JP6368572B2 - Constant current circuit - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路で使用されるデプレッション型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを用いる定電流回路に関する。 The present invention relates to a constant current circuit using a depletion type MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor used in a semiconductor integrated circuit.
半導体集積回路では、簡易な構成を有する定電流回路として、デプレッション型MOSトランジスタを用いた定電流回路が使用されている。 In a semiconductor integrated circuit, a constant current circuit using a depletion type MOS transistor is used as a constant current circuit having a simple configuration.
このようなデプレッション型MOSトランジスタを用いた定電流回路の1例として、相互に直列に接続した低耐圧で小電流のデプレッション型MOSトランジスタQ1と高耐圧で大電流のデプレッション型MOSトランジスタQ2に負荷L1を直列に接続して定電流特性を実現する定電流回路が知られている。(特許文献1参照) As an example of such a constant current circuit using a depletion type MOS transistor, a load L1 is applied to a low withstand voltage and small current depletion type MOS transistor Q1 and a high withstand voltage and large current depletion type MOS transistor Q2 connected in series with each other. There is known a constant current circuit that realizes constant current characteristics by connecting the devices in series. (See Patent Document 1)
また、デプレッション型MOSトランジスタを用いた定電流回路の他の1例として、デプレッション型NチャネルMOSトランジスタのゲートとソースを短絡して飽和領域のドレイン電流を制限することにより定電流特性を実現する定電流回路が知られている。デプレッション型NチャネルMOSトランジスタを用いる定電流回路を高耐圧化するには、ドレイン・ソース間に高い電圧が印加されるので、高耐圧に適した構造を有するDMOS(Double Diffused MOS)やDEMOS(Drain Extended MOS)トランジスタを閾値電圧が0Vより低いデプレッション型にして使用する。 As another example of a constant current circuit using a depletion type MOS transistor, a constant current characteristic is realized by limiting the drain current in the saturation region by short-circuiting the gate and the source of the depletion type N channel MOS transistor. Current circuits are known. In order to increase the breakdown voltage of a constant current circuit using a depletion type N-channel MOS transistor, a high voltage is applied between the drain and the source. Therefore, a DMOS (Double Diffused MOS) or DEMOS (Drain) having a structure suitable for a high breakdown voltage is applied. (Extended MOS) transistor is used with a depletion type whose threshold voltage is lower than 0V.
図10は、従来のデプレッション型NチャネルDMOSトランジスタを用いた定電流回路の回路図である。図11は、従来のデプレッション型NチャネルDMOSトランジスタを用いた定電流回路のゲート電圧−ドレイン電流(Vgs−Ids)特性を示す。また、図12は、従来のデプレッション型NチャネルDMOSトランジスタを用いた定電流回路の表面の配置の1例を示す平面図であり、図13は、図12のC−C’断面を示す断面図である。
図12及び図13に示す従来のデプレッション型NチャネルDMOSトランジスタを用いた定電流回路71では、ドレイン88の耐圧を確保するために設けられたフィールド酸化膜87により区切られたソース拡散領域80を含む側で、閾値電圧調整拡散領域84が、ソース拡散領域80を起点として、ボディ拡散領域82の内部でボディ拡散領域82を貫き、更にボディ拡散領域82を越えて、ボディ拡散領域82を囲むドレイン88に隣接するフィールド酸化膜87の端部まで伸長し、伸長するごとに閾値電圧調整拡散領域84の幅員を拡大して形成される。この閾値電圧調整拡散領域84はソース拡散領域80と同一導電型なので、DMOSトランジスタ73の単一の閾値電圧を0V以下とし、DMOSトランジスタ73は、図11のゲート電圧−ドレイン電流(Vgs−Ids)特性を示す。
FIG. 10 is a circuit diagram of a constant current circuit using a conventional depletion type N-channel DMOS transistor. FIG. 11 shows the gate voltage-drain current (Vgs-Ids) characteristics of a constant current circuit using a conventional depletion type N-channel DMOS transistor. 12 is a plan view showing an example of a surface arrangement of a constant current circuit using a conventional depletion type N-channel DMOS transistor, and FIG. 13 is a cross-sectional view showing a CC ′ cross section of FIG. It is.
The conventional constant
現在、上述のデプレッション型MOSトランジスタ用いた定電流回路を備える半導体集積回路を搭載する電子機器について、環境に配慮するための省電力化、及び電気料金節約するために消費電力の低減による製品の差別化が求められている。特に近年は、電子機器の不使用状態あるいは待機状態における電力消費についても、低消費電力化を実現するという厳しい要求がある。例えば、電子機器が待機状態にあって、電子機器自体の状態あるいは周囲環境を監視するために必要最低限の回路を動作させる場合にも、できるだけ低い消費電力とする必要がある。このため、半導体集積回路に使用される上述のデプレッション型MOSトランジスタを用いた定電流回路についても設定電流の低減が求められている。 At present, for electronic devices equipped with a semiconductor integrated circuit having a constant current circuit using a depletion type MOS transistor as described above, product discrimination by reducing power consumption in order to save electricity and save electricity charges. Is required. In particular, in recent years, there is a strict demand for realizing low power consumption even when the electronic device is in a non-use state or a standby state. For example, even when the electronic device is in a standby state and the minimum necessary circuit is operated to monitor the state of the electronic device itself or the surrounding environment, it is necessary to reduce the power consumption as much as possible. For this reason, reduction of the set current is also demanded for the constant current circuit using the above-described depletion type MOS transistor used in the semiconductor integrated circuit.
