JPH05114699A - 半導体抵抗装置とその抵抗値設定方法 - Google Patents

半導体抵抗装置とその抵抗値設定方法

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JPH05114699A
JPH05114699A JP18442491A JP18442491A JPH05114699A JP H05114699 A JPH05114699 A JP H05114699A JP 18442491 A JP18442491 A JP 18442491A JP 18442491 A JP18442491 A JP 18442491A JP H05114699 A JPH05114699 A JP H05114699A
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JP
Japan
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semiconductor
region
resistance value
impurity diffusion
resistance device
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JP18442491A
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Koichi Otsuki
浩一 大槻
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、集積回路等に組み込むための半導
体抵抗装置とその抵抗値設定方法に関し、レイアウト面
積が小さく、製造工程のバラツキによる抵抗値の変動が
小さく、抵抗装置の電極の電位の変動、あるいはバック
ゲート効果によって抵抗値が変動しない抵抗装置を提供
することを目的とする。 【構成】 半導体等の支持基板1と、この支持基板1に
電気的に絶縁して形成された一導電型の半導体領域3
と、この半導体領域3に形成された複数の逆導電型の不
純物拡散領域4、5と、この複数の逆導電型の不純物拡
散領域4、5の上にこの不純物拡散領域4、5と電気的
に絶縁して形成されたフローティングゲート電極7とを
もって構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路装置等に組み
込むための半導体抵抗装置とその抵抗値設定方法に関す
る。
【0002】集積回路装置等に搭載される抵抗装置にお
いて、集積回路の特性の高精度化や集積回路の高集積化
に対応するため、抵抗装置の抵抗値の精度の向上やレイ
アウト面積の縮小が問題となっている。また、集積回路
の高速動作化が進むにつれて、抵抗装置の寄生容量の影
響も無視できなくなり、寄生容量が小さく、かつ、高精
度の抵抗装置を実現することが強く要望されている。
【0003】
【従来の技術】半導体集積回路中に使用される抵抗装置
としては、従来から、不純物拡散領域の抵抗を使用する
もの、あるいは、電界効果トランジスタのソース電極と
ドレイン電極の間の抵抗を使用するもの等が実用されて
いる。
【0004】図5(A)、(B)は従来の抵抗装置の構
成説明図である。図5(A)は不純物拡散領域の抵抗を
使用する抵抗装置を示している。この図において、51
は半導体基板、52は不純物拡散領域、53は絶縁膜、
54、55は電極である。
【0005】この抵抗装置は、一導電型の半導体層ある
いは半導体基板51上に、逆導電型の不純物を拡散、イ
オン注入等の工程によって導入して不純物拡散領域52
を形成し、その上に形成された絶縁膜53の開口を通し
て導出された電極54、55の間の抵抗を利用するもの
である。この抵抗装置の抵抗値は、電極54と電極55
の間の不純物拡散領域52の不純物濃度とその断面積お
よび長さによって決定される。
【0006】図5(B)は、電界効果トランジスタのソ
ース電極とドレイン電極の間の抵抗を使用する抵抗装置
を示している。この図において、61は一導電型の半導
体基板、62は逆導電型のソース領域、63は逆導電型
のドレイン領域、64は絶縁膜、65はゲート電極、6
6はソース電極、67はドレイン電極である。
【0007】この抵抗装置は、一導電型の半導体基板6
1の上面に逆導電型のソース領域62と、ドレイン領域
63を形成し、その上に形成した絶縁膜64の上にゲー
ト電極65を形成し、この絶縁膜64の開口を通してソ
ース電極66とドレイン電極67を導出したMOSトラ
ンジスタの、ゲート電極65とドレイン電極67の間を
直接接続し、ソース電極66とドレイン電極67の間の
