JPH07169846A - 半導体集積回路定電流装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体集積回路定電流装置及びその製造方法

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JPH07169846A
JPH07169846A JP6229991A JP22999194A JPH07169846A JP H07169846 A JPH07169846 A JP H07169846A JP 6229991 A JP6229991 A JP 6229991A JP 22999194 A JP22999194 A JP 22999194A JP H07169846 A JPH07169846 A JP H07169846A
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Japan
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semiconductor integrated
integrated circuit
constant current
crd
drain
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Yutaka Saito
豊 斉藤
Jun Osanai
潤 小山内
Yoshikazu Kojima
芳和 小島
Kazutoshi Ishii
和敏 石井
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流値のばらつきが少なく、チップサイズが
小さく、低コストのCRD(定電流素子)を得る。 【構成】 ゲート、ソース、基板を電気的に接続したデ
プレッション型NチャネルMOSトランジスタによる半
導体集積回路装置のCRDを構成し、ゲート絶縁膜は5
00Å以下とし、ゲートのチャネル長(L長)を8μm
以上とし、所望のIP に満たないIP に相当する第1の
W幅のチャネルを有するドレイン領域を有するものとし
て、第2のW幅のチャネルを有する第2のドレイン領
域、ここにおけるチャネルのW幅は複数・多数種類有し
内必要な分選択され第1のドレイン領域に並列接続され
るという構成の第2のドレイン領域を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は定電流素子(Curre
nt Regurating Diode、以下CRD
と称する)として使用する半導体集積回路装置の構成及
び製造方法に関わり、特には、ゲート、ソース、基板を
電気的に接続(結線)したデプレッション型(表面反転
型、ノーマリーオン型)NチャネルMOS(NMOS)
トランジスタの定電流素子として好適な電気特性を実現
するための構成及び製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図61は従来のCRDの電気的機能を表
す説明図である。接合型電界効果型トランジスタ(Ju
nction Field Effece Trans
istor、以下JFETと称する)を用いている例が
多い。JFETはドレイン18002、ゲート1800
1とソース18003を有し、ゲート電極18001は
ソース電極18003と結線されている構成をとってい
る。
【0003】図62はCRDの電気的機能を表す説明図
である。アノード18004とカソード18005で定
電流となる電流の方向18009を表す。図63は従来
のCRDを示す外形図である。長さ数mmで1mmφ程
度の太さの円筒型のガラスモールド18007型外装ケ
ース(パッケージ)にCRDチップ18008が組み込
まれ、電極用のリード針金18006を両方向(アキシ
ャルリードと称す)にそれぞれアノード、カソード電極
として有する構成を取っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のCRDは前述し
たような構成をとっており、以下のような問題点があ
る。図64は従来のJFETのCRDの電圧対電流の特
性(電流電圧特性と称する)を示すグラフである。グラ
フから判るように、所望の定電流値を得るための最低電
圧VL が5V以上の電圧値となっている。電流値によっ
ては、7Vあるいは10VにまでVL がなっている。J
FETを使っているため、チャネルのピンチオフ電圧が
高いためである。このような高い電圧では、近年の電子
回路の標準の電源電圧5V、3V、1.5Vの回路に使
用することができない。代わりに、JFETであるた
め、ブレークダウン電圧VB は約100Vとかなり高く
できるので動作最大電圧VH を24Vや26Vにするこ
とは容易である。しかし、基本的にはバイポーラ(少数
キャリア素子)動作なので、電圧変動に対する応答とし
てオフ側(少数キャリア蓄積)の時間応答性が極めて遅
く、したがって従来よりJFETのCRDはノイズが多
い欠点がある。
【0005】また、製造上の問題としては、ある値(定
格)のIP (定電流素子の製品としての定格、例えば製
品として供給する場合は10mA±10%というふうに
補償して供給するときの値を定格という。IP が標準の
電圧値VP での定電流の値、VL はその±に納まる最低
電圧を示す)を狙い製造するが、その際の出来上りのI
P が実際は±20%程度ばらついてしまうという問題が
ある。したがって、実際には選別して出荷したり、つく
り込みで電流値の異なる製品のバリエーションを設けて
ラインナップするため、歩留(良品率)が悪く、在庫も
増えてしまい、非常に製造コストのかさむ製品である。
【0006】一方、ゲート、ソース、基板を電気的に結
線したデプレッション型NチャネルMOSトランジスタ
によるCRDはより製造ばらつきが大きい。±30%を
超え、VH を高くしようとするとさらにばらつきは増え
る。チャネルのデプレッションの状態(スレッショルド
電圧、VTH)のばらつきが製造上どうしても大きくなっ
てしまうためである。
【0007】また、VL は低く設定できる一方VH はせ
いぜい7Vか10Vである。電子回路の標準電源電圧が
5V以下になってきたが、パワーを必要とする駆動系で
は12V系や24V系はまだまだ標準であり、このよう
な目的のCRDは約24Vの最大電圧VH は必要であ
る。ここで、VH を高くするためには、ゲート絶縁膜の
膜厚(ゲートTOX)を厚くしなければならない。すると
今度はさらにVTHがばらつく欠点がある厚いほうがばら
つきは大きくなる。加えて、ゲート絶縁膜を厚くすると
MOSトランジスタのトランスコンダクタンス(gm)
が下がり、必要なドレイン電流ID すなわちIP を得る
ためのチャネルの幅いわゆるW幅を大きくしなければな
らず、よってチップサイズも大きくなる。このように、
歩留が悪く、チップサイズも大きく、さらに、製造コス
トも高いという欠点がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明では以下の手段を取った。第1の手段とし
て、定電流を得るため電流経路回路要素の電流値あるい
は電流経路の電流値を制御する回路に冗長性を持たせて
おき、必要な分選択するというトリミングの手段をとっ
た。
【0009】第2の手段として、前記電流経路をMOS
トランジスタとする。第3の手段として、所望のIP に
満たないIP に相当する第1のW幅のチャネルを有する
ドレイン領域(第1のドレイン領域と称する)を有する
ものとして、第2のW幅のチャネルを有する第2のドレ
イン領域、ここにおけるチャネルのW幅は複数・多数種
類有し、内必要な分選択され第1のドレイン領域に並列
接続されるという構成の第2のドレイン領域を有すると
いうものである。ここで、これら複数種類のW幅はXn
の寸法比をとるものとするというものである。さらにこ
こで、Xは1.0より大きい数値とし、nは0からはじ
まりW幅種類数分の数列とするというものである。ここ
で設けられる、第2のドレイン幅の種類の数量をビット