特許文献1に記載される定電流回路では、低耐圧で小電流のデプレッション型MOSトランジスタQ1と高耐圧で大電流のデプレッション型MOSトランジスタQ2のそれぞれのゲート長の寸法とゲート幅の寸法を最適に組み合わせて定電流特性を実現する。しかしながら、ゲート長の寸法とゲート幅の寸法の組み合わせが不適当であると、電流が流れない場合が生じる。また、デザインルール上の制約からそれぞれのMOSトランジスタQ1、Q2を必要な寸法に製造することができず、定電流回路の設定電流値を所望の値にすることができない場合が生じる。
In the constant current circuit described in
また、特許文献1に記載される定電流回路では、デプレッション型MOSトランジスタの閾値電圧は一般的には、−1V<Vth<0Vであり、Vds1も数百mVに設定することになる。しかしながら、この領域はMOSトランジスタの線形領域から飽和領域に変わる領域に相当し、Vdsの変化に対するIdsの変化が大きいので、製造バラツキに対して電気特性の変動が大きな定電流回路となる可能性がある。
上述のように、特許文献1に記載される定電流回路では、それぞれのMOSトランジスタQ1、Q2の寸法を制御して製造し、定電流回路の設定電流を所望の値に低減することは困難である。
In the constant current circuit described in
As described above, the constant current circuit described in
他方、定電流回路に用いられる一般的な低耐圧のデプレッション型NチャネルMOSトランジスタでは、ドレイン領域とソース領域のチャネル幅は等しく、最小チャネル幅は、ドレイン及びソース拡散領域に設けるコンタクトサイズとその周囲を囲む拡散領域の大きさによって決まる。
しかしながら、デプレッション型NチャネルMOSトランジスタを用いた定電流回路を高耐圧回路に適用する際には、高耐圧回路に使用されるデプレッション型NチャネルDMOSトランジスタについて、低耐圧回路に使用されるデプレッション型NチャネルMOSトランジスタと比較して、各拡散領域の間あるいは拡散領域とメタルコンタクト層間の間隔を広げて電界を緩和して高電界が生じないようにする必要がある。このため、高耐圧回路に使用されるデプレッション型DMOSトランジスタでは、ドレイン領域はソース領域と比較して広くなり、ドレイン側のチャネル幅は、ソース側のチャネル幅より広くなるので、ソース拡散領域を最小ルールで製作しても、実効チャネル幅は、ソース側よりもドレイン側の影響を受けて飽和電流が大きくなる。すなわち、高耐圧回路に使用されるデプレッション型DMOSトランジスタは、最少寸法で設計及び製作されても、低耐圧回路に使用されるデプレッション型MOSトランジスタと比較して、寸法が大型化し、設定される電流も大きくなる。
このように、デプレッション型NチャネルDMOSトランジスタを用いた定電流回路においては、高耐圧条件を充たしながら設定電流を低減することは困難である。
On the other hand, in a general low-voltage depletion type N-channel MOS transistor used in a constant current circuit, the channel width of the drain region and the source region is equal, and the minimum channel width is the contact size provided in the drain and source diffusion regions and the surrounding area. Is determined by the size of the diffusion region surrounding the.
However, when a constant current circuit using a depletion type N channel MOS transistor is applied to a high voltage circuit, the depletion type N channel DMOS transistor used in the high voltage circuit is a depletion type N used in the low voltage circuit. Compared with the channel MOS transistor, it is necessary to widen the distance between the diffusion regions or between the diffusion regions and the metal contact layer to relax the electric field so that a high electric field does not occur. Therefore, in a depletion type DMOS transistor used in a high voltage circuit, the drain region is wider than the source region, and the channel width on the drain side is wider than the channel width on the source side. Even if manufactured by the rule, the effective channel width is affected by the drain side rather than the source side, and the saturation current becomes larger. That is, even if the depletion type DMOS transistor used in the high voltage circuit is designed and manufactured with the minimum dimensions, the size is increased and the set current is reduced as compared with the depletion type MOS transistor used in the low voltage circuit. Also grows.
Thus, in the constant current circuit using the depletion type N-channel DMOS transistor, it is difficult to reduce the set current while satisfying the high withstand voltage condition.
本発明は、デプレッション型DMOSトランジスタを用いて、高耐圧で、厳しい寸法精度の管理を必要とせず、設定電流を低減することが可能な定電流回路を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a constant current circuit that uses a depletion type DMOS transistor, has a high withstand voltage, does not require strict dimensional accuracy management, and can reduce a set current.
