JP3388805B2 - 集積化電圧分割器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、第２の部分抵抗と直列
につながれた第１の部分抵抗を含む集積された電圧分割
器に関するものであり、そこにおいては分割されるべき
電圧が前記２つの部分抵抗の直列回路の両端間に印加さ
れ、分割された電圧が前記２つの部分抵抗の接続点に出
力されるようになっている。 【０００２】 【従来の技術】電圧分割器は典型的には２つの部分抵抗
を直列に接続することによって構成され、その共通接続
点においてこの直列回路へ供給された電圧の一部が出力
される。決まりとして、そのような２つの抵抗の直列回
路の一端が低電位側へつながれ、他方その直列の他端は
より高電位にある回路中の一点へつながれる。一方の部
分抵抗の両端の電圧降下の他方に対する比率は抵抗値の
比率に対応する。 【０００３】上述の種類の電圧分割器を用いて急峻な勾
配を有する矩形波電圧やＨＦ電圧の分割を行う場合は、
それらの部分抵抗に付随する不可避な浮遊容量が欠点と
なって、分割された電圧はもはやその電圧分割器へ入力
された電圧の波形とは対応しないものとなる。矩形波電
圧が入力されると、例えば、それらの浮遊容量はパルス
の勾配上の多かれ少なかれ強調されたオーバーシュート
につながる。オシロスコープの入力分割器として使用さ
れる電圧分割器においてはこのような振る舞いは特に不
都合なものとなる。それは、浮遊容量の否定的な効果が
スクリーン上に直接的に表示され、観測者はそれが入力
信号に対応する正しい信号波形であるのか、あるいは浮
遊容量のために変化した信号波形であるのかが分からな
くなるからである。含まれる周波数が高くなればなるほ
ど、部分抵抗のインピーダンスが高くなればなるほど、
浮遊容量の効果はなおさら重大になる。 【０００４】電圧分割器の周波数補償のために、部分抵
抗にはそれぞれにコンデンサを並列接続して、部分抵抗
の抵抗値と、それに対して割り当てられるコンデンサ容
量との積が同じになるような寸法に選ばれる。 【０００５】集積回路技術に電圧分割器を組み込む場合
には、集積されたコンデンサを集積された部分抵抗に並
列に接続して周波数補償をすることはできない。集積さ
れた部分抵抗の場合には浮遊容量は抵抗の全幾何学的形
状に亘って分布しており、必ずしも部分抵抗両端間のど
こかに集中してはいない。このこととは別にＧＮＤに関
してかなり大きな浮遊容量が存在する。 【０００６】 【発明の概要】本発明の目的は、冒頭に述べたような種
類の集積された電圧分割器であって、入力電圧の周波数
に無関係にそれの出力電圧形状が入力電圧形状を表して
いるような電圧分割器を作製することである。 【０００７】本発明はこの目的を達成するために、部分
抵抗を半導体基板上に設けられた誘電体層を覆う多結晶
半導体材料の線分で構成し、部分抵抗を構成する各々の
線分の下側の前記半導体基板中に前記半導体基板の伝導
形とは逆の伝導形を有するウエルを形成し、前記部分抵
抗に割り当てたウエルを前記直列回路の一端へつなぎ、
前記第２の部分抵抗に割り当てたウエルを前記直列回路
の他端へつなぎ、別々になった個々の部分抵抗を構成す
る線分の全表面積の大きさを、それら面積の比率が２つ
の部分抵抗の抵抗値の逆数の比率に等しくなるようにす
ることを行っている。 【０００８】本発明に従う型の集積された電圧分割器に
おいて、基板中で互いに分離されたウエルを覆って部分
抵抗を設けることは、単一の部分抵抗に割り当てられる
すべての浮遊容量の共通点に対して、適当なバイアス、
すなわち前記直列回路の一端の電圧または他端の電圧
を、対応するウエル手段で以て供給することを可能にす
る。対応する部分抵抗を構成する線分の表面エリアを定
義することによって、望ましい周波数補償を得るために
必要なように、２つの部分抵抗において抵抗値と浮遊容
量の積を各々の場合について等しいものとすることがで
きる。 【０００９】本発明の更に別の特長的な実施例は下記の
開示項に特徴づけられている。第２項に記載された例の
ような別の実施例によって、抵抗値を定義することに関
してより高い精度が実現できる。第４項の実施例は、本
集積された電圧分割器を収容する集積回路が曝される機
械的な応力を緩和させることができる。第４項の更に別
