JPH02143554A - 抵抗分圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術（第８図〜第９図） Ｄ発明が解決しようとする問題点（第８図〜第１３図） Ｅ問題点を解決するための手段（第１図〜第３図）Ｆ作
用（第１図〜第３図） Ｇ実施例（第１図〜第７図） Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明は抵抗分圧回路に関し、特にｒｃチップ上に拡散
抵抗で形成したものに適用して好適なものであ、る。

Ｂ発明の概要 本発明は、拡散抵抗でなる抵抗分圧回路において、島領
域中に形成した抵抗領域の第１の抵抗の抵抗形状に等し
い抵抗形状の第２の抵抗を島領域に形成し得るようにし
たことにより、抵抗領域の抵抗端部の複数の電極及び抵
抗領域内の任意の位置の電極間に、抵抗端部の複数の電
極の電位による電圧依存性を有効に除去した複数の抵抗
を得ることができる。

Ｃ従来の技術 従来ＩＣチップ上に拡散処理プロセスで形成された抵抗
回路１は、第８図に示すような断面構造を有する。

すなわちこの抵抗回路１において、Ｐ形半導体でなる基
板２上には高濃度Ｎ形埋込み層３が形成され、さらにそ
の上に基板２上に成長させた低濃度Ｎ形エピタキシャル
層４が所定の厚さで形成されている。

この低濃度Ｎ形エピタキシャル層４はアイソレーション
拡散Ｐ形領域５で基板２上の他の回路部分と電気的に分
離されて、例えば平面長方形のいわゆる島領域４Ａを形
成するようになされている。

またこの島領域４Ａの表層には、島領域４Ａと相似な所
定長方形形状でＰ形抵抗領域６が形成され、また島領域
４Ａの表層でＰ形抵抗領域６の近傍には、島領域４Ａを
電気的に導出するための高濃度Ｎ影領域７が形成されて
いる。

さらに島領域４Ａに形成されたＰ形抵抗領域６を含む抵
抗回路１の表面上は酸化膜８で電気的に絶縁され、その
Ｐ形抵抗領域６の両端に対応する位置の酸化膜８が窓明
けされて電８ｉ９．１０が形成されると共に、高濃度Ｎ
影領域７に対応する位置の酸化膜８が窓明けされて電極
１１が設けられ、電極１１を電源ｖｅｃに接続して島領
域４Ａを基板２中の最高電位に保持して、電極９及び１
０間に所定の抵抗を得るようになされている。

なお島領域４Ａ及びＰ形抵抗領域６が逆バイアス状態に
なされたことにより、島領域４Ａ及びＰ形抵抗領域６の
接合部に空乏層重２が形成され、また、この抵抗回路１
の場合、高濃度Ｎ形埋込みＮ３を設けたことにより島領
域４Ａ中を低抵抗とし得るようになされている。

このように拡散によって形成された抵抗回路１は、電気
的に説明すると第９図に示すような等価回路となる。

すなわち、島領域４Ａの電極１１は電源ｖｅｃに接続さ
れ、これにより抵抗回路１の各部の電位は特別な場合を
除いて０〜ｖｃｃ（ｖ）になされている。

従って、Ｐ形抵抗領域６及び島領域４Ａの接合部はバイ
アス電圧Ｖ＠で逆バイアスされており、Ｐ形抵抗領域６
の両端の電極９及び１０間に所定の電圧Ｖを印加し電流
ｉが流れたとすると、抵抗値ｒ　（Ｖｌｌ　（＝　ｖ／
　ｉ　）がバイアス電圧７３時のＰ形抵抗領域６の抵抗
と定義できる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところで、この逆バイアス電圧Ｖ、及び抵抗値ｒ　（Ｖ
ｌｌｌは、第１０図に示すように、逆バイアス電圧ＶＩ
ｌが高くなる程、島領域４Ａ及びＰ形抵抗領域６の接合
部に形成される空乏７１１２が広がることにより抵抗値
ｒ　（ｖゎが上昇という関係を有する。

この現象は抵抗値ｒ　（Ｖｌｌｌが逆バイアス電圧■１
によって変動することを示しており、このような抵抗回
路１を複数用い、この抵抗回路１の抵抗比によって電位
や利得を設定するような分圧抵抗構成の減衰回路や同相
又は反転増幅回路においては、逆バイアス電圧ｖ！ｌの
影響によって電位や利得に誤差が生じたり、また逆バイ
アス電圧Ｖ、と抵抗値ｒ　（Ｖｌｌ）との関係が直線的
でないことにより非線形歪みが発生するという問題があ
った。