上記課題を解決するために、本発明の定電流回路は、半導体層の主面にデプレッション型DMOSトランジスタを有する定電流回路であって、前記デプレッション型DMOSトランジスタが、前記主面に設けられるソース拡散領域と、前記ソース拡散領域の外側に設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と反対の導電型を有するボディ拡散領域と、前記ボディ拡散領域の外側に設けられるフィールド酸化膜と、前記フィールド酸化膜により絶縁して設けられるドレイン拡散領域と、前記ソース拡散領域を起点として、前記ボディ拡散領域内の一部において前記ボディ拡散領域を貫いて、ストリップ状に前記フィールド酸化膜の端部の近傍まで伸長して設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域と、前記ボディ拡散領域と前記閾値電圧調整拡散領域の表面に形成されるゲート酸化膜の上に設けられるゲート電極を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a constant current circuit of the present invention is a constant current circuit having a depletion type DMOS transistor on a main surface of a semiconductor layer, wherein the depletion type DMOS transistor is provided on the main surface. A region, a body diffusion region provided outside the source diffusion region and having a conductivity type opposite to that of the source diffusion region, a field oxide film provided outside the body diffusion region, and the field oxide film A drain diffusion region provided by insulation with the source diffusion region and a part of the body diffusion region extending from the source diffusion region to the vicinity of the end portion of the field oxide film through the body diffusion region. A threshold voltage adjusting diffusion region having the same conductivity type as that of the source diffusion region, Serial characterized in that it comprises a gate electrode provided on the gate oxide film formed in the body diffusion region and the surface of the threshold voltage adjustment diffusion region.
本発明の定電流回路は、前記閾値電圧調整拡散領域が、前記ソース拡散領域を起点としてボディ拡散領域を越えて、ドレインフィールド酸化膜の両端部の近傍までストリップ状に伸長して設けられることを特徴としても良い。 In the constant current circuit of the present invention, the threshold voltage adjusting diffusion region is provided to extend in a strip shape from the source diffusion region to the vicinity of both ends of the drain field oxide film, beyond the body diffusion region. It is good as a feature.
本発明の定電流回路において、前記ソース拡散領域、前記閾値電圧調整拡散領域と前記ボディ拡散領域の両領域、及び前記ドレイン拡散領域を通電経路とする前記デプレッション型DMOSトランジスタは、前記ソース拡散領域と前記ドレイン拡散領域との間に、前記ソース拡散領域、前記ソース拡散領域の導電型と同一の導電型を有する前記閾値電圧調整拡散領域、及び前記ドレイン拡散領域を通電経路とする部分通電経路デプレッション型DMOSトランジスタと、前記ソース拡散領域、前記ソース拡散領域の導電型と反対の導電型を有する前記ボディ拡散領域、及び前記ドレイン拡散領域を通電経路とする部分通電経路エンハンスメント型DMOSトランジスタが電気的に並列に接続されることにより、前記部分通電経路デプレッション型DMOSトランジスタと前記部分通電経路エンハンスメント型DMOSトランジスタとが一体となって形成されることを特徴とする。 In the constant current circuit of the present invention, the depletion type DMOS transistor using the source diffusion region , both the threshold voltage adjustment diffusion region and the body diffusion region, and the drain diffusion region as a conduction path includes the source diffusion region, Partial conduction path depletion type with the source diffusion area , the threshold voltage adjustment diffusion area having the same conductivity type as that of the source diffusion area, and the drain diffusion area as a conduction path between the drain diffusion area and the drain diffusion area and DMOS transistors, the source diffusion region, opposite the body diffusion region having a conductivity type electrically, and the drain diffusion region a partial current path enhancement instrument type DMOS transistor to conduction paths electrically conductive type of the source diffusion region the Rukoto connected in parallel, the partial current path Depuressho -Type DMOS transistor and the partial current path enhancement type DMOS transistor is being formed integrally.
また、本発明の定電流回路は、半導体層の主面にデプレッション型DMOSトランジスタを有する定電流回路であって、前記デプレッション型DMOSトランジスタが、前記主面に設けられるソース拡散領域と、前記ソース拡散領域の外側に設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と反対の導電型を有するボディ拡散領域と、前記ボディ拡散領域の外側に設けられるドレイン拡散領域と、前記ソース拡散領域を起点として、前記ボディ拡散領域内の一部において前記ボディ拡散領域を貫いて、ストリップ状に前記ドレイン拡散領域の端部の近傍まで伸長して設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域と、前記ボディ拡散領域と前記閾値電圧調整拡散領域の表面に形成されるゲート酸化膜の上に設けられるゲート電極を備えることを特徴とする。 The constant current circuit of the present invention is a constant current circuit having a depletion type DMOS transistor on a main surface of a semiconductor layer, wherein the depletion type DMOS transistor includes a source diffusion region provided on the main surface, and the source diffusion A body diffusion region provided outside the region and having a conductivity type opposite to that of the source diffusion region; a drain diffusion region provided outside the body diffusion region; and the body starting from the source diffusion region A threshold voltage that extends through the body diffusion region in a part of the diffusion region and extends in a strip shape to the vicinity of the end of the drain diffusion region and has the same conductivity type as that of the source diffusion region Provided on the adjustment diffusion region and the gate oxide film formed on the surface of the body diffusion region and the threshold voltage adjustment diffusion region Characterized in that it comprises a gate electrode.