の実施例は導通線分のインダクタンスを補償することが
できる。第５項によって特徴づけられる別の実施例によ
って集積回路電圧分割器に対する温度効果が補償でき
る。 【００１０】本発明の１つの実施例についてここに図面
を参照しながら詳細に説明する。 【００１１】 【実施例】図１に示された電圧分割器は２つの部分抵抗
Ｒ１及びＲ２を含んでおり、それぞれ個別抵抗Ｒ１．１
ないしＲ１．６及びＲ２．１ないしＲ２．６を直列回路
として組み合わされている。この図のような表現は浮遊
容量を描写するために選ばれたのであるが、浮遊容量は
別々になった個別要素として存在するのではなく、分布
して存在する。図１においてそれらの浮遊容量は、それ
ぞれ個別のコンデンサＣ１．１ないしＣ１．５及びＣ
２．１ないしＣ２．５として部分抵抗Ｒ１及びＲ２に対
して割り当てられるものとして認識されている。分割さ
れるべき電圧はこの電圧分割器の入力１とＧＮＤへつな
がれた点２との間へ供給される。分割された電圧は出力
３から取り出される。 【００１２】個別的な抵抗Ｒ１．１ないしＲ１．６及び
Ｒ２．１ないしＲ２．６は、図２中の断面から明らかな
ように多結晶シリコンの線分の形状を有する。部分抵抗
Ｒ１及びＲ２を構成するように個々の線分を接続するこ
とは集積回路技術において一般的に実施されているよう
な適当なパターンに整形した金属化層を線分上に設ける
ことによって行われる。分かりやすくするために、この
金属化層は図面に示していない。接続は破線によって単
に模式的に示してある。 【００１３】図２から明らかなように、部分抵抗Ｒ１及
びＲ２の個別抵抗は半導体基板５の表面に取り付けられ
た多結晶シリコンの薄い層４の上に設けられている。こ
の半導体基板５は例えばＰ形伝導のシリコンを含んでい
る。部分抵抗Ｒ１を構成する線分の下側及び部分抵抗Ｒ
２を構成する線分の下側には、図２から明らかなように
それぞれＮ形伝導のシリコンでできたウエル６及び７が
設けられている。ウエル６は接続用のコンタクト８を経
由して電圧分割器の入力１へつながれ、一方ウエル７は
接続用コンタクト９を経由して電圧分割器のＧＮＤ点２
へつながれている。 【００１４】図２に示されたような電圧分割器におい
て、多結晶シリコンの層４は個別抵抗を構成している線
分の下側に形成される浮遊コンデンサの誘電体の役割を
果たし、個別抵抗の線分は個々の場合についてそれに割
り当てられる浮遊コンデンサの電極板を構成し、他方下
側に位置するウエルはすべての浮遊コンデンサに共通的
な他方の電極板を構成している。図２に示されたような
集積された電圧分割器の伝達特性の周波数依存性を無く
すために、別々の部分抵抗Ｒ１及びＲ２に対して割り当
てられる浮遊コンデンサが、それらの部分抵抗の抵抗値
の逆数に比例した容量を有することが保証される必要が
ある。浮遊コンデンサは個別抵抗を構成する線分の表面
積に正比例するので、周波数補償を達成するための上述
の条件は線分の表面積を変化させることによって満たさ
れる。 【００１５】抵抗値を高精度に実現すること、特に正確
な抵抗値を再現性よく達成することのためには個別抵抗
のために等しい幅の線分を使用する必要があるため、大
きい容量値を必要とする時に、単に幅広い線分を使用す
ることで線分の表面積を増大させるわけにはいかない。
個別抵抗に割り当てられる容量値が抵抗値とは逆に変化
するべきであるという要求は２つの相反する条件を内包
している。小さい抵抗値は短い線分長によって達成でき
るが、しかしこのことは、等しい線分幅を仮定している
ので、それに応じて小さい表面積をもたらし、したがっ
てそれに対応して小さい浮遊容量をもたらすことにな
る。しかし、小さい抵抗値を有する抵抗には周波数補償
の条件を満足するためには大きい容量を有する浮遊容量
が割り当てられる必要がある。このように、必要な大き
い表面積及び大容量を生成する長い抵抗体の線分をいく
つかの個別抵抗に分割することによって小さい抵抗値が
達成され、また望みの小さい抵抗値をもたらすための適
当な並列接続を施すことによって小さい抵抗値が達成さ
れる。電圧分割器中で高い抵抗値を有する部分抵抗は自
動的にそれを構成するために長い線分を必要とするた
め、必然的により大きい容量が付随することになる。よ
り大きい部分抵抗中のこの浮遊容量を減らすことは不可
能であるため、集積された電圧分割器を実際に整形する