電気抵抗を利用するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
不純物拡散領域の抵抗を使用する抵抗装置においては、
その抵抗値の精度が、主として不純物拡散領域52の不
純物の濃度の精度によって決定されるため、精度のバラ
ツキが大きかった。
【0009】また、その構造上、不純物拡散領域52を
画定する領域と半導体基板51の間のpn接合による寄
生容量が大きく、その時定数のため回路に組み込んだと
き、回路の動作を高速化することが困難であった。ま
た、大きい抵抗値の抵抗装置については、大きなレイア
ウト面積を必要とするため回路の集積化に障害となると
いう問題があった。
【0010】そしてまた、電界効果トランジスタのソー
ス電極とドレイン電極の間の抵抗を使用する抵抗装置に
おいては、抵抗装置の端子となるソース電極66または
ドレイン電極67の電位が変化すると、ゲート電極とソ
ース領域の間の電圧が変化し、ソース電極66とドレイ
ン電極67の間の抵抗値が変動してしまうと言う難点が
あった。
【0011】また、ソース電極の電位が電源電圧などに
固定されている場合は上記の問題がないが、MOSトラ
ンジスタのゲート電位を可変にしたり、MOSトランジ
スタのβを調整して、任意の抵抗値に固定しておくこと
はできなかった。
【0012】本発明は、電界効果トランジスタのソース
電極とドレイン電極の間の抵抗を使用する抵抗装置の改
良にかかるものであり、レイアウト面積が小さく、製造
工程のバラツキによる抵抗値の変動が小さく、抵抗装置
の電極の電位の変動、あるいはバックゲート効果によっ
て抵抗値が変動しない抵抗装置を提供することを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体抵
抗装置においては、支持基板と、該支持基板に電気的に
絶縁されて形成された一導電型の半導体領域と、該半導
体領域に形成された複数の逆導電型の不純物拡散領域
と、該複数の逆導電型の不純物拡散領域の上に該不純物
拡散領域と電気的に絶縁して形成されたフローティング
ゲート電極によって構成した。
【0014】また、本発明にかかる半導体抵抗装置の抵
抗値設定方法においては、上記の構成を有する半導体抵
抗装置の、フローティングゲート電極にパルス状に複数
回に分けて電荷をチャージし、該電荷のチャージによっ
て階段状に変化する該複数の不純物拡散領域の間の電圧
をモニターし、該電圧が目的とする逆導電型の不純物拡
散領域間の抵抗値に相当する値に達したときに、該電荷
のチャージを停止するように構成した。
【0015】
【作用】本発明の半導体抵抗装置の原理を説明する。図
1(A)、(B)は、本発明の半導体抵抗装置の原理説
明図である。この図において、1は半導体基板、2は絶
縁領域、3はn型拡散領域、4はp型ソース領域、5は
p型ドレイン領域、6は絶縁膜、7はフローティングゲ
ート電極、8はソース電極、9はドレイン電極、10は
チャネルである。
【0016】この半導体抵抗装置は、図1(A)に示さ
れているように、半導体基板1にO + のイオン注入等に
よって絶縁領域2を形成し、この絶縁膜2によって囲ま
れた領域にn型(第1導電型)不純物を導入してn型拡
散領域3を形成し、このn型拡散領域3にp型(第2導
電型)不純物を導入してp型ソース領域4とp型ドレイ
ン領域5を形成し、上面に絶縁膜6を形成し、この絶縁
膜6の上にフローティングゲート電極7を形成し、絶縁
膜6に形成した開口を通して、ソース電極8とドレイン
電極9を形成して構成されている。
【0017】上記の構成の半導体抵抗装置のフローティ
ングゲート7に電荷をチャージすると、その電荷の極性
とその量に応じて、p型ソース領域4とp型ドレイン領
域5の間のチャネル10の電荷の密度が変化するため、
ソース電極8とドレイン電極9の間の抵抗値が変化する
ことになる。
【0018】このように構成された半導体抵抗装置の各
部の電位、容量、電荷量を図1(B)のように表すと、
つぎの式(1)〜(3)が成り立つ。 Q1 =C1 (V1 −V2 ) (1) Q2 =C2 (V2 −V3 ) (2) Q3 =C3 (V3 −V4 ) (3)
【0019】この半導体抵抗装置においては、フローテ
ィングゲート7は他から絶縁されているため、Q1 は一
定であり、C1 も一定であるから、式(1)から、 (V1 −V2 )=Q1 /C1 =一定 (4) となる。
【0020】また、半導体基板1とn型拡散領域3は絶
縁されているから、 Q2 −Q3 =0である。 よって式(2)、(3)から、 V3 =C2 2 /(C2 +C3 )+C3 4 /(C2 +C3 ) (5) となる。