本発明のデプレッション型DMOSトランジスタを備える定電流回路では、ゲート電極直下のボディ拡散領域の内部にボディ拡散領域を貫いて、ソース拡散領域と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域をストリップ状(短冊状)に設けるので、耐圧確保のために各要素の間の寸法を大きくしたり、あるいは製造精度上の問題から各要素の寸法が変動しても、ゲート電極直下のチャネル幅と飽和電流を制御して、設定定電流値を精度良く低減することが可能な定電流回路を提供することができる。 In the constant current circuit having the depletion type DMOS transistor of the present invention, the threshold voltage adjustment diffusion region having the same conductivity type as the source diffusion region is formed in a strip shape (through the body diffusion region directly under the gate electrode). (Strip shape), the channel width and saturation current directly under the gate electrode can be reduced even if the dimension between each element is increased to ensure withstand voltage, or the dimension of each element fluctuates due to problems in manufacturing accuracy. It is possible to provide a constant current circuit that can be controlled to accurately reduce the set constant current value.
以下、本発明の定電流回路を図面に基づいて説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る定電流回路の表面の配置を示す平面図であり、図2は、図1のA−A’断面を示す断面図である。
第1の実施形態に係る定電流回路1では、図2に示すように、半導体基板6に埋め込み層7が設けられ、埋め込み層の上にエピタキシャル層8が設けられ、半導体層が積層される。そして、この積層された半導体層の中で表面に配置された半導体層8の主面に、デプレッション型DMOSトランジスタ3が形成される。
The constant current circuit of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of the surface of the constant current circuit according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the AA ′ cross section of FIG.
In the constant
第1の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタ3は、ソース拡散領域10、ボディコンタクト拡散領域11、ボディ拡散領域12、閾値電圧調整拡散領域14、ゲート酸化膜15、ゲート電極16、フィールド酸化膜17、及びドレイン拡散領域18を備える。
The depletion
ソース拡散領域10は、上述の半導体層8の主面に設けられる。
ボディコンタクト拡散領域11は、該ソース拡散領域10の導電型と反対の導電型を有し、半導体層の主面にソース拡散領域10と隣接して設けられる。
ソース拡散領域10と電気的に接続してソース拡散領域10の上に、図示しないソース端子が、設けられる。そして、ソース拡散領域10とボディコンタクト拡散領域11は、このソース端子により短絡される。ソース端子は、例えば、半導体集積回路の配線層に使用されるアルミニウム等の金属により形成される。
The
Body
A source terminal (not shown) is provided on the
ボディ拡散領域12は、半導体層の主面に設けられ、ソース拡散領域10と反対の導電型を有する。ボディ拡散領域12は、ゲート電極16に電圧を印加することにより、ゲート電極16の直下の表面にソース拡散領域10と同一の導電型の反転層を誘起する。これにより、ボディ拡散領域12は、ソース拡散領域10とドレイン拡散領域18と共に、エンハンスメント型DMOSトランジスタの一部となる。
ボディ拡散領域12の一部に、ソース拡散領域10と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域14が設けられる。閾値電圧調整拡散領域14は、ソース拡散領域10とドレイン拡散領域18と共に、デプレッション型DMOSトランジスタの一部となる。
ボディ拡散領域12と閾値電圧調整拡散領域14については、後で詳しく記載する。
A threshold voltage
The
フィールド酸化膜17は、ドレインの耐圧を確保するために、ボディ拡散領域12の外側に設けられる。ドレイン拡散領域18は、フィールド酸化膜17の外側に設けられる。
閾値電圧調整拡散領域14は、表面に配置される半導体層8の主面に形成され、ソース拡散領域10の導電型と同一の導電型を有する。閾値電圧調整拡散領域14は、ソース拡散領域10を起点として、ボディ拡散領域12の内部の一部でボディ拡散領域12を貫き、更にボディ拡散領域12を越えて、ドレインフィールド酸化膜17の端部の近傍までストリップ状(短冊状)に伸長して形成される。
The threshold voltage
ゲート電極16は、ボディ拡散領域12と閾値電圧調整拡散領域14の表面に形成されたゲート酸化膜15の上に設けられる。ゲート電極16に印加する電圧を変化することにより、ゲート電極16は、ゲート電極16の直下のボディ拡散領域12と閾値電圧調整拡散領域14のいずれか一方あるいは両方にチャネルを誘起し又は消滅させる。
The
ゲート電極16の直下でボディ拡散領域12の一部に閾値電圧調整拡散領域14が形成される領域とゲート電極16の直下でボディ拡散領域12のみが形成される領域は、ソース拡散領域10、ゲート電極16、及びドレイン拡散領域18と共に、それぞれ閾値電圧の異なるDMOSトランジスタとして動作する。
The region where the threshold voltage
