected by temperature can be constituted.
This method is used in operational amplifiers.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性領
域を単結晶シリコンで形成したMOSFETにおいて
は、図4の(b)に示すように、ZTC点は動作特性に
おける非飽和領域に存在する。従って、もしMOSFE
Tを動作特性上の飽和領域で使用するとすると、ドレイ
ン電流を大きくすることが可能である。しかし、その反
面、ドレイン電流の温度係数が大きくなり、装置の特性
が大きく温度に依存することになる。逆にZTC点にゲ
ート電圧を設定すると、温度の影響は小さくなるがMO
SFETの動作特性は飽和していないのでドレイン電流
を大きくすることができないという問題がある。ゲート
電圧をZTC点に設定して、ドレイン電流を大きくする
ためには、従来のMOSFETでは、その素子の面積を
大きくしなければならなかった。
However, in a MOSFET in which the active region is formed of single-crystal silicon, the ZTC point exists in the non-saturated region in the operating characteristics, as shown in FIG. Therefore, if MOSFE
If T is used in a saturation region in operating characteristics, it is possible to increase the drain current. However, on the other hand, the temperature coefficient of the drain current increases, and the characteristics of the device greatly depend on the temperature. Conversely, when the gate voltage is set at the ZTC point, the influence of the temperature decreases, but the MO
Since the operating characteristics of the SFET are not saturated, there is a problem that the drain current cannot be increased. In order to increase the drain current by setting the gate voltage to the ZTC point, the area of the element has to be increased in the conventional MOSFET.

【0007】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的は、出力電流の温度依存性のな
いしかも電流供給能力の大きな電子回路を、素子の寸法
を増加させることなく構成することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide an electronic circuit having no temperature dependence of an output current and a large current supply capability without increasing the size of an element. Is to configure.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0008】本発明者は、MOSFETの動作特性曲線
上のZTC点の存在領域について、いろいろ研究した結
果、MOSFETの活性領域を平均結晶粒径1〜10μ
mの多結晶シリコンで構成することで、ZTC点をトラ
ンジスタの飽和領域近く又は飽和領域に存在させること
ができることを初めて発見した。本発明はこの発見に基
づくものである。即ち、本発明は、入力電圧に応じて、
供給電流を制御する半導体電子回路において、平均結晶
粒径1〜10μmの多結晶シリコンを活性層とする絶縁
ゲート電界効果トランジスタと、トランジスタのゲート
とソース間に印加されるバイアス電圧を、ドレイン電流
の温度特性において、活性層の多結晶シリコンの平均結
晶粒径に応じた温度に略依存しない電圧とするバイアス
回路とを設けたことを特徴とする。また、温度に依存し
ないバイアス電圧が、動作特性曲線上の飽和領域又は飽
和領域近くに存在することを特徴とする。更に、多結晶
シリコンの平均結晶粒径が1.6〜3μmであることを
特徴とする。本発明者は多結晶シリコンの平均的な結晶
粒径、即ち、単結晶シリコンをミクロ的に構成するドメ
インの大きさと、動作特性曲線上のZTC点の位置との
関係を測定した。その結果、本発明者は結晶粒径を1.
0〜10μmの範囲にすれば、ZTC点をMOSFET
の動作曲線上の飽和領域近くに存在させることが可能で
あることを初めて発見した。また、結晶粒径の更に望ま
しい範囲は1.6〜3μmである。尚、上記の特性はM
OSFETの他の絶縁ゲート電界効果トランジスタにも
当てはまる。
The present inventor has conducted various studies on the region where the ZTC point exists on the operating characteristic curve of the MOSFET. As a result, the active region of the MOSFET has an average crystal grain size of 1-10 μm.
It has been discovered for the first time that the ZTC point can be made to exist near or in a saturation region of the transistor by using m polycrystalline silicon. The present invention is based on this finding. That is, according to the present invention, according to the input voltage,
In a semiconductor electronic circuit for controlling a supply current, an insulated gate field effect transistor having an active layer of polycrystalline silicon having an average crystal grain size of 1 to 10 μm, and a bias voltage applied between a gate and a source of the transistor are set to a drain current. In the temperature characteristics, the average formation of polycrystalline silicon in the active layer
And a bias circuit for providing a voltage substantially independent of temperature according to the crystal grain size . It also depends on temperature
Bias voltage is in the saturation region or saturation on the operating characteristic curve.
It is characterized by being present near the sum area. Furthermore, polycrystalline
That the average crystal grain size of silicon is 1.6-3 μm
Features. The inventor measured the average crystal grain size of polycrystalline silicon, that is, the relationship between the size of the domain constituting the single crystal silicon microscopically and the position of the ZTC point on the operating characteristic curve. As a result, the present inventors set the crystal grain size to 1.
By setting the ZTC point to MOSFET
It has been found for the first time that it is possible to exist near the saturation region on the operating curve of the. A more desirable range of the crystal grain size is 1.6 to 3 μm. Note that the above characteristic is M
The same applies to other insulated gate field effect transistors of OSFETs.