と称することがある。常識的にはX=2から4までの整
数nは、n=0、1、2、3、4、・・・という等差数
列、中間の数値でも可能である。つまり、指数倍比とい
うことである。
【0010】第4の手段として、前記第2、第3の構成
にかかり、第2のドレイン幅選択のための接続の配線が
ポリシリコンで形成する(ポリシリコンフューズまたは
フューズと以降称する)。第5の手段として、前記第4
の構成にかかり、ドレイン幅1種類につきポリシリコン
は複数並列する。
【0011】第6の手段として、前記第3、第4の構成
にかかり、ポリシリコン上の部分は最終保護膜(Si
N、シリコン窒化膜、パシベーション膜等と称する)が
除去された構成を取る。第7の手段として、前記第1、
第2の構成にかかり、少なくともドレイン(ソースもそ
うでよい)がいわゆるDDD(Double Diff
used Drain、N- 型層を有する2重拡散型ド
レイン)構造を取る。
【0012】第8の手段として、前記第7の構成にかか
り、DDD構造におけるN- 型層を形成する不純物が同
一半導体基板表面上の他のP+ 型層にも同様導入されて
いるという構成を取る。第9の手段として、前記第1、
第2の構成にかかり、上記NMOSの基板とゲートとソ
ースの結線において基板電位を取るための半導体基板表
面上のP+ 型層の形成はソース、ドレインの対(ペア)
の繰り返し複数回に1回の割合(毎回ではないというこ
と)で設ける構成を取るというものである。加えて、該
半導体集積回路装置の外周ぐるりとすべて切れ目なく基
板電位を取る。
【0013】第10の手段として、ゲート、ソース、基
板を電気的に結線したデプレッション型(表面反転型、
ノーマリーオン型)NチャネルMOSトランジスタによ
る半導体集積回路装置のCRDを構成し、ゲート絶縁膜
は500Å以下とし、ゲートのチャネル長(L長)を8
μm以上とし、チャネルのデプレッションのVTH(非飽
和測定での定義であり、VTND と称する)を例えばVL
=1.5V以下にしたい時は−0.9V以下とし、VL
=1.0V以下にしたい時は−0.8V以下とする。
【0014】第11の手段として、前記第2の構成にか
かり、ソース及び基板を共有し、さらにもう1つの前記
第1と第2のドレインの関係の構成と同様の第3と第4
のドレインを有する構成を取る。第12の手段として、
前記第1、第2の構成にかかり、上記NMOSのゲート
とソースの結線において、共通の電極金属への接続孔
(半導体基板表面の絶縁膜層の選択的にエッチング、除
去された部分のこと、コンタクトホールと称する)は平
面的形状としてつながっているという構成を取る。
【0015】第13の手段として、前記第1、第2の構
成にかかり、上記NMOSのゲートとソースと基板電位
の結線において、共通の電極金属へのコンタクトホール
は平面的形状としてつながっているという構成を取る。
第14の手段として、前記第1、第2の構成にかかり、
ドレインに接続され基板P- 型に対してN型の不純物領
域なのでPN接合(ダイオード)を構成するN + 型層を
有する構成を取る。この際、該ダイオードのブレークダ
ウン耐圧はドレインのゲート端での耐圧及び該NMOS
のスナップバック電圧より低く、不純物濃度等(該N+
型層や、それに接するP±型層の不純物濃度)設定す
る。
【0016】第15の手段として、前記第1、第2の構
成にかかり、該半導体基板はP- 型層とP+ 型層の2層
で構成される。つまり、P+ 型基板上にP- 型エピタキ
シャル成長層を有する基板上にNMOSを形成する。貼
り合わせ等で形成してもよい。さらにNMOSが形成さ
れる面と反対側のP+ 型層の面に電極形成し、カソード
電極とする。
【0017】第16の手段として、前記第15の手段に
かかり、ゲート電極、アノード電極を高融点金属シリサ
イドを使用する。第17の手段として、さらに深い値V
TND のトランジスタをシリーズ接続する。
【0018】第18の手段として、定電流をOn/Of
fする機能を設ける。第19の手段として、基準電圧を
設けその電圧で電流経路のMOSトランジスタを駆動す
る。第20の手段として、前記第19の手段にかかり、
ドレイン幅選択をゲート電極に接続したポリシリコンフ
ューズで行う。
【0019】第21の手段として、前記第19、第20
の手段にかかり、基準電圧回路用に別の電源(Vdd)端
子を設ける。第22の手段として、前記第2の手段にか
かり、前記MOSトランジスタに直列にポリシリコンの
抵抗成分を有し、該MOSトランジスタと抵抗成分の間
の電位をフィードバックして該MOSトランジスタを制
御する差動アンプを有する構成とする。また、基準電圧
回路も有する。
【0020】第23の手段として、前記第21、第22
の手段にかかり、定電流のトリミングは定電流経路では
なく、定電流回路部のトランジスタのドレイン幅(ドラ
イバビリティ)をトリミングする。第24の手段とし
て、第19〜第23の手段にかかり、定電流をOn/O
ffする機能を設ける。
【0021】第25の手段として、第1〜第24の手段
にかかり、MOSトランジスタがLOCOS(Loca
l Oxidation of Silicon)ドレ
イン構造(後述する)をとる。第26の手段として、第
1〜第25の手段にかかり、MOSトランジスタのゲー
ト絶縁膜の構造をONO(後述する)構造とする。
【0022】第27の手段として、第1〜第26の手段
にかかり、少なくとも定電流経路のMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜の厚みを350〜600Åの間に設定す
る。第28の手段として第1〜第24の手段のかかり、
該CRD要素を含む半導体集積回路装置を構成する。
【0023】第29の手段として、該半導体集積回路装
置のCRDの製造方法にかかり、製造工程終盤、ウエハ
プロセスの終了後、まだウエハ状態の半完成品の状態
で、検査工程の前段において、所定の条件にてIP の測
定を行い、演算を行い、前記冗長性を決定し、選択すべ
き冗長性の接続用ポリシリコンフューズを決定し、接続
しないフューズをレーザ光などで切断する工程(レーザ
トリミング、トリミング等と称する)を有するものとす
る。
【0024】
【作用】以上のような手段を取ることで、以下のような
作用が得られる。第1の手段を取ることで、高精度(±
5%以内)のCRDを実現させる。第2の手段を取るこ
とで、MOSトランジスタの飽和領域を利用した定電流
性が得られる。
【0025】第3の手段を取ることで、所望のIP に±
1から5%以内に合わせこむことが可能となり、歩留の
低下もなく、チップサイズの増大もなく、また、不要在
庫の増加もない、高性能かつ、低コストのCRDをはじ
めて実現可能とするものである。
【0026】第4の手段を取ることで、前述したような
ドレイン幅選択のための工程にてレーザ光にて微細領域
にて精密、高速にて溶融切断が可能になる。例えば、配
線金属として一般的なAlなどでは光反射してしまって
レーザでの切断は容易ではない。また、フォトリソグラ
フィー工程にて、エッチング除去するということも原理
上考えうるが、現実的ではない。なぜなら、IP 一旦測
定後クリーンルームに戻すと汚染等の面で非常に危険で
あり、また、大変な労力、時間が必要になる。さらに
は、トリミングビットの組合せ数は、例えば、25 乗あ
ったとして、32種類のフォトマスクが新規必要となっ
てくるため大変費用がかかる。また、1ウエハ内でチッ
プ間で異なるビットのトリミングは不可能である。しか
し、レーザで1チップずつ異なるトリミングを行うこと
は容易である。つまり、ポリシリコンフューズを有しレ
ーザトリミングを行うことでかかるCRDは初めて製品
として実現可能となるわけである。
【0027】第5の手段を取ることで、ポリシリコンフ
ューズがドレイン電極途中に直列(シリーズと称する)
に付加されたような形になっているが、これによるシリ
ーズ抵抗分の増加を低減することができる。シリーズ抵
抗の増加はドレインの駆動能力(ドライバビリティ)の
低下を招きひいてはCRDとしてチップサイズの増大に
つながるからである。ポリシリコンフューズがレーザに