場合には、より大きい部分抵抗から出発して、より小さ
い部分抵抗を構成するためには個々の線分を並列接続す
ることを行って望みの周波数補償が達成されている。 【００１６】図２に示されたような集積された電圧分割
器において、部分抵抗Ｒ１に割り当てられるウエル６は
入力１へつながれ、分割されるべき電圧がそこへ供給さ
れる。このように、ウエル６と基板５との間に入力１に
並列的に不可避な容量が存在し、それは周波数補償には
何の効果も持たず、単に分割されるべき電圧源に対する
容量性の負荷を構成する。部分抵抗Ｒ２へ割り当てられ
るウエル７をＧＮＤへ接続することによってウエル７と
基板との間の容量は短絡され、したがってここでもまた
それは周波数補償には何の効果も持たない。 【００１７】図３は既述の集積された電圧分割器の配置
を示す。この配置から部分抵抗Ｒ１及びＲ２の線分の道
筋が明かである；回路中の各点をつなぐ金属化層は示さ
れていない。 【００１８】図示のように、部分抵抗Ｒ１は電圧分割器
によって占有される表面エリアの中央領域に配置されて
いる。部分抵抗Ｒ２を構成する線分はこの中央領域を取
り囲んでいる。部分抵抗の線分がこのような道筋を取る
ため、１つの方向とそれに対して直交する１つの方向と
で部品の数はおよそ等しい。この配置が選ばれたのには
いくつかの理由がある。部分抵抗Ｒ２を構成する線分が
部分抵抗Ｒ１の両側に配置されているという事実によっ
て、この電圧分割器の温度補償が達成される。例えば、
図３に示したように部分抵抗Ｒ１の右側に位置する部分
抵抗Ｒ２の領域が左側の領域よりも高い温度になったと
すると、部分抵抗Ｒ１が平均の温度を有するということ
で、温度の電圧分割器の電気的パラメータに及ぼす影響
は互いに打ち消し合う。１つの方向とそれに直交する方
向とにちょうど同数の線分を設けることによって機械的
応力に対する補償が得られる。それは、そのような構成
であれば機械的応力が印加された時の引っ張り応力に曝
される線分の数と圧縮応力に曝される線分の数とがほぼ
等しくなるからである。 【００１９】分割器抵抗を構成する線分の表面エリアを
整形することによって周波数補償を達成する可能性につ
いての上述の議論は数学的には正しい。しかし、実際の
場面において、上でも仮定したように等しい幅の線分を
使用する場合に、望みのすべての分割器比率に対してこ
のことが正確に達成できるわけではないことを注意して
おく。それにも拘らず、実際の場面で、非常に多くの応
用に完全に適した正確な周波数補償が達成できる。 【００２０】用いられた長い線分のインダクタンスは電
圧分割器の周波数応答には何等影響を与えないので、線
分の部分長は隣合う線分中の電流がそれぞれ互いに逆の
方向に流れるように接続される。これはコイルの二本巻
線の原理に対応している。 【００２１】既述の集積された電圧分割器は周波数補償
されているばかりでなく、温度変化にも、あるいは図３
に示されたような配置に依存した機械的な応力にも不感
である。 【００２２】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）第２の部分抵抗に直列に接続された第１の部分抵
抗を含む集積された電圧分割器であって、そこにおいて
は、分割されるべき電圧が前記２つの部分抵抗の直列接
続された回路の両端間につながれ、分割された電圧が前
記２つの部分抵抗を接続している点に出力されるように
なっており、また前記部分抵抗Ｒ１，Ｒ２が半導体基板
５上に設けられた誘電体層４を覆う多結晶半導体材料の
線分で構成されていること、部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を構成
する各線分の下側の前記半導体基板５中に前記半導体基
板５の伝導形とは逆の伝導形を有するウエル６，７が形
成され、前記第１の部分抵抗Ｒ１に割り当てられる前記
ウエル６が前記直列回路の一端へつながれ、前記第２の
部分抵抗Ｒ２に割り当てられるウエル７が前記直列回路
の他端へつながれ、別々の部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を構成す
る線分の全表面積が、それら面積の比率を２つの部分抵
抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の逆数の比率に等しくする寸法と