すなわち、ゲート電極16の直下でボディ拡散領域12の一部に閾値電圧調整拡散領域14が形成される領域は、ソース拡散領域10、ゲート電極16、及びドレイン拡散領域18と共に、閾値電圧(VTA)のデプレッション型DMOSトランジスタの一部として動作する。
また、ゲート電極16の直下でボディ拡散領域12のみが形成される領域は、ソース拡散領域10、ゲート電極16、及びドレイン拡散領域18と共に、閾値電圧(VTB)のエンハンスメント型DMOSトランジスタとしての一部として動作する。
That is, the region where the threshold voltage
A region where only the
本発明のデプレッション型DMOSトランジスタでは、ゲート電極16の直下でボディ拡散領域12の一部にストリップ(短冊)状の閾値電圧調整拡散領域14が形成される。閾値電圧調整拡散領域14は、ストリップ(短冊)状に形成されるので幅が狭い。他方、閾値電圧調整拡散領域14が形成されずボディ拡散領域12のみが形成される領域は、幅が広い。
In the depletion type DMOS transistor of the present invention, a strip-shaped threshold voltage
これにより、本発明のデプレッション型DMOSトランジスタは、閾値電圧調整拡散領域を導電路としてチャネル幅が狭く閾値電圧がVTAのデプレッション型MOSトランジスタとボディ拡散領域のみを導電路としてチャネル幅が広く閾値電圧がVTBのエンハンスメント型MOSトランジスタを実質的に並列に接続した構成となる。 As a result, the depletion type DMOS transistor of the present invention has a wide channel width and a wide threshold voltage using only the depletion type MOS transistor having the threshold voltage adjustment diffusion region as the conductive path and the channel width being narrow and the threshold voltage being VTA and the body diffusion region as the conductive path. A VTB enhancement-type MOS transistor is connected substantially in parallel.
なお、第1の実施形態に係るDMOSトランジスタが、デプレッション型NチャネルDMOSトランジスタの場合には、並列接続されるデプレッション型DMOSトランジスタの閾値電圧(VTA)が0V以下で、且つ並列接続されるエンハンスメント型DMOSトランジスタの閾値電圧(VTB)が0V以上で、閾値電圧(VTA)<閾値電圧(VTB)とする。
他方、第1の実施形態に係るDMOSトランジスタが、デプレッション型PチャネルDMOSトランジスタの場合には、並列接続されるデプレッション型DMOSトランジスタの閾値電圧(VTA)が0V以上で、且つ並列接続されるエンハンスメント型DMOSトランジスタの閾値電圧(VTB)が0V以下で、閾値電圧(VTA)>閾値電圧(VTB)とする。
本明細書では、NチャネルとPチャネルのいずれかを特定しない場合には、Nチャネルを例として記載する。
When the DMOS transistor according to the first embodiment is a depletion type N-channel DMOS transistor, the threshold voltage (VTA) of the depletion type DMOS transistor connected in parallel is 0 V or less and the enhancement type is connected in parallel. The threshold voltage (VTB) of the DMOS transistor is 0 V or more, and the threshold voltage (VTA) <the threshold voltage (VTB).
On the other hand, when the DMOS transistor according to the first embodiment is a depletion type P-channel DMOS transistor, the threshold voltage (VTA) of the depletion type DMOS transistor connected in parallel is 0 V or more and the enhancement type is connected in parallel. The threshold voltage (VTB) of the DMOS transistor is 0 V or less, and the threshold voltage (VTA)> the threshold voltage (VTB).
In the present specification, when one of the N channel and the P channel is not specified, the N channel is described as an example.
図3は、本発明の第1の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタのゲート電圧−ドレイン電流(Vgs−Ids)特性を示す。図3に示すように、本発明のデプレッション型DMOSトランジスタのゲート電圧−ドレイン電流(Vgs−Ids)特性は、閾値電圧VTAとVTBで2カ所の変曲点を有する。 FIG. 3 shows the gate voltage-drain current (Vgs-Ids) characteristics of the depletion type DMOS transistor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the gate voltage-drain current (Vgs-Ids) characteristic of the depletion type DMOS transistor of the present invention has two inflection points at the threshold voltages VTA and VTB.