よって効率よく切断できるのは、ポリシリコン幅(図8
ポリシリコン幅8003)が約3〜5μmまでの太さで
ある。これ以上太くなると容易に切断不可能となり、反
対にあまり細くするとシリーズ抵抗が増大する。そこで
3〜5μmの幅のフューズを1ビットあたり2本以上並
列に配列することでシリーズ抵抗増加を抑えたものであ
る。選択された場合ビット当り複数レーザにて溶融切断
しなければならないが、トータルとして同じ幅の1本の
フューズを切るよりはるかに短時間で済む(詳細説明は
割愛する)。
【0028】第6の手段を取ることで、切断にあたって
のレーザ光の減衰を低減し、より効率(時間的に)良く
前記トリミング工程できる。第7の手段を取ることで、
動作最大定格(耐圧)を従来の7〜10V程度から24
〜26Vを可能にする。一般にMOSトランジスタの逆
方向耐圧を律速しているのは、ドレイン耐圧(ドレイン
のゲート端での電界集中によるブレークダウン)<(パ
ンチスルー耐圧)<スナップバック電圧<ドレインとフ
ィールドドープとの接合耐圧、の順番で表せる。ここ
で、スナップバックとは図14に示すように、例えばN
MOSは寄生的にNPN型のバイポーラトランジスタを
構成するが、ドレイン電圧を上げていくにしたがってド
レインと基板間のリーク電流は増加する。これがNPN
のベース電流となってNPNがオンする。その様子を図
21に示す。通常は前述のドレイン耐圧が律速するわけ
だが、本発明のようなデプレッショントランジスタの場
合はスナップバックが律速する。
【0029】このようにしてドレイン耐圧、スナップバ
ック耐圧を上回る電圧で入力してきた信号は時として素
子を破壊することがある。これがESD破壊(Elec
tro Static Destroy、静電気破壊)
であったりする。MOS構造は、ゲート絶縁膜を有する
ため、ゲート絶縁膜が壊れてしまうため、バイポーラに
比べて弱いものである。そこで、そのESD耐圧を上げ
るためには、図17に示すように保護用のダイオードを
付加してやればよい。ダイオードすなわちPN接合のほ
うがESDストレスに対して、それを放出する耐量とし
て強いからである。そこで、ドレインに接続して別のN
+ 型層を設けてそのダイオードを構成してESD耐量を
向上させるというものである。該N+ 型層はフィールド
ドープのP±型層と接してPN接合を形成し、このブレ
ークダウン耐圧が、例えば、ドレイン耐圧(ゲート絶縁
膜の厚みやいろいろな条件にて決定される)は30V
で、スナップバック電圧が28Vとして、該PN接合耐
圧は24とか26Vに設定されればよい。通常、不純物
濃度が薄い側で決定されるので、この場合P±型層はド
ーズ量的には5〜7×1013/cm2 が適切と言える。
【0030】第8の手段を取ることで、前記DDD構造
のN- 型層形成のためのN型不純物導入時において、フ
ォトリソグラフィー工程を削除でき、工程削減(コスト
ダウン)を可能とし、また、フォトマスク作成の費用も
削減できる。第9の手段を取ることで、バックゲート効
果によるドライバビリティ低下の抑制とスナップバック
電圧の低下の抑制を可能とする。ドレイン及びソースか
ら基板電位が取ってあるところまでの距離が長いと基板
がシリーズ抵抗として働き、バックゲート効果やスナッ
プバック電圧低下が顕著になるからである。ソース、ド
レインのペアの繰り返し複数回(望ましくは6回以内)
に1回の割合で設けることで充分な効果が期待できる。
【0031】第10の手段を取ることで、デプレッショ
ンMOSであることから、低電圧(VL が低いというこ
と)、低ノイズ(バイポーラでないので、高速動作)、
電圧依存性の低い(L=8μm以上とすることでIDの
チャネル長変調を抑えることで、定電流値の電源電圧の
変動による変化量を抑える)なおかつゲート絶縁膜が5
00Å以下なので充分なgmが得られチップサイズの増
大を抑えた、かつてない高性能、低コストの半導体集積
回路装置のCRDを実現可能とする。
【0032】第11の手段を取ることで、2つのNMO
Sのソース領域が共通であることから面積を節約した
(低コストで、小さいパッケージにも納まりやすくし
た)2つのCRDを実現可能とする。また、交流電源
(AC電源)対応のCRDも最低限の面積サイズで、か
つ1チップ(1パッケージ)にて実現可能としたもので
ある。
【0033】第12の手段を取ることで、ゲートとソー
ス結線におけるコンタクトホールの抵抗(一般にコンタ
クト抵抗という、微細化のため等で小型化していけばい
くほど抵抗値が大きくなり問題となってくる)の影響を
低減し、またチップサイズ縮小を大幅に可能とする。
【0034】第13の手段を取ることで、ゲートとソー
スと基板電位の結線におけるコンタクト抵抗の影響を低
減し、またチップサイズ縮小を大幅に可能とする。第1
4の手段を取ることで、充分な(機械モデルで250V
以上、人体モデルで2000V以上)ESD耐量確保可
能とする。
【0035】第15の手段を取ることで、ダイアタッチ
側にカソード電極を取れるのでアキシャルリード型のパ
ッケージに実装可能とする。また、DIPや表面実装型
のパッケージにおいてもダイアタッチ側でカソードが取
れる場合そうしたほうがシリーズ抵抗低減可能とするも
のである。
【0036】第16の手段を取ることで、W−Sixな
どは600℃程度の高温に耐えるためガラス封止パッケ
ージに実装可能とする。第17の手段を取ることで、ト
ランジスタのL長を短くできるので素子面積(チップサ
イズ)を低減できる。
【0037】第18の手段を取ることで、外部信号にて
CRDの電流On/Offを制御可能とする。第19の
手段を取ることで、電流経路のMOSトランジスタのド
ライバビリティが向上し、チップサイズ低減可能とす
る。また、VL をさらに低電圧化できるという作用もあ
る。
【0038】第20の手段を取ることで、ポリシリコン
フューズの抵抗成分の影響を受けなくなるのでより良い
定電流性が得られる。第21の手段を取ることで、より
良い定電流性、VL の低電圧化、ドライバビリティ向上
すなわち、チップサイズ低減、あるいはVdd端子をSW
機能として使える等々の作用がある。
【0039】第22の手段を取ることで、第21の手段
による作用に対して同様の特性項目にてさらなる性能向
上ができる。第23の手段を取ることで、かなりの量チ
ップサイズ低減の効果が得られる。第24の手段を取る
ことで、第18の手段による作用がより性能向上したC
RD(第19〜23などの手段を適用したCRD)にて
も同様得られる。
【0040】第25の手段を取ることで、より高耐圧で
高速動作可能なCRDが得られる。第26の手段を取る
ことで、さらにチップサイズ低減の効果が得られる。第
27の手段を取ることで、高性能かつ高信頼性を有する
CRDにおいてさらなるチップサイズ低減の効果が得ら
れる。
【0041】第28の手段を取ることで、より高性能な
光・放射線信号処理用半導体集積回路や外部負荷駆動用
半導体集積回路を実現可能にする。第29の手段を取る
ことで、本発明の最も大きな作用として、高性能(高
速、高精度、低動作電圧、高耐圧等)のCRDを低コス
トで効率良く製造可能とする。
【0042】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
て説明する。図1は本発明の第1実施例の半導体集積回
路装置の等価回路を示す回路図である。第1のW幅のド
レイン(550μm×8本)のNMOS1007を有
し、これに第2のW幅の第1の幅(250μm)のドレ
インのNMOS1009と第2のW幅の第2の幅(50
0μm)のドレインのNMOS1010と第2のW幅の
第3の幅(1000μm)のドレインのNMOS101
1と第2のW幅の第4の幅(2000μm)のドレイン
のNMOS1012がポリシリコンフューズ1001に
よって電気的並列に接続されアノード端子1002とな
る。それぞれのゲートとソースと基板は全て電気的結線
されカソード端子1008となる。これまで説明してき
たように、第2のドレインの幅はこの例では、250μ
m×2n ・・・n=0、1、2、3で幅寸法構成され、