【0021】また、絶縁領域2を充分厚く形成するとC
2 ≫C3となり、式(5)は、 V3 ≒V2 (6) となる。また、式(4)、(6)から、 V1 −V3 ≒一定 (7) となる。
【0022】式(4)、(7)は、フローティングゲー
ト7とn型拡散領域3、および、フローティングゲート
7とチャネル10の間の電圧差はチャネル10の電位に
関わらず一定になることを示し、これはチャネル10の
電位に関わらずソース電極8とドレイン電極9の間の抵
抗値が一定に保たれることを意味している。
【0023】式(6)は、チャネル10とn型拡散領域
3の間の電位差がほとんどないことを示し、その間の接
合容量がほとんど変化しないことを示している。したが
って、フローティングゲートと半導体基板の間、およ
び、n型拡散領域3と半導体基板の間を絶縁すると、入
力の電位の高低に関わらずソース電極8とドレイン電極
9の間の抵抗値を一定にすることができ、また、寄生容
量の影響を受けないようにすることができる。
【0024】
【実施例】図2は、本発明の実施例の半導体抵抗装置の
構成図である。この図において、11はシリコン基板、
12はSiO2 領域、13はn型拡散領域、14はp型
ソース領域、15はp型ドレイン領域、16はSiO2
膜、17はAlからなるフローティングゲート電極、1
8はAlからなるソース電極、19はAlからなるドレ
イン電極である。
【0025】この半導体抵抗装置は、図2に示されてい
るように、シリコン基板11にO+ のイオンを注入する
等の方法によってSiO2 領域12を形成し、このSi
2 領域12によって囲まれた領域にn型不純物を導入
してn型拡散領域13を形成し、このn型拡散領域3に
p型不純物を導入してp型ソース領域14とp型ドレイ
ン領域15を形成し、上面にSiO2 膜16を形成し、
このSiO2 膜16の上にフローティングゲート電極1
7を形成し、SiO2 膜16に形成した開口を通して、
ソース電極18とドレイン電極19を導出して構成され
ている。
【0026】この抵抗装置において、フローティングゲ
ート電極17の電位をV1 、n型チャネル領域13の電
位をV3 としたとき、V1 −V3 <0となるように、フ
ローティングゲート電極17に電子(負の電荷)をチャ
ージすると、ソース電極18とドレイン電極19の間の
抵抗値は減少し、V1 −V3 >0となるようにフローテ
ィングゲート電極17に正孔(正の電荷)を注入する
と、ソース電極18とドレイン電極19の間の抵抗値は
増大する。
【0027】上記の実施例ではn型拡散領域13、p型
ソース領域14、p型ドレイン領域15を使用したが、
これと逆の導電型の半導体領域で形成しても同様の効果
を生じる。この場合は、V1 −V3 <0のとき、ソース
電極18とドレイン電極19の間の抵抗値は増大し、V
1 −V3 >0のときソース電極18とドレイン電極19
の間の抵抗値は減少する。
【0028】上記の実施例において支持基板としてシリ
コン基板を使用したが、他の半導体基板でもよく、絶縁
性基板、導電性基板でも使用できる。また、絶縁領域と
しては、低不純物濃度の半導体層、CVDSiO2 層等
でもよく、製造方法についても、SOI技術等適宜用い
ることができる。そしてまた、上記の実施例において
は、ソース電極とドレイン電極の間の抵抗値を利用して
いるが、一つのフローティングゲートによって3以上の
不純物拡散領域の間に形成されるチャネルを制御し、そ
れぞれの抵抗値を利用することもできる。
【0029】図3は、本発明の半導体抵抗装置の抵抗値
の設定方法の説明図である。この図において、20は半
導体抵抗装置、21、22はスイッチ、23は定電流
源、24は電圧計である。
【0030】まず、スイッチ21、22の可動片をそれ
ぞれの接点Aに接続し、定電流源23からの電流を半導
体抵抗装置20に供給して、そのフローティングゲート
に電荷をチャージする。
【0031】そのとき電圧計24の読みV1 をモニター
し、V1/I1 が設定しようとしている抵抗値と等しく
なったところで設定を終了する。この際、定電流源23
からの電流の供給をパルス状に断続して行うと、電圧計
の読みが段階的に徐々に上昇するため、設定作業が容易
になる。
【0032】図4は、本発明の半導体抵抗装置を用いた
2bitD/Aコンバータの構成説明図である。この図
において、31〜34は本発明の半導体抵抗装置、35
〜39はスイッチ、40は定電流源、41は電圧計、4
2は増幅器である。
【0033】このD/Aコンバータの回路は図示の通り
であるが、その半導体抵抗装置の抵抗値を設定する方法
を説明する。まず、本発明の半導体抵抗装置31の抵抗