【0009】[0009]

【作用及び発明の効果】絶縁ゲート電界効果トランジス
タの活性層には、平均結晶粒径1.0〜10μmの多結
晶シリコンが用いられている。そして、そのトランジス
タのゲートとソース間に印加されるバイアス電圧は、ド
レイン電流の温度特性において、活性層の多結晶シリコ
ンの平均結晶粒径に応じた温度に略依存しない電圧に設
定されている。従って、バイアス電圧はZTC点とする
ことができ、しかも、このZTC点は動作特性曲線上の
飽和領域又は飽和領域近くに存在させることができた。
よって、トランジスタの素子寸法を大きくすることな
く、電流供給能力を大きくでき、しかも供給電流の温度
依存性を少なくすることができた。特に、多結晶シリコ
ンの結晶粒径を1.6〜3μmとすることで、上記の効
果が顕著に得られた。
The active layer of the insulated gate field effect transistor is made of polycrystalline silicon having an average crystal grain size of 1.0 to 10 μm. The bias voltage applied between the gate and the source of the transistor depends on the temperature characteristics of the drain current and the polycrystalline silicon in the active layer.
The voltage is set to be substantially independent of temperature according to the average crystal grain size of the metal . Therefore, the bias voltage can be set at the ZTC point, and the ZTC point can be present in the saturation region or near the saturation region on the operating characteristic curve.
Therefore, the current supply capability could be increased without increasing the element size of the transistor, and the temperature dependence of the supply current could be reduced. In particular, by setting the crystal grain size of polycrystalline silicon to 1.6 to 3 μm, the above-described effects were remarkably obtained.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて
説明する。図1は、本発明を電源回路内蔵型デジタル論
理集積素子に応用した実施例装置の構成図である。この
装置10は、安定化電源部1、デジタル論理回路部2、
レベル調整回路部3、出力回路部4とで構成されてい
る。論理回路部2は、単結晶シリコン上に形成されてお
り、安定化電源部1、レベル調整回路部3及び出力回路
部4は、平均結晶粒径2.4μmの多結晶シリコン上に
形成されている。それぞれの回路にはMOSFETが含
まれている。これらの回路部1〜4は、全て、同一チッ
プ上に形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to a specific embodiment. FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment apparatus in which the present invention is applied to a digital logic integrated device with a built-in power supply circuit. This device 10 includes a stabilized power supply unit 1, a digital logic circuit unit 2,
It comprises a level adjustment circuit section 3 and an output circuit section 4. The logic circuit section 2 is formed on single crystal silicon, and the stabilized power supply section 1, the level adjustment circuit section 3 and the output circuit section 4 are formed on polycrystalline silicon having an average crystal grain size of 2.4 μm. I have. Each circuit includes a MOSFET. These circuit units 1 to 4 are all formed on the same chip.

【0011】安定化電源部1は、例えば、車載バッテリ
の電圧12Vを3Vに変換して、安定化された電圧を論
理回路部2に供給している。安定化電源部1と論理回路
部2との関係は、図2に示すような等価回路で表現する
ことができる。Eは安定化電源部1の出力端子1a,1
bを開放した時、その両端子間に生起される開放電圧、
即ち、安定化電源部1の内部起電力である。r0 は安定
化電源部1の出力抵抗であり、v0 は図2の接続状態に
おける出力端子1a,1b間の端子間電圧、即ち、論理
回路部2への供給電圧である。ri は論理回路部2の入
力抵抗である。又、I0 は論理回路部2に供給される出
力電流である。
The stabilized power supply unit 1 converts, for example, a voltage of 12 V of a vehicle-mounted battery to 3 V, and supplies a stabilized voltage to the logic circuit unit 2. The relationship between the stabilized power supply unit 1 and the logic circuit unit 2 can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. E denotes output terminals 1a and 1 of the stabilized power supply unit 1.
open voltage generated between both terminals when b is opened,
That is, it is the internal electromotive force of the stabilized power supply unit 1. r 0 is the output resistance of the stabilized power supply unit 1, and v 0 is the voltage between the output terminals 1 a and 1 b in the connection state of FIG. 2, that is, the supply voltage to the logic circuit unit 2. r i is an input resistance of the logic circuit unit 2. I 0 is an output current supplied to the logic circuit unit 2.