数は4本である。
【0043】図2は本実施例のCRDの電気的機能を表
す説明図である。アノード1002とカソード1008
の2極を有している。図3は本発明の第1実施例の半導
体集積回路装置を示す平面図である。ここでは簡単のた
め、電極配線の形状及びポリシリコンフューズの形状の
み表示している。第1のW幅のドレイン(550μm×
8本)の電極2006を有し、これに第2のW幅の第1
の幅(250μm)のドレインの電極2001と第2の
W幅の第2の幅(500μm)のドレインの電極200
2と第2のW幅の第3の幅(1000μm)のドレイン
の電極2003と第2のW幅の第4の幅(2000μ
m)のドレインの電極2004が配列されたポリシリコ
ンフューズ2005によって電気的並列に接続されアノ
ードパッド領域2008よりワイヤボンディング等で取
り出されパッケージの端子に接続される。それぞれのゲ
ート電極とソース電極と基板電位は全て電気的結線さ
れ、共通の電極配線2010となってカソードパッド領
域へと導出されている。ソース領域と隣接して基板P型
層を表面に出し基板電位を取っている部分2007は3
箇所である。本実施例でのチップサイズはしたがって概
ね0.7mm角である。
【0044】図4は図3部分bをさらに拡大した平面図
である。ドレイン電極配線やソース電極配線とゲートポ
リシリコン2001(L3004=10μm)の関係を
示している。図5は本発明の第1実施例の半導体集積回
路装置を示す断面図である。図3のA−A’断面に相当
する。本実施例ではドレイン4008に加えてソース4
004もDDD構造を取っている。DDD構造はN-
領域4007とN+ 型領域4006とで構成される。P
- 型基板4005は2〜3Ω・cmの濃度のものであ
る。ゲート絶縁膜4011は380Å、チャネル領域4
010はポリシリコンゲート電極3001形成以前にリ
ン8×1011/cm2 導入されデプレッション型のチャ
ネルとなる。N- 型領域4007はリン1〜3×1014
/cm2 のドーズ量で導入され1100℃、60分の熱
処理の後、N+ 型層4006としてリン3〜7×1015
/cm2 のドーズ量導入されDDD構造を構成する。こ
のようにして、ゲート端でのドレイン耐圧(デプレッシ
ョントランジスタの場合ドレイン耐圧というのが厳密に
は存在しうると言えないが)40V以上を得、スナップ
バック電圧30V以上を得る。
【0045】ソースと基板については本実施例はバッテ
ィングコンタクトとしているが、ソースとゲート電極に
ついては、コンタクト開孔部mとnで示したような構成
としている。図6は図5のコンタクト開孔部m及びnの
部分を示す平面図である。ソース2010及びゲート2
010はそれぞれ独立したコンタクトホールm、nを有
し電極配線で接続している。
【0046】図7は本発明の第1実施例の半導体集積回
路装置の検査方法の回路を示す説明図である。ここで
は、第1のドレインの4400μmと第2のドレインの
和の3750μmとの総和のIP (8150μm相当)
を測定することになる。図8は本発明の第1実施例の半
導体集積回路装置のVTND のねらい値とばらつきに対す
る各IP 値と前述したようなトリミングで合わせこんだ
場合の精度を表す表である。従来のように設計すると、
VTND ねらい値−0.9Vだとすると単位Wあたりのド
ライバビリティは表のごとく1.8μA/WなのでWは
5555μm程度である。ところが、VTND の製造上の
ばらつきは非常に高精度の製造工程を用いても、±0.
15Vはある。したがって、5555μmのWではIP
は7〜13mAまでばらつく。そこで、第1のWをドラ
イバビリティのばらつきの上限(IP /W=2.4μ
A)で10mAになるものとし、下にばらついた場合第
2のドレインを追加接続していくというように考えると
分かりやすい。
【0047】第2のドレインは250、500、100
0、2000とバリエーションしているので250μ
(もちろん0μmも)から3750μまでの範囲で、4
ビットなので16段階のトリミングが可能である。1段
階あたりのステップ(トリミング精度)は各VTND (各
ドライバビリティ)で少しずつ異なるので表に示すよう
になる。ここでは、2n の例で4ビットの例を示した
が、精度(1ステップの精度)やトリミングできる範囲
に応じてビット数は増減する。また、1.5や3のn乗
でもよく、nも整数である必要はない。つまり、この概
念に基づいて求めたいCRDの特性に応じて適切な数値
を設定すればよい。そのようにして、図7で測定したI
P をもとにどれだけWを削除してやれば良いかを計算
し、切るフューズのビットをその後に決定する。
【0048】図9は本実施例のトリミングしたビットの
回路図である。図9にはトリミングしたビット(フュー
ズ)が表されている。図10は図3部分bの拡大した平
面図である。トリミング用のポリシリコンフューズが電
極配線8002に4ビット、1ビット当り2本づつ配列
されていて、図7に対応するビット切断されている様子
を示している。フューズ幅は3〜4μmである。フュー
ズ部分はパシベーション膜が開孔部8001を有する。
【0049】図11は本実施例の半導体集積回路装置の
CRDのトリミング前後の電圧電流特性を示す説明図で
ある。この場合、トリミング前IP 14mAがトリミン
グ後にIP ねらい値の10mAにぴたりと合わせこまれ
ているのが判る。図12は本実施例の半導体集積回路装
置のCRDの電圧電流特性のばらつき範囲を示す説明図
である。ばらつき及び各値のシンボルを示すため誇張し
て描いてある。このように以上説明してきたように、I
P のばらつき5%以下、IHmaxとILmin 含めてトー
タルでセンターのIP に対してばらつき10%以下、V
L1.5V以下、VH 26V以上の高性能CRDが実現
できる。
【0050】図13は本発明の第2の実施例の半導体集
積回路装置のCRDを表す断面図である。ソース領域4
004とゲート電極3001はコンタクト開孔部Oをも
ってバッティングコンタクトを取っている。図14は図
13のコンタクト開孔部Oの部分を示す平面図である。
寸法iは図6における寸法hに比べて数μmから10数
μm短縮されている。したがって、この効果は大きくチ
ップサイズの横方向にして0.数mmから数mmの縮小
を可能とする。コンタクト抵抗の低減にも寄与し、ドラ
イバビリティ向上も可能とする。
【0051】図15は本発明の第3実施例の半導体集積
回路装置のCRDを表す断面図である。比抵抗数Ω・c
mのP- 型エピ層12001が比抵抗にして0.数Ω・
cm以下の濃度のP+ 型基板12002上に形成されそ
の後前述のごとくの半導体集積回路装置のCRDが形成
され、工程終盤裏側のカソード電極12003が形成さ
れる。ダイアタッチ側にカソード電極をとれるのでアキ
シャルリード型のパッケージに実装可能とするものであ
る。また、DIPや表面実装型のパッケージにおいても
ダイアタッチ側でカソードが取れる場合そうしたほうが
シリーズ抵抗低減可能とするものである。また、基板シ
リーズ寄生抵抗も低減できるので、ドライバビリティ向
上やスナップバック電圧向上も可能とするものである。
【0052】図16は本発明の第3実施例の第2の応用
例の半導体集積回路装置のCRDを表す断面図である。
ゲート電極12007及び配線金属12004をW−S
ix(タングステンシリサイド)のような高融点金属シ
リサイドを用いている。また裏側のカソード電極120
05をNi(ニッケル)などを用いているものである。
12006はドレイン電極開孔部である。このような構
成をとることでアキシャルリード型のパッケージに実装
する場合ガラス封止の適用が可能となる。W−Sixは
600〜1000℃の熱処理に耐えうるからである。
【0053】図17は本発明の第4実施例の半導体集積
回路装置のCRDの回路図である。寄生等価的に保護ダ
イオード13004がゲートとドレイン間に接続されて
いる。ここで、実施例中のCRDのNMOSトランジス
タの構成は実際には図1や図9のような複数ドレイン選
択の構成を取っているものであるが、便宜上図では定電