例えば第１１図に示すように、島領域４Ａの部分に第１
及び第２のＰ形抵抗領域１５及び１６が形成された抵抗
回路をそれぞれ、演算増幅器２３の反転入力端に対する
入力抵抗及び負帰還抵抗として用いた反転増幅回路２０
では入力電圧Ｖｌによって増幅利得Ａが変動するという
問題がある。

すなわち反転増幅回路２０において、入力電圧Ｖ！は入
力端子２１に入力され、第１のＰ形抵抗領域１５でなる
抵抗２２を介して演算増幅器２３の反転入力端に接続さ
れ、また演算増幅器２３の反転入力端及び出力端間が第
２のＰ形抵抗領域１６でなる抵抗２４で帰還され、これ
により出力端子２５より出力電圧ｖ０を得るようになさ
れている。

ここで、抵抗２２及び２４の抵抗値をそれぞれＲ４及び
Ｒｏとすると、この回路は次式、で表される出力電圧ｖ
０を得るようになされた利得が−Ａの反転増幅回路２０
となされているが、実際には抵抗２２及び２４に電圧依
存性があるため、（１）式に示すような厳密な線形関係
にはならない。

すなわち、まず入力電圧ｖ１が０　〔ｖ〕の場合には出
力電圧Ｖ。も０〔ｖ〕であり、抵抗２２及び２４に対応
するＰ形抵抗領域１５及び１６は、いかなる部分におい
ても、島領域４Ａに対して電源ｖｃｃに応じた電位差を
保っており、この結果、第１２図（Ａ）に示すように、
島領域４ＡとＰ形抵抗領域１５及び１６との間の接合部
分にそれぞれ均一な厚みでなる空乏層１７及び１８が形
成され、このときの抵抗２２及び２４の抵抗値を基準抵
抗値として、それぞれＲ１及びＲｏとおき（１）式を満
足するものとする。

次に入力電圧ＶｉがＶ　（Ｖ）の場合には、第１２図（
Ｂ）に示すように、抵抗２２に対応するＰ形抵抗領域１
５において、入力端子２１に接続された電極１５Ａに近
い部分程、島領域４Ａとの電位差が少なくなり空乏層１
７が狭くなる。

また抵抗２４に対応するＰ形抵抗領域１６においては、
出力電圧ｖ０がほぼ−Ａ−Ｖ、となることにより、出力
端子２５に接続された電極１６Ｂに近い部分程、島領域
４Ａとの電位差が大きくなり空乏］１１８が広くなる。

これにより、入力電圧■□がＶ　（Ｖ）のときの、抵抗
２２の抵抗値Ｒ（（ｖ）は抵抗値Ｒ１よりわずかに減少
し、逆に抵抗２４の抵抗’ｉｎ、　ＲＯ（いは抵抗値Ｒ
０よりわずかに増加し、この結果、利得Ａ（ｖ）は次式
、 で表され、明らかに入力電圧Ｖ、がＯ（Ｖ）の場合の利
得Ａより大きくなることがわかる。

また逆に入力電圧Ｖｌが−Ｖ　（Ｖ）の場合には、第１
２図（Ｃ）に示すように、上述した入力電圧Ｖ、がＶ　
ＣＶ）の場合と逆の現象が発生し、この結果このときの
利得Ａ（−ｙ）は次式、で表され、明らかに入力電圧ｖ
ｉが０〔■〕の場合の利得Ａより小さくなる。

このような現象を近似的に式で表すと、任意の入力電圧
Ｖｉにおける拡散抵抗比、すなわち反転増幅回路２０の
回路利得Ａ（Ｖｔ）は次式、＝Ａ＋ｋ　−Ｖｉ　　　　
　　　・・・・・・　（４）で表されるように、拡散抵
抗の電圧依存性による定数ｋが付加された形となる。

このように、回路利得Ａ（Ｖｉ）に拡散抵抗の電圧依存
性による定数ｋが付加された反転増幅回路２０に、例え
ば入力電圧Ｖ、として、第１３図に示すようなサイン波
形のものを入力した場合には、電圧依存性のない理想的
な反転増幅後の出力電圧ｖ０は、第１３図に実線で示す
ようなコサイン波形となるのに対し、実際上の出力電圧
ｖ６゜、は、第１３図に破線で示すように、正方向の振
幅が抑圧されると共に負方向の振幅が伸長され、いわゆ
る偶数次の高調波歪みが発生した波形となる。