【0012】図2の等価回路から明らかなように、内部
起電力E、又は出力電流I0 の温度による変動は、論理
回路部2への供給電圧v0 を不安定にする。一方、論理
回路部2への供給電圧v0 の安定化は、論理回路部2の
論理演算の信頼性を向上させるために必要である。従っ
て、内部起電力E又は出力電流I0 の温度変動を、出力
電流の供給能力を低下させることなく、小さくすること
が必要となる。
As is apparent from the equivalent circuit shown in FIG. 2, the fluctuation of the internal electromotive force E or the output current I 0 due to the temperature makes the supply voltage v 0 to the logic circuit 2 unstable. On the other hand, stabilization of the supply voltage v 0 to the logic circuit unit 2 is necessary to improve the reliability of the logic operation of the logic circuit unit 2. Therefore, it is necessary to reduce the temperature fluctuation of the internal electromotive force E or the output current I 0 without lowering the output current supply capability.

【0013】図3は安定化電源部1の具体的な回路構成
を示している。トランジスタTr1が安定化電源部1の出
力トランジスタである。このトランジスタTr1は、活性
層、即ち、ソースとドレインとの間でチャンネルが形成
される層が多結晶シリコンで構成されたMOSFETで
ある。抵抗R1 と2つの素子の直列接続されたツェナー
ダイオードDZ とから成るバイアス回路により、トラン
ジスタTr1のゲートGはバイアスされる。即ち、トラン
ジスタTr1のゲートGに印加されるゲート電圧はツェナ
ーダイオードDZ の降伏電圧で決定される電圧、本実施
例では11Vである。
FIG. 3 shows a specific circuit configuration of the stabilized power supply unit 1. The transistor Tr1 is an output transistor of the stabilized power supply unit 1. The transistor Tr1 is an MOSFET in which an active layer, that is, a layer in which a channel is formed between a source and a drain is made of polycrystalline silicon. The bias circuit consisting of resistor R 1 and the series-connected Zener diode D Z of the two elements, the gate G of the transistor Tr1 is biased. That is, the gate voltage applied to the gate G of the transistor Tr1 voltage determined by the breakdown voltage of the Zener diode D Z, in the present embodiment is 11V.

【0014】このバイアス電圧11Vは、このトランジ
スタTr1の動作状態を動作曲線上の飽和領域に近い状態
とするに十分な電圧である。ここで、飽和領域とは、ト
ランジスタTr1を十分に導通状態とし、バイアス電圧を
それ以上にしても出力電流がそれほど増加しない動作領
域である。このバイアス電圧11Vを印加することで、
ドレインDに接続されている抵抗R2 の値を適当に設定
することで、トランジスタTr1のドレインDとソースS
間の電圧は、電圧3Vとすることができる。又、このバ
イアス電圧11Vは、トランジスタTr1の活性層を多結
晶シリコンで構成することでZTC点とすることができ
る。即ち、ZTC点に対応するバイアス電圧をトランジ
スタの活性層を多結晶シリコンとすることにより、上昇
させることが可能となった。
The bias voltage 11V is a voltage sufficient to bring the operation state of the transistor Tr1 into a state close to the saturation region on the operation curve. Here, the saturation region is an operation region where the output current does not increase so much even when the transistor Tr1 is sufficiently turned on and the bias voltage is increased. By applying this bias voltage 11V,
By setting the value of the drain D is connected to the resistor R 2 appropriately, the drain of the transistor Tr1 D and the source S
The voltage between them can be 3V. The bias voltage 11 V can be set to the ZTC point by configuring the active layer of the transistor Tr1 with polycrystalline silicon. That is, the bias voltage corresponding to the ZTC point can be increased by using polycrystalline silicon for the active layer of the transistor.