流のための方策に関わらない時には省略することがあ
る。
【0054】図18は本発明の第4実施例の半導体集積
回路装置のCRDの部分を表す平面図である。基板上に
ドレイン電極2006、アノードパット2008、N+
型層13001が設けられている。図19は本発明の第
4実施例の半導体集積回路装置のCRDの部分を表す断
面図である。P±型フィールドドープ層13003はL
OCOS酸化膜13004形成以前にボロン5〜7×1
13/cm2 導入されP- 型基板4005に形成され
る。N+ 型層13002はソース及びドレインとおなじ
DDD構造のものである。このように、耐圧27〜28
Vの接合を得、スナップバックよりもこちらが先にブレ
ークダウンし本体素子のNMOSを保護するわけであ
る。ここでいう接合のブレークダウンとは、一般的に不
可逆的破壊ではなく可逆的にストレス電力を放出するも
のである。もちろんそれも電力が巨大であれば熱破壊に
いたるものであるが、一般的に、PN接合はゲート絶縁
膜を有するMOS構造に比べてはるかに強く、保護素子
として使用するのは妥当である。これでESD耐量の充
分(機械モデル250V以上、人体モデル2000V以
上)なCRDが実現できるわけである。
【0055】図20は本発明の第4実施例を説明するた
めのNMOSトランジスタの断面図である。寄生NPN
バイポーラトランジスタ14001を描いてある。P-
型基板にソース領域4004とドレイン領域4008の
間にデプレッション型チャネル領域14002があり、
その上部にゲート電極3001が形成されている。
【0056】図21は本発明の第4実施例を説明するた
めのデプレッション型NMOSトランジスタのスナップ
バックを示す説明図である。図22は本発明の第5実施
例の半導体集積回路装置のCRDの回路図である。図2
3は本発明の第5実施例の半導体集積回路装置のCRD
の回路図である。
【0057】図24は本発明の第5実施例の半導体集積
回路装置のCRDの断面図である。15004はトラン
ジスタ1のドレイン領域、15005はトランジスタ1
のゲート電極、15006はトランジスタ1のソース領
域であると同時にトランジスタ2のソース領域でもあ
る。15007はトランジスタ2のゲート電極、150
08はトランジスタ2のドレイン領域である。
【0058】このように、ソース領域を兼用することで
全体として1素子型のCRDのおおよそ1.5倍の面積
増加で本実施例のように2素子構成が可能となる。図2
5は本発明の第5実施例の半導体集積回路装置のCRD
チップ16002のパッケージされた内部を示す説明図
である。
【0059】図26は本発明の第5実施例の半導体集積
回路装置のCRDのパッケージされた斜視図である。図
27は本発明の第5実施例の半導体集積回路装置のCR
Dの第1の応用例を示す回路図である。
【0060】図28は本発明の第5実施例の半導体集積
回路装置のCRDの第2の応用例を示す回路図である。
図29は本発明の第5実施例の半導体集積回路装置のC
RDのアノード1とアノード2における電圧電流特性を
示す説明図である。このようにして本実施例を用いるこ
とで、2つのNMOSのソース領域が共通であることか
ら面積を節約した(低コストである、さらには小さいパ
ッケージにも納まりやすくした)2つのCRDを一挙に
実現可能とするものである。また、交流電源(AC電
源)対応のCRDも最低限の面積サイズで、かつ、1チ
ップ(1パッケージ)にて実現可能としたものである。
【0061】図30は本発明の第6実施例の本発明CR
Dを複数内蔵し多チャネル入力端子を有する半導体集積
回路装置(18101)を示す説明図である。光や放射
線を検出する基本的な回路構成を示しているが、それら
が複数チャネル集積された光・放射線検出前置半導体集
積回路装置(IC)を構成している。
【0062】18106は光や放射線を検出するPIN
ダイオードのようなファトダイオード、18105はバ
イアス抵抗、18104はバイアス電源VH で通常数1
0〜数100Vの高電圧がかけられる。JFET181
09は本発明のCRD18102にて定電流(数mA〜
数10mA)バイアスされていて読み出し結合容量18
107を介して、入力端子18108に入力した信号は
そのJFETに入力しその後、プリアンプ18110や
サンプルホールドや波形整形などの回路18111を介
して信号処理され出力端子18112へ出力される。従
来は各チャネルのバイアス電流はCRDではなく抵抗に
よって決められていた。その場合、各チャネルのJFE
Tのゲインのばらつき等で各チャネルの電流を合わせる
のに手間(チャネルによって抵抗値をさまざまに変る)
がかかっていたが本実施例のようにすることで大変高性
能の光・放射線検出用前置半導体集積回路装置を簡便に
実現することが可能となる。
【0063】図31は本発明の第7実施例の本発明のC
RDチップを内蔵したSSR(19101)を示す回路
図である。SSRとは固体素子リレー(Solid S
tate Relay)のことである。1次側入力端子
+19108と1次側入力端子−19109間に電流を
流すと発光ダイオード19103が発光し、その光を受
けた起電力フォトダイオードアレー19104が電圧を
発生し、2次側出力用NMOSトランジスタ19106
のゲートをOnさせ、2次側出力端子A19107と2
次側出力端子B19110間を双方向的に導通させると
いうものである。19105はOffする時に電荷をデ
ィスチャージする回路である。従来、図31のような本
発明のCRD19102などは入ってなく、必要な電流
を得るため外付の抵抗を使用していたが、入力側の電源
電圧が変動する用途などの場合On/Offのスピード
が代わってしまったり、Onしなかったり、また電流が
流れすぎて壊れてしまったりしていた。本実施例のよう
に本発明のCRDチップを内蔵することできわめて使い
やすい高性能のSSRを実現可能としたものである。電
流が一定なのでLEDの輝度が変わらずOn/Offの
スピードが変わらない、過電流保護にもなるし、VL も
低いので低い電圧でも定電流が得られるからである。
【0064】さらに、フォトカップラーやフォトインタ
ラプターまたはフォトアイソレーターなどの半導体装置
や、光リンクモジュールの電気から光への変換側のモジ
ュールのLEDアレイに本発明のCRDを内蔵すること
により、複数出力のCRDの半導体装置と同様に良好な
電子装置を実現することになる。
【0065】図32は本発明の第8実施例の本発明のC
RDを複数内蔵し、多出力端子を有する半導体集積回路
装置(20101)を示す説明図である。20104は
Vdd端子、20105はGND(接地)端子、2010
6は各種入力端子を表し、ラッチ(LA)回路2010
7とダイナミックフリップフロップ(DFF)回路20
108とで構成されるいわゆるシフトレジスタで構成さ
れる内部回路は本発明の第5実施例で説明した2個ペア
のCRD20103を介して外部負荷20102(ここ
では液晶などの容量負荷を示す)を駆動するものであ
る。このような、容量性負荷の場合流しだし出力電流I
out 20109と流し込み出力電流Isink20110は
定電流の必要があり、本発明のCRD要素をもってはじ
めて実現可能となるものである。
【0066】図33は本発明の第9実施例のSW(スイ
ッチ、On/Off制御端子)付CRD(21101)
を示す回路図である。21102はSW機能をはたすエ
ンハンスメント型(スレッショルド電圧VTHがデプレッ
ション型のようにマイナスVTHではなくプラスのVTHで
あり、ノーマリーオフ型のトランジスタのことである。
エンハンスメントやエンハンストランジスタと称する)
のNMOSトランジスタであり、21103は本発明定
電流のNMOSデプレッショントランジスタである。2
1111はトランジスタ基板を表す記号である。211
04はSW端子ここにH(Hi、+、プラス電圧)の信
号が与えられるとCRDがOnし、所定の定電流が流れ
るというものである。
【0067】図34は本発明の第9実施例のSW付CR
D(21107)を使用する回路を示す回路図である。