このような反転増幅回路２０における高調波歪みの歪み
率は、入力信号レベルやＩＣの製造プロセス等で異なる
が、平均的に数ＶＰ−Ｐの信号レベルで０．１〔％〕程
度の歪み率であり、実際上０．０１〔％〕以下の歪み率
が要求されるハイファイオーディオ回路には適用できな
いという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電圧依存
性による非線形歪みを有効に除去し得る抵抗分圧回路を
提案しようとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、第１の
導電形の半導体基板２上に成長させた第２の導電形層３
１を、第１の導電形の不純物によって分離拡散して所定
形状に形成した島領域３１Ａと、その島領域３１Ａ中に
第１の導電形の不純物を拡散して、島領域３１Ａと相似
な所定形状に形成した抵抗領域３３と、その抵抗領域３
３の複数の抵抗端部に配設された複数の第１の電極３６
．３７と、抵抗領域３３の所定の位置に設けられた第２
の電極３８と、抵抗領域３３の複数の第１の電極３６．
３７近傍の島領域３１Ａに形成され、島領域３１Ａを導
出する複数の第３の電極３４とを設け、それぞれ対応す
る第１及び第３の電極３６．３７及び３４を接続して、
複数の第１及び第２の電極３６．３７及び３８間で複数
の抵抗４０ａ、４０ｂを得るようにした。

Ｆ作用 島領域３１Ａ中に形成した抵抗領域３３の第１の抵抗４
０の抵抗形状に等しい抵抗形状の第２の抵抗４１を島領
域３１Ａに形成し得るようにしたことにより、抵抗領域
３３の抵抗端部の複数の第１の電極３６．３７及び抵抗
領域３３内の任意の位置の第２の電極３８間に、抵抗端
部の複数の第１の電極３６．３７の電位による電圧依存
性を有効に除去した複数の抵抗４０ａ、４０ｂを得るこ
とができる。

Ｇ実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

第８図との対応部分に同一符号を付して示す第１図に、
おいて、３０は全体として拡散処理プロセスによる抵抗
分圧回路を示し、Ｐ形半導体でなる基板２上に成長させ
た低濃度Ｎ形エピタキシャル層３１が所定の厚さで形成
されている。

この低濃度Ｎ形エピタキシャル層３１は、第２図に示す
ような、所定の平面長方形枠体形状でなるアイソレーシ
ョン拡散Ｐ形領域３２で基板２上の他の回路部分と電気
的に分離されて、上記枠体形状中に平面長方形形状のい
わゆる島領域３１Ａを形成するようになされている。

またこの島領域３１Ａの表層には、所定長方形形状でＰ
形抵抗領域３３が形成され、また島領域３１Ａの表層で
Ｐ形抵抗領域３３の両端部には、それぞれ島領域３１Ａ
を電気的に導出するため２個の高濃度Ｎ影領域３４が形
成されている。

さらに島領域３１Ａに形成されたＰ形抵抗領域３３を含
む抵抗分圧回路３０の表面上は酸化膜３５で電気的に絶
縁され、そのＰ形抵抗領域３３の両端部及び高濃度Ｎ影
領域３４が露出する位置の酸化膜３５が所定の小長方形
形状に窓明けされて第１及び第２の電極３６及び３７が
形成されると共に、Ｐ形抵抗領域３３の中間部の任意の
位置の酸化膜３５が所定の小長方形形状に窓明けされて
第３の電極３８が形成されている。

これにより、第１及び第３の電極３６及び３８間から得
られる第１の分圧抵抗と、第３及び第２の電極３８及び
３７間から得られる第２の分圧抵抗とによって、抵抗分
圧回路３０が構成されている。

このようにして、拡散によって形成された抵抗分圧回路
３０は、電気的に説明すると第３図に示すような等価回
路となる。

すなわち、第１及び第２の電極３６及び３７間には、Ｐ
形抵抗領域３３に対応した第１の抵抗４０と、島領域３
１Ａに対応した第２の抵抗４１が形成され、第１の抵抗
４０の任意の中間点から第３の電極３８が導出されてい
る。

ここで第１及び第２の電極３６及び３７の電位をそれぞ
れ■１及び■２とし、また第１及び第２の電極３６及び
３７間の第１及び第２の抵抗４０及び４１の長さをＬと
すると、第１の電極３６側から、第２の電極３７側方向
に距離ｘ（＜［、）だけ離れた位置における第１及び第
２の抵抗４０及び４１の電位をそれぞれｖ、（ｘ）及び
Ｖｔ（Ｘ）とすると、次式、 ｖ、（ｘ）　　さ　ｖｚ（ｘ） シ　Ｖ＋＋（Ｖｚ−Ｖｔ）・ ・・・・・・　（５） で表される関係が成り立つことがわかる。