【0015】図4の(a)は、活性層を多結晶シリコン
で構成したトランジスタTr1のゲート電圧とドレイン電
流との関係を温度をパラメータとして測定した特性図で
ある。又、図4の(b)は、そのトランジスタと素子寸
法を同一として、活性層を従来のように単結晶シリコン
としたトランジスタのゲート電圧とドレイン電流との関
係を温度をパラメータとして測定した特性図である。こ
れらの両特性図から理解されるように、多結晶シリコン
で構成したトランジスタの方が、単結晶シリコンで構成
したトランジスタに比べて、ZTC点は高電圧側に存在
する。従って、そのZTC点の電圧をバイアス電圧とし
た場合には、多結晶シリコンのトランジスタの方が単結
晶シリコンのトランジスタよりも電流供給能力が100
倍高いことが分かる。このことは、両トランジスタの素
子寸法を同一とし且つ両トランジスタを最良な温度特性
が得られる状態にした場合、単結晶シリコンのトランジ
スタよりも多結晶シリコンのトランジスタの方が電流供
給能力が100倍高いことを意味する。
FIG. 4A is a characteristic diagram in which the relationship between the gate voltage and the drain current of a transistor Tr1 whose active layer is made of polycrystalline silicon is measured using temperature as a parameter. FIG. 4B is a characteristic diagram in which the relationship between the gate voltage and the drain current of a transistor in which the active layer is made of single-crystal silicon as in the prior art and whose temperature is used as a parameter is measured with the same element size as the transistor. It is. As can be understood from these two characteristic diagrams, the ZTC point exists on the higher voltage side in the transistor made of polycrystalline silicon as compared with the transistor made of single crystal silicon. Therefore, when the voltage at the ZTC point is used as the bias voltage, the polycrystalline silicon transistor has a current supply capability of 100 times that of the single crystal silicon transistor.
It turns out that it is twice as high. This means that when the transistor dimensions are the same and both transistors are in the state where the best temperature characteristics are obtained, the current supply capability of the polycrystalline silicon transistor is 100 times higher than that of the single crystal silicon transistor. Means that.

【0016】又、出力回路部4のファンアウト数を大き
くするには、出力電流が大きくとれる方が望ましい。従
って、出力回路部4においても、上記した安定化電源部
1で使用された多結晶シリコンによるMOSFETが用
いられる。
In order to increase the number of fan-outs of the output circuit section 4, it is desirable that the output current be large. Therefore, also in the output circuit section 4, the MOSFET made of polycrystalline silicon used in the above-mentioned stabilized power supply section 1 is used.

【0017】論理回路部2は、電流供給能力よりも信号
伝達速度がより重要となる。よって、この論理回路部2
で用いられるトランジスタは単結晶シリコンとした。こ
の論理回路部2では、電流供給能力はあまり要求されな
いので、バイアス電圧を多結晶シリコンよりは低いZT
C点に設定することができる。よって、動作特性の温度
変動を少なくすることができる。
In the logic circuit section 2, the signal transmission speed is more important than the current supply capability. Therefore, the logic circuit unit 2
The transistor used in the above was single crystal silicon. In the logic circuit section 2, since the current supply capability is not so required, the bias voltage is set to a lower ZT than that of polycrystalline silicon.
It can be set to point C. Therefore, the temperature fluctuation of the operation characteristics can be reduced.

【0018】信号レベル調整回路部3は、論理回路部2
の出力の信号レベルを出力回路部4の入力の信号レベル
に合わせるための回路である。本実施例では、単結晶及
び多結晶基板が絶縁分離されているので、信号レベル調
整回路部3はそのまま多結晶シリコン基板上に形成する
ことが可能である。
The signal level adjusting circuit unit 3 includes the logic circuit unit 2
Is a circuit for adjusting the output signal level of the output circuit section to the input signal level of the output circuit section 4. In this embodiment, since the single crystal and polycrystalline substrates are insulated and separated, the signal level adjusting circuit unit 3 can be formed on the polycrystalline silicon substrate as it is.