上述のように構成された本発明のデプレッション型DMOSトランジスタは、エンハンスメント型MOSトランジスタの閾値電圧(VTB)よりも低いゲート・ソース間電圧を印加した場合と、該閾値電圧(VTB)よりも高いゲート・ソース間電圧を印加した場合で実効チャネル幅が大きく異なり、各々の場合の飽和電流も大きく異なる。
ゲートとソースの間の電圧が閾値電圧(VTB)以下では、実効チャネル幅は、閾値電圧調整拡散領域14の幅とほぼ等しくなるため飽和電流が少なく、ゲートとソースの間の電圧が閾値電圧(VTB)を超えると、閾値電圧調整拡散領域が存在しないボディ拡散領域12のみが形成される領域まで実行チャネル幅が拡大するので飽和電流が増加する。
The depletion type DMOS transistor of the present invention configured as described above includes a case where a gate-source voltage lower than the threshold voltage (VTB) of the enhancement type MOS transistor is applied and a gate higher than the threshold voltage (VTB).・ Effective channel width varies greatly when source-to-source voltage is applied, and saturation current in each case also varies greatly.
When the voltage between the gate and the source is equal to or lower than the threshold voltage (VTB), the effective channel width is almost equal to the width of the threshold voltage adjusting
したがって、第1の実施形態に係るDMOSトランジスタのゲートとソースの間の電圧をデプレッション型DMOSトランジスタの閾値電圧(VTA)より高く、かつ閾値電圧(VTB)より低い電圧にすることで、従来のデプレッション型DMOSトランジスタを備える定電流回路よりも低い定電流値を設定することが可能な定電流回路を実現することができる。 Therefore, the voltage between the gate and the source of the DMOS transistor according to the first embodiment is made higher than the threshold voltage (VTA) of the depletion type DMOS transistor and lower than the threshold voltage (VTB), thereby reducing the conventional depletion. A constant current circuit capable of setting a constant current value lower than that of a constant current circuit including a type DMOS transistor can be realized.
本発明の第1の実施形態を別の観点から記載すると、本発明の第1の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタを備える定電流回路では、ゲート電極直下のボディ拡散領域の内部にボディ拡散領域を貫いてフィールド酸化膜の端部の近傍まで、ソース拡散領域と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域をストリップ状(短冊状)に設けるので、定電流源として使用するデプレッション型DMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧が、並列に接続されるデプレッション型DMOSトランジスタの閾値電圧よりも高く、並列に接続されるエンハンスメント型DMOSトランジスタの閾値電圧より低い範囲において、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅と実質的に等しくして、ドレイン側のチャネル幅がソース側のチャネル幅より広がらないようにすることで、従来よりも低い定電流値を設定することが可能になる。 The first embodiment of the present invention will be described from another viewpoint. In the constant current circuit including the depletion type DMOS transistor according to the first embodiment of the present invention, the body diffusion region is provided inside the body diffusion region immediately below the gate electrode. Since the threshold voltage adjustment diffusion region having the same conductivity type as the source diffusion region is provided in a strip shape (strip shape) to the vicinity of the end portion of the field oxide film through the gate electrode, the depletion type DMOS transistor used as a constant current source is provided. In the range where the gate-source voltage is higher than the threshold voltage of the depletion type DMOS transistor connected in parallel and lower than the threshold voltage of the enhancement type DMOS transistor connected in parallel, the channel width on the drain side is the channel on the source side. Substantially equal to the width, the channel width on the drain side is the source side Being not spread than the channel width, it is possible to set a lower than conventional constant current value.
図4は、閾値電圧調整拡散領域以外について同一寸法で作成した本発明の第1の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタと従来のデプレッション型DMOSトランジスタについて、それぞれのゲートとソースの間の電圧を0Vとしてドレインとソースの間の電圧を変えてドレイン電流を測定した結果を示す図である。図4の測定結果は、本発明の第1の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタでは、従来のデプレッション型DMOSトランジスタと比較して、ドレイン電流が1/10以下に低減されることを示す。 FIG. 4 shows the voltage between the gate and the source of the depletion type DMOS transistor according to the first embodiment of the present invention and the conventional depletion type DMOS transistor prepared with the same dimensions except for the threshold voltage adjustment diffusion region. It is a figure which shows the result of having measured the drain current, changing the voltage between a drain and a source. The measurement result of FIG. 4 shows that the drain current is reduced to 1/10 or less in the depletion type DMOS transistor according to the first embodiment of the present invention as compared with the conventional depletion type DMOS transistor.
本発明の第1の実施形態に係る定電流回路では、デプレッション型DMOSトランジスタを用いて、高耐圧で設定電流を低減することが可能な定電流回路を提供することが可能となる。本発明の第1の実施形態では、定電流値を10μA以下に低減して設定することができる。 In the constant current circuit according to the first embodiment of the present invention, it is possible to provide a constant current circuit capable of reducing the set current with a high breakdown voltage using a depletion type DMOS transistor. In the first embodiment of the present invention, the constant current value can be set to be reduced to 10 μA or less.