21105はVdd、21106は負荷、21108はS
W端子のシンボル、21110はGNDを示す。211
09は外部からのOn/Off信号を与えるインバータ
のシンボルである。もちろんTTLやCMOSロジック
の他に何らかのスイッチ回路を組んでプラス/マイナス
の電圧を与えてやれば良いわけである。ここで図33に
示すエンハンス側トランジスタのソースとデプレッショ
ン側のトランジスタのドレインは第5実施例で説明した
ように領域共用して良く、おおよそ1.5倍の面積でト
ランジスタ2個分の面積を必要とする本実施例のSW付
CRDが実現可能となる。図では簡単のためデプレッシ
ョントランジスタ(定電流側)のドレインフューズトリ
ミングの様子は省いてある。また、SW端子になるエン
ハンストランジスタのゲート端子などにかかわる静電保
護要素も省いてある。
【0068】図35は本発明の第9実施例のSW付CR
Dの第2の実現例を示す回路図である。このようにデプ
レッショントランジスタの下側(電気、電流向き的に)
エンハンスのSWトランジスタを配置しても良い。図3
4で示したようにVddに向かって負荷の下にCRDが配
置される(CRD接地、一般にオープンドレインとも言
う)形で使った場合、図33のタイプでは、耐圧VH
(VAC)はほぼ倍(この場合26V×2=52V)にな
るが、SW入力Onレベルが3〜5V以上でないとVL
が高くなっていく。図34では入力SW電圧レベルはエ
ンハンストランジスタのVTH(0.5〜0.8V)以上
であれば良いがVAC(アノード−カソード間で背負う電
圧)が大きくなるとやはり耐圧的には約2倍あるのだ
が、デプレッショントランジスタ側がバックゲート効果
でレギュレーション電流(Ireg.)が下がってくる。そ
れはそれとして、逆に良いという使い方もあるわけだが
要するにVSW(SW電圧)依存性が出てくることにな
る。いずれにしても図33,図34とも用途に応じて半
導体製品として充分な性能を有するものである。
【0069】図36は本発明の第10実施例のSW付C
RDを2個ペアにしたもの(22101)を示す回路図
である。22105は第1のCRDの出力端子、221
03は第1のCRDのSW用エンハンストランジスタ、
22102は第1のCRD領域、22104は第1のC
RDの定電流デプレッショントランジスタ、22106
は第1のCRDのSW端子を表す。22105は第1と
第2のCRDのコモン端子を表す。22107は第2の
CRD領域、22108は第2のCRDの定電流デプレ
ッショントランジスタ、22109は第2のCRDのS
W用エンハンストランジスタ、22110は第2のCR
Dの出力端子、22111は第2のCRDのSW端子を
表す。定電流デプレッショントランジスタのドレインフ
ューズ選択の様子は例によって省いてある。
【0070】ここで第1のCRDのエンハンストランジ
スタのソースと第1のデプレッショントランジスタのド
レイン、第1のデプレッショントランジスタのソースと
第2のデプレッショントランジスタのソース、第2のデ
プレッショントランジスタのドレインと第2のエンハン
ストランジスタのソースはそれぞれ共用でき(第5、第
9実施例と同じ伝)、トータルでおおよそトランジスタ
2.5個分の面積でトランジスタ4個分に相当する2個
ペアSW付CRDが実現できる。
【0071】図37は本発明の第10実施例のSW付2
個ペアCRDを示す回路図である。22112はVdd、
22113と22114は異なる負荷、22116と2
2117はそれぞれ異なる外部SW信号回路、2211
5はGNDを表す。第1のCRDと第2のCRDの定電
流の値はそれぞれ異なる値に設定可能で異なる電流の負
荷を駆動することも可能かつ有益である。
【0072】同様のやり方で図示しないが4個組み、6
個組み、・・・というように同一基板上に半導体集積回
路装置として構成しても有効な半導体集積回路装置が実
現できる。図38は本発明の第11実施例のCRDを内
蔵した3原色のLEDランプを示す回路図である。図3
8は、赤(R)のLED3810と緑(G)のLED3
802と青(B)のLED3803の3色のLED素子
と各色調に対するスイッチ付きのCRD3811、38
12、3813と各CRDに対するスイッチ端子382
1、3822、3823と入力電源端子3850とGN
D端子3860を有するランプである。屋外や競技場や
ホールなどの大画面テレビの画素として使用可能であ
る。このようにして構成されたランプは、従来の抵抗付
きのランプと比較して、画素間のTV面内でのばらつき
や発熱を低減でき、かつ、配線の本数や電流容量を減少
させることができる。
【0073】図38において、RGBの各LEDは1個
であるが、RGBの色調に対して複数のLEDを使用
し、色調ごとに異なる個数のLEDを使用し、3色の輝
度を一致させることも可能である。さらに、RGBの色
調ごとに異なった電流値を設定することも可能である。
【0074】図39は本発明の第12実施例の本発明S
W付CRDを多数出力端子に有する半導体集積回路装置
(23101)の回路を示す説明図である。外部別電源
Vdd2 23107につながった外部負荷23106に本
発明SW付CRD23102が本実施例の半導体集積回
路装置内でCRD接地で接続され、このSWは、第8実
施例で示したようなシフトレジスタで構成される内部回
路23105(図示省略する)でOn/Off制御され
る。23103はVdd、23104はGND、2310
8は入力端子それぞれを示す。
【0075】図40は本発明の第13実施例のCRD
(24101)の等価回路を示す回路図である。第1の
デプレッションのスレッショルド電圧(VTND1とする)
を有するトランジスタ1(24103)と第2のデプレ
ッションのスレッショルド電圧(VTND2とする、VTND2
は詳細は後述するが、VTND1より深いデプレッションと
する)のトランジスタ2(24102)とでシリーズ結
線された構成をとるというものである。ゲートは共に基
板に結線される。トランジスタ1のW/L=W1
1 、トランジスタ2のW/L=W2 /L2 とすると電
流I1 (=I2 )24106は
【0076】
【数1】
【0077】さらに、
【0078】
【数2】
【0079】となる。ここでμはキャリアの移動度(易
動度)Coxはチャネルの容量である。ここで、I1 =I
2 、Vg =0より
【0080】
【数3】
【0081】L1 =L2 、W1 =W2 の時、 VTND1=VTND2−Vo ∴ Vo =|VTND2|−|VTND1| となる。すなわち、Vo はVTND で決まる電圧にクラン
プされる。したがって、チャネル長変調がなく、Lを短
く設定できることになる。L=6とか4とか3μmに設
定可能となる。VTND2はおおよそVTND1の絶対値で倍ぐ
らいの値で良い。Lを短くできるので、Wをその分やは
り短くできるし、トランジスタ2個分作ることでの面積
増は、これまで色々説明してきたようにトランジスタ1
のドレイン領域とトランジスタ2のソース領域を兼用す
ることでかなり軽減できる。図ではドレインフューズト
リミングの様子は簡単のため省いてある。
【0082】図41は本発明の第14実施例のCRD
(25101)の等価回路を示す回路図である。エンハ
ンスメント型のNMOSトランジスタ25106とデプ
レッション型のNMOSトランジスタ25105が別電
圧Vdd1 25108に接続され基準電圧部(Vref 部)
25113を構成し、基準電圧(Vref 部)25104
が定電流ドライブ用NMOSトランジスタ25103及
び25102に示す複数のトランジスタ(以後2510
3及び25102のトランジスタを合わせて定電流ドラ
イブ用トランジスタと称する)のゲートをバイアスする
という構成をとっている定電流はこの第1のドレイン幅
のトランジスタ25013と配列された第2のドレイン
幅(複数;色々説明てきた本発明のやり方)のトランジ
スタの領域25102で得られるものである。基本的な
構成は前述してきたような本発明のエッセンスと全く異
なるものではないが、定電流が通過するトランジスタの