【0019】次に、本実施例回路の基板の製造方法を図
5を参照して説明する。図5の(a)に示す単結晶シリ
コン基板30の表面を熱酸化して、図5の(b)に示す
ように厚さ0.5μmの熱酸化膜31を形成する。この
厚さは任意である。次に、図5の(c)に示すように、
その熱酸化膜31の上に多結晶シリコン膜32を次のよ
うにして形成した。LPCVD法により610℃、圧力
1Torrの100%SiH4ガス中において、1〜3μm
の厚さにシリコンを堆積した後、N2 ガス雰囲気中で1
200℃で13時間、熱処理を行い、平均結晶粒径が
1.6〜3μmとなるまでシリコンを成長させた。さら
に、成長膜の表面の平坦化処理を行った。この多結晶シ
リコン膜32は、上記した方法で形成する他、再結晶化
法や固相成長法等の多くの手段を用いることもできが、
結晶粒径は1.6〜3μmにする必要がある。
Next, a method of manufacturing the circuit board of the present embodiment will be described with reference to FIG. The surface of the single crystal silicon substrate 30 shown in FIG. 5A is thermally oxidized to form a thermal oxide film 31 having a thickness of 0.5 μm as shown in FIG. This thickness is arbitrary. Next, as shown in FIG.
Polycrystalline silicon film 32 was formed on thermal oxide film 31 as follows. In a 100% SiH 4 gas at 610 ° C. and a pressure of 1 Torr by LPCVD, 1-3 μm
After depositing silicon to a thickness of 1 with N 2 gas atmosphere
Heat treatment was performed at 200 ° C. for 13 hours, and silicon was grown until the average crystal grain size became 1.6 to 3 μm. Further, the surface of the grown film was flattened. This polycrystalline silicon film 32 can be formed by the above-described method, or can use many means such as a recrystallization method and a solid phase growth method.
The crystal grain size needs to be 1.6-3 μm.

【0020】多結晶シリコン膜32を形成した後は、図
5の(d)に示すように、多結晶シリコン膜32を残す
部分にレジスト33を塗布した。そして、図5の(e)
に示すように、マスクされていない多結晶シリコン膜3
2及び熱酸化膜31をエッチングして除去して、単結晶
シリコン基板30を部分的に露出させた。このような基
板の形成後は、図5の(e)に示す多結晶シリコン膜3
2及び単結晶シリコン基板30に、通常のMOSプロセ
スにより本回路を形成した。即ち、多結晶シリコン膜3
2に安定化電源部1、信号レベル調整回路部3、出力回
路部4を形成し、単結晶シリコン基板30に論理回路部
2を形成した。
After the formation of the polycrystalline silicon film 32, a resist 33 was applied to a portion where the polycrystalline silicon film 32 was left as shown in FIG. Then, (e) of FIG.
As shown in FIG.
2 and the thermal oxide film 31 were removed by etching to partially expose the single crystal silicon substrate 30. After the formation of such a substrate, the polycrystalline silicon film 3 shown in FIG.
This circuit was formed on the second and single crystal silicon substrates 30 by a normal MOS process. That is, the polycrystalline silicon film 3
2, a stabilized power supply unit 1, a signal level adjustment circuit unit 3, and an output circuit unit 4 were formed, and a logic circuit unit 2 was formed on a single crystal silicon substrate 30.

【0021】以上のようなプロセスにより、多結晶シリ
コン膜32の膜厚をいろいろ変化させることにより結晶
粒径のいろいろ異なる多結晶シリコン膜32を製造し、
その多結晶シリコン膜32にMOSFETを製造した。
そして、これらのMOSFETのゲート電圧とドレイン
電流との関係、即ち、動作特性を温度を変化させて測定
した。その結果を図6の(b)〜図7の(f)に示す。
又、比較例として単結晶シリコンのMOSFETの動作
特性を温度を変化させて測定した。その結果を図6の
(a)に示す。
According to the above process, the thickness of the polycrystalline silicon film 32 is changed in various ways to produce the polycrystalline silicon films 32 having different crystal grain sizes.
A MOSFET was manufactured on the polycrystalline silicon film 32.
Then, the relationship between the gate voltage and the drain current of these MOSFETs, that is, the operating characteristics were measured while changing the temperature. The results are shown in FIGS. 6B to 7F.
As a comparative example, the operating characteristics of a single-crystal silicon MOSFET were measured while changing the temperature. The result is shown in FIG.