上述のように、本発明の第1の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタを備える定電流回路では、ゲート電極直下のボディ拡散領域の内部にボディ拡散領域を貫いてフィールド酸化膜の端部の近傍まで、ソース拡散領域と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域をストリップ状(短冊状)に設けるので、耐圧確保のために各要素の間の寸法を大きくしたり、あるいは製造精度上の問題から各要素の寸法が変動しても、ゲート電極直下のチャネル幅と飽和電流を制御して、定電流回路の設定定電流値を精度良く低減することが可能になる。 As described above, in the constant current circuit including the depletion type DMOS transistor according to the first embodiment of the present invention, the vicinity of the end portion of the field oxide film penetrates the body diffusion region inside the body diffusion region directly under the gate electrode. Until now, the threshold voltage adjustment diffusion region having the same conductivity type as the source diffusion region is provided in a strip shape (strip shape). Therefore, even if the dimensions of each element fluctuate, it is possible to control the channel width and saturation current immediately below the gate electrode, and to accurately reduce the set constant current value of the constant current circuit.
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタを備える定電流回路について記載する。
図5は、第2の実施形態に係る定電流回路の表面の配置を示す平面図である。
図6は、図5に図示される第2の実施形態に係る定電流回路のB−B’断面を示す断面図である。
図5及び図6に示すように、第2の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタにおいては、閾値電圧調整拡散領域34は、ソース拡散領域10の導電型と同一の導電型を有し、ソース拡散領域10を起点としてボディ拡散領域12の両側に伸びボディ拡散領域12を越えて、フィールド酸化膜17の端部の近傍までストリップ状(短冊状)に伸びる。
[Second Embodiment]
A constant current circuit including a depletion type DMOS transistor according to the second embodiment will be described.
FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of the surface of the constant current circuit according to the second embodiment.
FIG. 6 is a sectional view showing a BB ′ section of the constant current circuit according to the second embodiment shown in FIG.
As shown in FIGS. 5 and 6, in the depletion type DMOS transistor according to the second embodiment, the threshold voltage
本発明の第2の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタ33も、閾値電圧調整拡散領域34を導電路としてチャネル幅が狭く閾値電圧がVTAのデプレッション型MOSトランジスタとボディ拡散領域12のみを導電路としてチャネル幅が広く閾値電圧がVTBのエンハンスメント型MOSトランジスタを実質的に並列に接続した構成となる。そして、閾値電圧がVTAと閾値電圧がVTBの間の電圧領域で、並列に接続したチャネル幅が狭く閾値電圧がVTAのデプレッション型MOSトランジスタに導電路が形成される・
The depletion
また、本発明の第2の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタ33を備える定電流回路31では、ゲート電極直下のボディ拡散領域の内部にボディ拡散領域12を貫いてフィールド酸化膜17の両端部の近傍まで、ソース拡散領域10と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域34をストリップ状(短冊状)に設けるので、耐圧確保のために各要素の間の寸法を大きくしたり、あるいは製造精度上の問題から各要素の寸法が変動しても、閾値電圧がVTAと閾値電圧がVTBの間の電圧領域で、ゲート電極16の直下のチャネル幅と飽和電流を制御して、定電流回路の設定定電流値を精度良く低減することが可能になる。
Further, in the constant
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態に係る定電流回路の回路図を示す。図7に示すように、第4の実施形態に係る定電流回路においては、第1〜第3の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタのいずれかのソース端子とゲート端子を短絡し、ドレイン端子の側、もしくはソース端子の側に負荷を直列に接続することにより定電流回路を実現する。
[Third Embodiment]
FIG. 7 shows a circuit diagram of a constant current circuit according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in the constant current circuit according to the fourth embodiment, the source terminal and the gate terminal of any of the depletion type DMOS transistors according to the first to third embodiments are short-circuited, and the drain terminal A constant current circuit is realized by connecting a load in series on the side or the source terminal side.
[第4の実施形態]
図8は、本発明の第4の実施形態に係る定電流回路の回路図を示す。図8に示すように、第5の実施形態に係る定電流回路においては、第1〜第3の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタのいずれかのソース端子とゲート端子の間に抵抗を接続し、ドレイン端子の側、もしくはソース端子の側に負荷を直列に接続することにより定電流回路を実現する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 shows a circuit diagram of a constant current circuit according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, in the constant current circuit according to the fifth embodiment, a resistor is connected between one of the source terminal and the gate terminal of the depletion type DMOS transistor according to the first to third embodiments. A constant current circuit is realized by connecting a load in series to the drain terminal side or the source terminal side.
[第5の実施形態]
図9は、本発明の第5の実施形態に係る定電流回路の回路図を示す。図9に示すように、第6の実施形態に係る定電流回路においては、第1〜第3の実施形態に係るデプレッション型DMOSトランジスタのいずれかのソース端子にダイオードのアノードを接続し、ゲート端子にダイオードのカソードを接続し、ドレイン端子の側、もしくはソース端子の側に負荷を直列に接続することにより定電流回路を実現する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 9 shows a circuit diagram of a constant current circuit according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, in the constant current circuit according to the sixth embodiment, the anode of the diode is connected to one of the source terminals of the depletion type DMOS transistors according to the first to third embodiments, and the gate terminal The constant current circuit is realized by connecting the cathode of the diode to the drain terminal and connecting the load in series to the drain terminal side or the source terminal side.