なっていることを特徴とする集積された電圧分割器。 【００２３】（２）第１項記載の集積された電圧分割器
であって、前記部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を構成する線分が同
じ幅を持つこと、また線分の部分長を直列的及び並列的
に選択的に接続することによって抵抗値が定義されるこ
とを特徴とする集積された電圧分割器。 【００２４】（３）第１項または第２項記載の集積され
た電圧分割器であって、１つの方向に延びる線分の部分
長の数がその方向に直交する第２の方向に延びる線分の
部分長の数と同じであるように線分が誘電体層上に配置
されていることを特徴とする集積された電圧分割器。 【００２５】（４）第１項から第３項の内の任意の項記
載の集積された電圧分割器であって、前記線分の部分長
が互いに接続されて隣合う線分の部分長中の電流が互い
に逆方向になっていることを特徴とする集積された電圧
分割器。 【００２６】（５）第１項から第４項の内の任意の項記
載の集積された電圧分割器であって、前記１つの部分抵
抗Ｒ１の線分が前記他方の部分抵抗Ｒ２の線分によって
占有された表面エリアを取り囲み、周囲を取り囲まれた
部分抵抗Ｒ２のすべての側面に、取り囲んでいる分割器
抵抗Ｒ１の線分の部分長が同数だけ延びるように、前記
部分抵抗Ｒ１，Ｒ２の線分が前記誘電体層４上に配置さ
れていることを特徴とする集積された電圧分割器。 【００２７】（６）集積された電圧分割器は半導体基板
５上の誘電体層４を覆って取り付けられた多結晶半導体
材料の線分でできた部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を含む。それぞ
れ部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を構成する線分の下側の半導体基
板５中に、半導体基板５の伝導形とは逆の伝導形を有す
るウエルそれぞれ６及び７が形成される。部分抵抗Ｒ
１，Ｒ２を構成する線分の全表面積は、それら面積の比
率が２つの部分抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の逆数の比率に
等しくなるような寸法になっている。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に従う集積された電圧分割器の等価回路
図。 【図２】本発明に従う電圧分割器を収容する集積回路の
一部の模式的側面図。 【図３】本発明に従う集積された電圧分割器の平面図で
あって、分割器抵抗を構成する線分の道筋を示すように
実際に実施された例の平面図。 【符号の説明】 １ 入力 ２ ＧＮＤ ３ 出力 ４ 多結晶シリコン薄膜 ５ 半導体基板 ６ ウエル ７ ウエル ８ コンタクト ９ コンタクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 第２の部分抵抗に直列に接続された第１
   の部分抵抗を含む集積された電圧分割器であって、そこ
   においては、分割されるべき電圧が前記２つの部分抵抗
   の直列接続された回路の両端間につながれ、分割された
   電圧が前記２つの部分抵抗を接続している点に出力され
   るようになっており、また前記部分抵抗（Ｒ１，Ｒ２）
   が半導体基板（５）上に設けられた誘電体層（４）を覆
   う多結晶半導体材料の線分で構成されていること、部分
   抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を構成する各線分の下側の前記半導
   体基板（５）中に前記半導体基板（５）の伝導形とは逆
   の伝導形を有するウエル（６，７）が形成され、前記第
   １の部分抵抗（Ｒ１）に割り当てられる前記ウエル
   （６）が前記直列回路の一端へつながれ、前記第２の部
   分抵抗（Ｒ２）に割り当てられるウエル（７）が前記直
   列回路の他端へつながれ、別々の部分抵抗（Ｒ１，Ｒ
   ２）を構成する線分の全表面積が、それら面積の比率を
   ２つの部分抵抗（Ｒ１，Ｒ２）の抵抗値の逆数の比率に
   等しくする寸法となっていることを特徴とする集積され
   た電圧分割器。