【0022】ゲート電圧VG が20V以下の範囲では、
結晶粒径とZTC点との関係は次のようになっているこ
とが理解される。
[0022] In the range gate voltage V G is less of 20V is,
It is understood that the relationship between the crystal grain size and the ZTC point is as follows.

【0023】[0023]

【表1】 結晶粒径(μm) ZTC点 ゲート電圧VG (V) ドレイン電流ID (mA) 0.9以下 存在しない。 1.6 20 1 2.0 13 0.95 2.4 11 2.0 単結晶 1.5 0.009TABLE 1 no crystal grain size ([mu] m) ZTC point gate voltage V G (V) the drain current I D (mA) 0.9 or less. 1.6 20 1 2.0 13 0.95 2.4 11 2.0 Single crystal 1.5 0.009

【0024】以上の測定結果から、ZTC点(ゲート電
圧VG とドレイン電流ID )と結晶粒径との関係を図8
に示す。以上の測定結果から、結晶粒径が1.6〜2.
4μmの範囲の時、ZTC点でのドレイン電流は1〜2
mAであることが分かる。このドレイン電流は、単結晶
シリコンのMOSFETのZTC点におけるドレイン電
流の100〜200倍である。又、結晶粒径が大きくな
るに従ってZTC点でのゲート電圧は低下し、ドレイン
電流が最大値をとる結晶粒径が存在し得ることが理解さ
れる。以上の測定結果から、ZTC点におけるドレイン
電流が単結晶シリコンのそれに対して約100倍以上と
なる多結晶シリコンの結晶粒径の望ましい範囲は、1.
0〜10μmと予測される。更に、望ましい範囲は、
1.6〜3μmである。
[0024] From the above measurement results, the relationship ZTC point (gate voltage V G and the drain current I D) and the crystal grain size 8
Shown in From the above measurement results, the crystal grain size is 1.6 to 2.
In the range of 4 μm, the drain current at the ZTC point is 1 to 2
mA. This drain current is 100 to 200 times the drain current at the ZTC point of the single crystal silicon MOSFET. It is also understood that as the crystal grain size increases, the gate voltage at the ZTC point decreases, and there may exist a crystal grain size at which the drain current has a maximum value. From the above measurement results, the desirable range of the crystal grain size of polycrystalline silicon in which the drain current at the ZTC point is about 100 times or more that of single crystal silicon is as follows.
Expected to be 0-10 μm. Further, a desirable range is
1.6 to 3 μm.

【0025】本実施例では、大きな電力の供給能力の必
要なトランジスタは上記の平均結晶粒径の多結晶シリコ
ンを活性層とするMOSFETで構成され、大きな信号
伝達速度が必要なトランジスタは単結晶シリコンを活性
層とするMOSFETで構成されている。このように構
成することで、素子面積を大きくすることなく温度安定
性の良い電力供給能力の高い電子回路を得ることができ
る。本実施例では、多結晶シリコンと単結晶シリコンと
を同一基板上に形成したが、これらは別々の基板上に形
成しても良い。更に、単結晶シリコンデバイスのチップ
のみを冷却したり、或いは、高温度雰囲気から遠ざけ、
高温にさらされる場所に多結晶シリコンデバイスのチッ
プを配置するようにしても良い。又、多結晶シリコンを
作成するのに、図9に示す方法を採用しても良い。即
ち、単結晶シリコン基板40にマスク41を用いて周期
的に不純物Siをイオン打ち込み(43)することによ
って多結晶粒界と等価な結晶状態を得ることができる。
このような基板にMOSFETを製造した場合にもZT
C点におけるドレイン電流を大きくさせることができ
る。また、異種の基板材料の組み合わせによってZTC
点を変化させることも可能である。
In this embodiment, the transistor requiring a large power supply capability is constituted by a MOSFET having an active layer of polycrystalline silicon having the above average crystal grain size, and the transistor requiring a large signal transmission speed is a single crystal silicon. Is an active layer. With such a configuration, an electronic circuit with good temperature stability and high power supply capability can be obtained without increasing the element area. In this embodiment, polycrystalline silicon and single crystal silicon are formed on the same substrate, but they may be formed on separate substrates. Furthermore, only the single crystal silicon device chip is cooled or kept away from a high temperature atmosphere,
A polycrystalline silicon device chip may be placed in a location exposed to high temperatures. In addition, a method shown in FIG. 9 may be used to form polycrystalline silicon. That is, by periodically ion-implanting (43) impurity Si into the single-crystal silicon substrate 40 using the mask 41, a crystal state equivalent to a polycrystalline grain boundary can be obtained.
Even when a MOSFET is manufactured on such a substrate, ZT
The drain current at point C can be increased. In addition, ZTC is determined by combining different types of substrate materials.
It is also possible to change the points.