これにより、Ｐ形抵抗領域３３及び島領域３１Ａの接合
部は、何れの点においてもその間の電位差がＱ　（Ｖ）
となり、従って第１及び第２の電極３６及び３７間に、
それぞれ任意の電圧が供給されたとしても、従来のよう
な空乏層の変化は生ぜず、常に均一な空乏層が形成され
る。

これにより、Ｐ形抵抗領域３３に形成される第１及び第
３の電極３６及び３８間から得られる第１の分圧抵抗４
０ａと、第３及び第２の電極３８及び３７間から得られ
る第２の分圧抵抗４０ｂとして電圧依存性のない抵抗を
形成し得、かくして電圧依存性による非線形歪みを有効
に除去した抵抗分圧回路３０を実現できる。

なお実際上島領域３１Ａの第２の抵抗４１は、若干の電
圧依存性を持っているが、この抵抗分圧回路３０の応用
により、その影響を排除することができる。

すなわち、このような抵抗分圧回路３０を用いたオーデ
ィオ回路として、まず、第３図との対応部分に同一符号
を付した第４図に示す減衰回路５０においては、電圧Ｒ
５１としてのオーディオ信号が第１及び第２の′ｒ４極
３６及び３７に入力され、第３の電極３８に接続された
出力端５２より、入力オーディオ信号を第１及び第２の
分圧抵抗４０ａ及び４０ｂの抵抗比で減衰させてなる出
力オーディオ信号を得るようになされている。

この場合、島領域３１Ａの第２の抵抗４１の若干の電圧
依存性は、入力オーディオ信号が電圧源５１である限り
排除し得るようになされており、かくして出力端５２に
は電圧依存性による非線形歪み（すなわち高調波歪み）
のない出力オーディオ信号を得ることができるようにな
されている。

次に、第３図との対応部分に同一符号を付した第５図に
示す同相増幅回路６０においては、入力オーディオ信号
が入力端６１を介して演算増幅器６２の非反転入力端に
入力され、その出力が出力端６３に接続されると共に、
抵抗分圧回路３０の第１の電極３６に接続される。

また抵抗分圧回路３０の第２の電極３７が接地されると
共に、第３の電極３８が演算増幅器６２の反転入力端に
接続され、これにより入力オーディオ信号を第１及び第
２の分圧抵抗４０ａ及び４０ｂの抵抗比でなる利得で、
増幅してなる出力オーディオ信号を得るようになされて
いる。

この場合、島領域３１Ａの第２の抵抗４１の若干の電圧
依存性は、抵抗分圧回路３０が演算増幅器６２の出力で
駆動されていることにより排除し得るようになされてお
り、かくして出力端５２には電圧依存性による非線形歪
みのない出力オーディオ信号を得ることができるように
なされている。

さらに次に、第３図との対応部分に同一符号を付した第
６図に示す反転増幅回路７０においては、入力オーディ
オ信号が入力端７１を介して抵抗分圧回路３０の第１の
電極３６に入力され、また抵抗分圧回路３０の第３の電
極３８が、非反転入力端が接地された演算増幅器７２の
反転入力端に接続され、その出力が抵抗分圧回路３０の
第２の電極３７と共に出力端７３に接続されている。

これにより入力オーディオ信号を第１及び第２の分圧抵
抗４０ａ及び４０ｂの抵抗比でなる利得で、反転増幅し
てなる出力オーディオ信号を得るようになされている。

この場合、島領域３１Ａの第２の抵抗４１の若干の電圧
依存性は、入力端７１が低インピーダンスで駆動される
（実際上、入力端７１から見た反転増幅回路７０の入力
インピーダンスには、非線形成分が含まれており、この
ため低インピーダンスなオーディオ信号で駆動する）限
り排除し得るようになされており、かくして出力端７３
には電圧依存性による非線形歪みのない出力オーディオ
信号を得ることができるようになされている。

以上の構成によれば、島領域中に形成した抵抗領域の第
１の抵抗の抵抗形状に等しい抵抗形状の第２の抵抗を島
領域に形成し得るようにしたことにより、抵抗領域の抵
抗端部の複数の電極及び抵抗領域内の任意の位置の電極
間に、抵抗端部の複数の電極の電位による電圧依存性を
有効に除去した複数の抵抗を得ることができる。