ゲートがVref にてバイアスされるという点が本実施例
のポイントである。Vref が定電圧であり、トランジス
タ25103をドライブ(On)させるのだが、定電圧
(Vref )値やトランジスタ25103のgmはばらつ
くので、本発明前述の実施例と同様フューズ25114
にて第2のドレイン幅が選択される。定電流ドライブ用
トランジスタを別電源より構成されたVref でドライブ
するのでより大きいドレイン電流が得られ、チップサイ
ズ(素子面積)を小さくできるという特徴がある。
【0083】25103(もちろん25102のトラン
ジスタを含んでの説明)及び25106のNMOSがゲ
ート酸化膜厚500ÅでP型基板2.5Ω・cmとする
とイニシャル(ネイティブ)のVTH (VTN1 と称する)
は0.2Vセンターになる。VTND −0.5VをN型不
純物のチャネルドープで得たとしてVref にはVrefで
はおおよそ|VTN1 |+|VTND |ある0.7Vが発
生、VTH0.2Vの25103を充分ドライブできる。
【0084】VTN1 でなくP型の不純物のチャネルドー
プで25106あるいは25103もVTN1 →0.3〜
0.4V、VTH(VTNM と称する)を使用してもリーク
が少なく良好な特性が得られる。この場合、Vref はV
TNM 0.3Vの場合Vref =0.3+|−0.5|=
0.8Vになるが25106はVTN1 もしくはVTNM と
し25103はVTND としておくとさらに電流駆動能力
があるのでさらにチップサイズ低減の効果がある。
【0085】図42は本発明の第14実施例のCRDの
実使用状態の回路を示す説明図である。本実施例はCR
D25101はGND25112で外部電源Vdd2 25
109に接続され外部不可25110に接続使用され
る。図43は本発明の第14実施例のCRD実使用応用
例の回路を示す説明図である。前述したVdd1 端子25
108はそれ事態SW端子としてCRDを動作させるこ
とが可能である。外部からのSW制御信号、例えばTT
Lレベル、CMOSレベルのロジック(インバータ25
115)でH(Hi、ハイレベル信号、0.8〜5V、
あるいは12Vや24Vも可能)を与えるとVref 回路
が動作しCRDがOnし、機能するというものである。
この際、外部信号はHレベルで数100nA以上の電流
駆動能力があれば充分である。L(LO 、ローレベル、
GND)を与えるとCRDはOffする。こういった機
能をさせる場合、少なくとも定電流ドライブ用トランジ
スタはエンハンスメント型である必要がある。
【0086】Vref 回路(及び後述する誤差増幅回路は
差動アンプと称する)用のVdd(乃至はVdd1 等と記述
するもの)をそれ自体CRDのSW端子に使用する構成
は以降記述する実施例に同様有効であることは言うまで
もない。図44は本発明の第15実施例のCRD(26
101)の等価回路を示す回路図である。配列された第
2のドレイン幅バリエーションのトランジスタの領域2
6102の各トランジスタはゲート端子にVref につな
がっているゲートオン用フューズ26105とGNDに
つながっているゲートオン用フューズ26103を有し
これまで説明してきたように選択されたドレイン幅のト
ランジスタはゲートオフフューズを切り、ゲートオンフ
ューズはそのままで使わないドレイン幅のトランジスタ
はゲートオンフューズを切り、ゲートオフフューズはそ
のままでGNDにブレークダウンしオフさせるというト
リミング方法にて構成されるものである。ドレインにシ
リーズ抵抗(ポリシリコンフューズ)がないのでよりフ
ラットな定電流性(VAC依存性のこと)が得られる。
【0087】図45は本発明の第16実施例のCRD
(27101)の等価回路を示す回路図である。Vref
回路を構成するエンハンス型NMOSトランジスタを第
1のドレイン幅のトランジスタ27105とこれまで説
明してきたようなXn 重みづけバリエーションの複数の
ドレイン幅の配列されたトランジスタ領域27104と
で構成し、出力用トランジスタ27103の定電流のば
らつきをVref 27107を精密にトリミング調整する
ことで精密に合せ込んでやるというものである。この実
施例ではドレイン選択になっているが、第14実施例と
同様ゲート選択でももちろん良い。
【0088】このような構成をとることでVref 用トラ
ンジスタは出力用トランジスタに比べてもともと面積が
小さいのでより面積(チップサイズ)の小さいCRDが
構成可能となる。27102は出力端子、27106は
Vdd端子である。図46は本発明の第17実施例のCR
D(28101)の等価回路を示す回路図である。SW
用Pチャネル型MOS(PMOS)トランジスタ281
02とSW用NMOSトランジスタ28103を設ける
ことでVdd端子28104とは別にSW端子28106
を有するCRDを構成する例を示すものである。
【0089】外部信号28105がLO の時CRDオン
でHiの時CRDオフという構成ができる。第17の実
施例に詳細に示すが、この様にVddと別にSW設けるこ
とで複数出力のCRDの場合Vref 部のVddは共通なの
で出力それぞれ用にSWを設けられるので便利である。
本実施例の図では定電流性はドレインフューズ選択であ
るが説明してきたようにゲート選択でもVref のエンハ
ンストランジスタ選択でももちろんかまわない。
【0090】図47は本発明の第18実施例のCRD
(29101)の等価回路を示す回路図である。2個の
CRDを集積した例である。第1の定電流部分(CRD
部分)29102と第2の定電流部分29103はそれ
ぞれVref 回路とSW端子27107と27108を有
する。第1のCRD部と第2のCRD部はそれぞれ設定
電流を異なるものにすることもできるし、またVref 部
とSWを1つとし兼用することも可能である。例によっ
て第1のCRDの電流ドライブ部やVref 部のNMOS
のソースと第2のそれと兼用すれば面積低減になる。2
9104は第1のCRDの出力端子、29105は第2
のCRDの出力端子である。
【0091】図48は本発明の第19実施例のCRD
(30101)の等価回路を示す回路図である。Vref
回路部30105のVdd電源を出力端子30102より
もらうというものである。アノード・カソード間電圧V
AC30106が0.9V以上になると、Vref 回路部は
通常動作をし、定電流部も動くということになる。Vre
f で出力定電流トランジスタを駆動する方式で、かつ、
2端子のCRDが構成可能となる。本実施例の図では定
電流性はドレインフューズ選択であるが、説明してきた
ようにゲート選択でもVref のエンハンストランジスタ
選択でも同様かまわない。30104はエンハンストラ
ンジスタ30103はデプレッショントランジスタであ
る。また、第16実施例のようにPMOS、NMOSを
設けてSW端子をつけても良い。
【0092】図49は本発明の第20実施例のCRD
(31101)の等価回路を示す回路図である。出力用
トランジスタ31103にシリーズ抵抗(ポリシリコン
抵抗などで良い)31104を有し、Vref 回路部から
のVref 電圧はCMOSで構成された差動アンプ311
02に入り抵抗31104とトランジスタ31103の
間の電位がフィードバック電圧VFB31121として作
動アンプ31102に入る。すなわち、抵抗に電流が流
れるとVFBが上がり、差動アンプがトランジスタ311
03をドライブしている電圧OUT端子31122の電
圧を下げるということで定電流が得られるものである。
例によってイニシャルの電流値は色々な要因でばらつく
のでシリーズ抵抗31104は本発明のエッセンスであ
り、説明してきたようにXn 重みづけのトリミングで構
成されているものである。
【0093】Vref 0.8VのときIreg (定電流値)
=10mAの時シリーズ抵抗80Ωセンターぐらいに設
定する。31107はVdd端子、31106は出力端
子、31105はGND端子である。本実施例はVddを
使ったVref を使用しているが前実施例で説明してきた
数々の施策と合せてもちろん有益である。