値を設定する。スイッチ36、39をオン、スイッチ3
5、37、38をオフにする。
【0034】この状態で、定電流源40から所定の電流
1 を供給すると、半導体抵抗装置31のソース電極と
ドレイン電極の間に大きな電圧が生じることになり、ゲ
ート絶縁膜を通して電子がフローティングゲート電極に
注入される。
【0035】定電流源40から供給される電流がI1
とき、電圧計41の電圧がV1 であるとすると、半導体
抵抗装置31の抵抗値R31はV1 /I1 であるから、電
圧計41の読みが半導体抵抗装置31に設定しようとし
ている抵抗値に相当する電圧に達したとき、定電流源4
0からの電流の供給を停止し、半導体抵抗装置31の抵
抗値の設定を終了する。
【0036】つぎに、半導体抵抗装置32の抵抗値を設
定するが、このときはスイッチ37、39をオン、3
5、36、38をオフにする。半導体抵抗装置32に設
定しようとする抵抗値がR32であるとすると、V1 /I
1 が(R31+R32)となったところで設定を終了する。
【0037】以下同様にして半導体抵抗装置33、34
の抵抗値の設定を行う。前記のように、定電流源40か
らの電流の供給をパルス状に断続して行うと、電圧計の
読みが段階的に上昇するため、設定作業が容易になる。
【0038】この2bitD/Aコンバータにおいて、
4個のスイッチ35、36、37、38を2ビットのデ
ィジタル信号、00、01、10、11によって制御す
ると、その信号に正確に対応したアナログ信号を出力す
ることになる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるMO
Sトランジスタ型半導体抵抗装置によれば、ソース電極
あるいはドレイン電極の電圧が変化しても、ソース電極
とドレイン電極の間の抵抗を一定の値に保持することが
でき、チャネル領域が他から絶縁されているため寄生容
量が小さく、かつ、電圧が変化しても寄生容量がほとん
ど変化しない抵抗装置を実現することができ、また、そ
の抵抗値の設定を抵抗装置の製造後に行うため、高精度
の抵抗値をもつ抵抗装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は、本発明の半導体抵抗装置の
原理説明図である。
【図2】本発明の実施例の半導体抵抗装置の構成図であ
る。
【図3】本発明の半導体抵抗装置の抵抗値の設定方法の
説明図である。
【図4】本発明の半導体抵抗装置を用いた2bitD/
Aコンバータの構成説明図である。
【図5】(A)、(B)は従来の抵抗装置の構成説明図
である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 絶縁領域 3 n型拡散領域 4 p型ソース領域 5 p型ドレイン領域 6 絶縁膜 7 フローティングゲート電極 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10 チャネル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持基板と、該支持基板に電気的に絶縁
    して形成された一導電型の半導体領域と、該半導体領域
    に形成された複数の逆導電型の不純物拡散領域と、該複
    数の逆導電型の不純物拡散領域の上に該不純物拡散領域
    と電気的に絶縁して形成されたフローティングゲート電
    極とを有することを特徴とする半導体抵抗装置。
  2. 【請求項2】 支持基板と、該支持基板に電気的に絶縁
    して形成された一導電型の半導体領域と、該半導体領域
    に形成された複数の逆導電型の不純物拡散領域と、該複
    数の逆導電型の不純物拡散領域の上に該不純物拡散領域
    と電気的に絶縁して形成されたフローティングゲート電
    極とを有する半導体抵抗装置の、該フローティングゲー
    ト電極にパルス状に複数回に分けて電荷をチャージし、
    該電荷のチャージによって階段状に変化する該複数の不
    純物拡散領域の間の電圧をモニターし、該電圧が目的と
    する逆導電型の不純物拡散領域間の抵抗値に相当する値
    に達したときに、該電荷のチャージを停止することを特
    徴とする半導体抵抗装置の抵抗値設定方法。
JP18442491A 1991-07-24 1991-07-24 半導体抵抗装置とその抵抗値設定方法 Withdrawn JPH05114699A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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