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

【図1】本発明の具体的な一実施例に係る電子回路を搭
載した1チップデバイスの構成を示したブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a one-chip device equipped with an electronic circuit according to a specific embodiment of the present invention.

【図2】同実施例に係るデバイスの安定化電源部と論理
回路部との関係を示した等価回路。
FIG. 2 is an equivalent circuit showing a relationship between a stabilized power supply unit and a logic circuit unit of the device according to the embodiment.

【図3】同実施例に係るデバイスの安定化電源部の回路
図。
FIG. 3 is a circuit diagram of a stabilized power supply unit of the device according to the embodiment.

【図4】多結晶シリコンMOSFETと単結晶シリコン
MOSFETの動作特性を温度を変化させて測定した測
定図。
FIG. 4 is a measurement diagram in which operating characteristics of a polycrystalline silicon MOSFET and a single-crystal silicon MOSFET are measured while changing temperature.

【図5】同実施例に係るデバイスの製造工程を示した説
明図。
FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing step of the device according to the example.

【図6】単結晶シリコン及び多結晶シリコンMOSFE
Tの動作特性を温度を変化させて測定した測定図。
FIG. 6 shows a single crystal silicon and a polycrystalline silicon MOSFE.
FIG. 9 is a measurement diagram of the operating characteristics of T measured with changing temperature.

【図7】多結晶シリコンMOSFETの動作特性を温度
を変化させて測定した測定図。
FIG. 7 is a measurement diagram in which operating characteristics of a polycrystalline silicon MOSFET are measured while changing temperature.

【図8】MOSFETの動作特性におけるZTC点と結
晶粒径との関係を示した測定図。
FIG. 8 is a measurement diagram showing the relationship between the ZTC point and the crystal grain size in the operating characteristics of the MOSFET.

【図9】他の実施例に係るデバイスの製造方法を示した
説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a device manufacturing method according to another embodiment.

【符号の説明】 30…単結晶シリコン基板 31…熱酸化膜 32…多
結晶シリコン膜
[Description of Signs] 30 ... Single-crystal silicon substrate 31 ... Thermal oxide film 32 ... Polycrystalline silicon film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−74070(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/8234 H01L 27/088 H03F 1/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References JP-A-2-74070 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21 / 8234 H01L 27/088 H03F 1/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入力電圧に応じて、供給電流を制御する
半導体電子回路において、 平均結晶粒径1.0〜10μmの多結晶シリコンを活性
層とする絶縁ゲート電界効果トランジスタと、前記トラ
ンジスタのゲートとソース間に印加されるバイアス電圧
を、ドレイン電流の温度特性において、前記活性層の多
結晶シリコンの平均結晶粒径に応じた温度に略依存しな
い電圧とするバイアス回路とを設けたことを特徴とする
半導体電子回路。
1. A semiconductor electronic circuit for controlling a supply current according to an input voltage, comprising: an insulated gate field effect transistor having an active layer of polycrystalline silicon having an average crystal grain size of 1.0 to 10 μm; and a bias voltage applied between the source, the temperature characteristic of the drain current, multi of the active layer
A semiconductor electronic circuit, comprising: a bias circuit for setting a voltage substantially independent of temperature according to an average crystal grain size of crystalline silicon .
【請求項2】 前記温度に依存しないバイアス電圧が、2. The temperature-independent bias voltage,
動作特性曲線上の飽和領域又は飽和領域近くに存在するExists in or near the saturation region on the operating characteristic curve
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体電子回路。The semiconductor electronic circuit according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記多結晶シリコンの平均結晶粒径が3. An average crystal grain size of the polycrystalline silicon is
1.6〜3μmであることを特徴とする請求項1又は請2. The method according to claim 1, wherein the thickness is 1.6 to 3 [mu] m.
求項2に記載の半導体電子回路。The semiconductor electronic circuit according to claim 2.
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