かくするにつき、電圧依存性による非線形歪みを有効に
除去し得る拡散抵抗による抵抗分圧回路を容易に実現で
きる。

なお上述の実施例においては、島領域中に長方形形状の
抵抗領域を形成し、その両端から電極を得るようにした
が、抵抗領域の形状はこれに限らず、例えば丁字形状、
十字形状、星形状等信の任意の形状に選定し得、その複
数の端部を抵抗端部として用いるようにしても良い。

因に、第２図と対応部分に同一符号を付した第７図に示
すように、抵抗領域を丁字形状に選定すれば、抵抗加算
回路等に応用し得る抵抗分圧回路を実現できる。

また上述の実施例においては、Ｐ形半導体基板上に、Ｎ
形エピタキシャル層で島領域を形成するようにしたが、
これに代え、Ｎ形半導体基板を用いても上述の実施例と
同様の効果を実現できる。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、島領域中に形成した抵抗
領域の第１の抵抗の抵抗形状に等しい抵抗形状の第２の
抵抗を島領域に形成し得るようにしたことにより、抵抗
領域の抵抗端部の複数の電極及び抵抗領域内の任意の位
置の電極間に、抵抗端部の複数の電極の電位による電圧
依存性を有効に除去した複数の抵抗を得ることができる
。

か（するにつき、電圧依存性による非線形歪みを有効に
除去し得る拡散抵抗による抵抗分圧回路を容易に実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す路線的断面図、第２図
はその路線的平面図、第３図は実施例の抵抗分圧回路の
等価回路を示す路線図、第４図〜第６図は実施例の抵抗
分圧回路を用いたオーディオ回路を示す接続図、第７図
は他の実施例を示す路線的平面図、第８図は従来の拡散
による抵抗回路を示す路線的断面図、第９図はその等価
回路を示す路線図、第１０図は逆バイアス電圧と抵抗値
との関係を示す特性曲線図、第１１図は従来の抵抗回路
を組み合わせた反転増幅回路を示す接続図、第１２図は
入力電圧による空乏層の変化の説明に供する路線図、第
１３図はその問題点の説明に供する信号波形図である。 ２・・・・・・基板、３０・・・・・・抵抗分圧回路、
３１・・・・・・低濃度Ｎ形エピタキシャル層、３１Ａ
・・・・・・島領域、３２・・・・・・アイソレーショ
ン拡散Ｐ形領域、３３・・・・・・Ｐ形抵抗領域、３４
・・・・・・高濃度Ｎ形拡散領域、３５・・・・・・酸
化膜、３６．３７．３８・・・・・・電極。 実施伊１の砥坑分圧ロ蹄０再イ面回路 第　３　目 実施例Ｏ抵抗分圧回路を用いた濾裏回誇羊４　図 実施ブリの抵抗分圧回踏を用いた間湘纜中居回跡第　５
　図 実施例の抵抗分圧回踏１用いた反私増悟回訃恭 副 ８０抵抗分圧ｒｆｉ跨 他Ｏ突施伊１０抵誂分圧日距 芋 図 従来０鷹＃Ｃ回隆０窮面構ま 茶　Ｂ　国 Ｌ抵抗＠路 従来の抵抗回路Ｏ薯イ＃回語 躬 図 Ｂ 旦ノｖイアス電圧乙栃２抗４を乙Ｏ関係奈 図 従来Ｏ稲Ｊ坑回蹄をＭｉみ合せて用いた及車１着幅回玲
茶　１／　　図 入７７を圧１てよる空乙清Ｏ麦を 苓　／、？　　Ｓ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の導電形の半導体基板上に成長させた第２の導電形
   層を、上記第１の導電形の不純物によつて分離拡散して
   所定形状に形成した島領域と、当該島領域中に上記第１
   の導電形の不純物を拡散して、上記島領域と相似な所定
   形状に形成した抵抗領域と、 当該抵抗領域の複数の抵抗端部に配設された複数の第１
   の電極と、 上記抵抗領域の所定の位置に設けられた第２の電極と、 上記抵抗領域の複数の上記第１の電極近傍の上記島領域
   に形成され、上記島領域を導出する複数の第３の電極と を具え、それぞれ対応する上記第１及び第３の電極を接
   続して、上記複数の第１及び第２の電極間で複数の抵抗
   を得るようにした ことを特徴とする抵抗分圧回路。