1、31、71:定電流回路
3、33、73:デプレッション型DMOSトランジスタ
6、76:半導体基板
7、77:埋め込み層
8、78:エピタキシャル層
10、80:ソース拡散領域
11、81:ボディコンタクト拡散領域
12、82:ボディ拡散領域
14、34、84:閾値電圧調整拡散領域
15、85:ゲート酸化膜
16、86;ゲート電極
17、87:フィールド酸化膜
18、88:ドレイン拡散領域
20、40、90:チャネル領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記デプレッション型DMOSトランジスタが、
前記主面に設けられるソース拡散領域と、
前記ソース拡散領域の外側に設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と反対の導電型を有するボディ拡散領域と、
前記ボディ拡散領域の外側に設けられるフィールド酸化膜と、
前記フィールド酸化膜により絶縁して設けられるドレイン拡散領域と、
前記ソース拡散領域を起点として、前記ボディ拡散領域内の一部において前記ボディ拡散領域を貫いて、ストリップ状に前記フィールド酸化膜の端部の近傍まで伸長して設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域と、
前記ボディ拡散領域と前記閾値電圧調整拡散領域の表面に形成されるゲート酸化膜の上に設けられるゲート電極を備えることを特徴とする定電流回路。 A constant current circuit having a depletion type DMOS transistor on a main surface of a semiconductor layer,
The depletion type DMOS transistor is
A source diffusion region provided on the main surface;
A body diffusion region provided outside the source diffusion region and having a conductivity type opposite to that of the source diffusion region;
A field oxide film provided outside the body diffusion region;
A drain diffusion region provided by being insulated by the field oxide film;
Starting from the source diffusion region, a part of the body diffusion region extends through the body diffusion region and extends in the form of a strip to the vicinity of the end of the field oxide film. A threshold voltage adjustment diffusion region having the same conductivity type as the mold;
A constant current circuit comprising a gate electrode provided on a gate oxide film formed on surfaces of the body diffusion region and the threshold voltage adjustment diffusion region.
前記ソース拡散領域と前記ドレイン拡散領域との間に、
前記ソース拡散領域、前記ソース拡散領域の導電型と同一の導電型を有する前記閾値電圧調整拡散領域、及び前記ドレイン拡散領域を通電経路とする部分通電経路デプレッション型DMOSトランジスタと、
前記ソース拡散領域、前記ソース拡散領域の導電型と反対の導電型を有する前記ボディ拡散領域、及び前記ドレイン拡散領域を通電経路とする部分通電経路エンハンスメント型DMOSトランジスタが電気的に並列に接続されることにより、前記部分通電経路デプレッション型DMOSトランジスタと前記部分通電経路エンハンスメント型DMOSトランジスタとが一体となって形成されることを特徴とする請求項1又は2記載の定電流回路。 The depletion type DMOS transistor using the source diffusion region, both the threshold voltage adjustment diffusion region and the body diffusion region, and the drain diffusion region as a conduction path,
Between the source diffusion region and the drain diffusion region,
A partial conduction path depletion type DMOS transistor having the source diffusion region , the threshold voltage adjustment diffusion region having the same conductivity type as that of the source diffusion region, and the drain diffusion region as a conduction path ;
The source diffusion region, the body diffusion region having a conductivity type opposite to the conductivity type of the source diffusion region, and a partial current path enhancement instrument type DMOS transistor to the current path of the drain diffusion region is electrically connected in parallel 3. The constant current circuit according to claim 1 , wherein the partial energization path depletion type DMOS transistor and the partial energization path enhancement type DMOS transistor are integrally formed .
前記デプレッション型DMOSトランジスタが、
前記主面に設けられるソース拡散領域と、
前記ソース拡散領域の外側に設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と反対の導電型を有するボディ拡散領域と、
前記ボディ拡散領域の外側に設けられるドレイン拡散領域と、
前記ソース拡散領域を起点として、前記ボディ拡散領域内の一部において前記ボディ拡散領域を貫いて、ストリップ状に前記ドレイン拡散領域の端部の近傍まで伸長して設けられ、前記ソース拡散領域の導電型と同一の導電型を有する閾値電圧調整拡散領域と、
前記ボディ拡散領域と前記閾値電圧調整拡散領域の表面に形成されるゲート酸化膜の上に設けられるゲート電極を備えることを特徴とする定電流回路。 A constant current circuit having a depletion type DMOS transistor on a main surface of a semiconductor layer,
The depletion type DMOS transistor is
A source diffusion region provided on the main surface;
A body diffusion region provided outside the source diffusion region and having a conductivity type opposite to that of the source diffusion region;
A drain diffusion region provided outside the body diffusion region;
Starting from the source diffusion region, a part of the body diffusion region extends through the body diffusion region and extends in the form of a strip to the vicinity of the end of the drain diffusion region. A threshold voltage adjustment diffusion region having the same conductivity type as the mold;
A constant current circuit comprising a gate electrode provided on a gate oxide film formed on surfaces of the body diffusion region and the threshold voltage adjustment diffusion region.
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