【0094】図50は本発明の第20実施例の差動アン
プの内部等価回路図を示す回路図である。NMOSトラ
ンジスタの基板3114は、P型半導体に構成された本
発明集積回路であればGNDになり、N型半導体基板注
のGNDでないP−ウエル(P型ウエル)に構成された
ものであればそれぞれのソースにつながれる(接続の線
は省略する)が、動作上の問題はない。31124はマ
イナス端子、31123はプラス端子、差動アンプにお
ける+、−といった表記は通例のとおりである。
【0095】図51は本発明の第20実施例のシリーズ
抵抗のトリミング構成を表す回路図である。抵抗にR1
3110、R2 3111、R3 3112、・・・Rn
113はそれぞれフューズ31109を合せ持ち、シリ
ーズ(直列)結線されている。例によって、Rn =RO
×2n 、n=0、1、2、・・・n−1で重みづけさ
れ、必要な定電流値に選択、合せ込み構成される。
【0096】図52は本発明の第20実施例のシリーズ
抵抗のトリミング構成の第2の例を表す回路図である。
このような構成は本発明中前段で詳述した通りである。
図53は本発明の第20実施例のシリーズ抵抗のトリミ
ング構成の第3の例を表す回路図である。例えば部分1
は品種を選択する(Ireg =10mA品とか20mA品
とか50mA品とか)バリエーションで、部分2はばら
つきをトリミングするバリエーションである。
【0097】図54は本発明の第20実施例のシリーズ
抵抗のトリミングの様子を示す平面図である。回路構成
的には図52と図53のものである。シリーズ抵抗はポ
リシリコンフューズ31110そのものを兼ねていて抵
抗値はポリシリコン長さL31124で図示しているよ
うに重みづけされている。31116はレーザトリミン
グされた様子、31111はコンタクトホール、311
12はAl電極、31109はパシベーション開孔部を
示している。
【0098】図55は本発明の第20実施例のCRDの
定電圧動型の等価回路を示す回路図である。N型半導体
基板中に分離されたP−ウエルを設けCMOS型集積回
路を構成することで、Vref 回路部31108のデプレ
ッショントランジスタ31117のゲートをGNDと
し、またP−ウエルである基板31125をそのソース
に結線することで、31118のエンハンストランジス
タのVTHが0.3V、3117のトランジスタのVTHが
−0.5VとするとVref =0.4Vが得られ、Vdd1
31107は0.8Vから正常なVref が出力する動作
が可能となる。また、このような構成の場合、出力トラ
ンジスタ31103の基板3115もソースに結線で
き、より定電流性の良い特性(VAC依存性が低くなる)
が得られる。
【0099】図56は本発明の第21実施例のCRD
(32101)の等価回路を示す回路図である。第20
実施例で述べてきたような差動アンプ内蔵型のCRDで
SW用NMOS32104とインバータ32103を設
けOn/Off用SW端子32102を設けたものであ
る。差動アンプがCMOSなのでCMOSのインバータ
は容易に内蔵できるがOn/Offの正反を変えたけれ
ば入れなくても良いし、もう1個シリーズに入れても良
い。第20、21の実施例で説明した差動内蔵タイプに
ついて、他の実施例同様、2個内蔵〜複数個内蔵したI
Cのような構成をとってもかまわない。
【0100】図57は本発明の第22実施例のCRDを
構成するNMOSトランジスタの断面図である。本実施
例はこれまで述べてきた全ての実施例にかかり、出力お
よび他のCRD構成の要素のトランジスタの構造にかか
わるもので、ポリシリコンゲート電極33103は、厚
さ1μm以外のLOCOS酸化膜に端がかかり、N±型
ドレイン領域(フィールドドープドレイン、N型不純物
1〜3×1013atom/cm2 程度導入して形成とれる)
にかかっているという構成をとっている。こうすること
でドレインのゲート端での耐圧、いわゆるドレイン耐圧
(サーフェースブレークダウン耐圧、ゲートエイディッ
ド、ドレインブレークダウン耐圧)を向上させ、すなわ
ちVH 24VのCRDが実現できると同時にゲート・ド
レイン間容量33101を低減できるのでより高速動作
に対応できるというものである。33107はP- 型基
板(2〜3Ω・cmと称する2.5Ω・cm程度の基
板)、33105はN+ 型ドレイン領域、33104は
ドレイン電極、33108はN+ 型ソース領域、331
09はゲート酸化膜厚500Åを表す。このような構造
をLOCOSドレイン構造と称する。
【0101】図58は本発明の第23実施例のCRDを
構成するNMOSトランジスタの断面図である。本実施
例はこれまで述べてきた全ての実施例にかかり、出力お
よび他のCRD構成の要素のトランジスタの構成にかか
わるもので、ゲート酸化膜がSiN(Siシリコン窒化
膜)−SiO2 −SiNの3層構造いわゆるONO構造
をとるというものである。こうすることで前述したよう
に出力用トランジスタの電流値は、
【0102】
【数4】
【0103】であるから、同じ膜厚(耐圧、TDDBの
面から)であれば、ONO構造の場合Coxがより大きく
なりよりId が大きくとれ、チップサイズ低減が可能と
なるものである。さらに詳細には下地SiO2 (341
03)100Å程度としSiN(34102)300Å
程度とし、上地SiO2 34101は600〜900℃
でのCVDで形成されたCVD膜いわゆるHTO膜10
0〜200Å程度の構成が耐圧、ドライバビリティなど
のバランスの点で望ましい。34105はP- 型基板、
34104と34106はそれぞれソースあるいはドレ
イン領域、34107はポリシリコンゲート電極を表
す。
【0104】次に本発明の第23実施例について説明し
ておく。これまで説明してきた全ての実施例にかかり、
ゲート酸化膜厚に関することであるが数値的なことなの
で図示しない。VH 24VのCRDの場合、通常のMO
SICの概念であればゲート酸化膜厚TDDBを考慮し
て24Vを3MV/cmの電界で除した値800Å以上
必要ということになるが本発明CRDの場合ドレイン耐
圧は28〜30V必要だがゲートとトランジスタ基板間
にはVTH+αぐらいしか電圧が加わらないのでドレイン
耐圧(サーフェースブレークダウン)が確保できる膜厚
があれば良い。しかしながら、前述したように内蔵のE
SD用Di(接合)が28Vなので、この時ブレークダ
ウンを防ぐため、10Mではマージンが不足しており8
MV/cmとして350Å最低限の膜厚で良い。
【0105】したがって本発明でのゲート膜厚の設定範
囲は350〜600Åの間である。また、本発明実施例
中差動アンプなどを内蔵し、別Vddを有して動作する場
合、さらにこのVddにやはり24Vがくる場合、差動を
構成するCMOSの全てのトランジスタは24Vで3M
V確保すなわち800Å以上の膜厚を確保する必要があ
る。但し、この場合でも出力用トランジスタはVH やは
り24V保証でも350〜600Åの膜厚で良く、ドレ
イン耐圧は第22実施例のようなLOCOSドレイン構
造や前に述べたDDD構造で確保できれば良い。
【0106】図59は本発明の第24の実施例のCRD
の半導体装置を示す断面図であり、ディスクリートの縦
型NMOSトランジスタである。DSA(Diffus
ion Self Align)型のMOSトランジス
タであり、ソース電極5910、ゲート電極5911、
ソース基板電極5912、ゲートポリシリコン電極59
13、N+ 型ソース領域5914、P- 型基板領域59
15、N+ 型ドレイン領域5916、ドレイン電極59
17、チャネル領域5918から構成されている。
【0107】図59において、P- 型基板領域5915
(このようなデバイスの場合、ベース領域と呼ばれる場
合もある)で形成されるチャネル領域5918を通り、
電流経路5920を通り電流が流れるため縦型(バーチ
カル)MOSと言われる。このように形成されたデバイ
スにおいては、ドレイン電極5917が共通であるた
め、図60に示すように、複数のMOS6000からな
る複数の幅の第2のソース領域6001を儲け、ソース
側をトリミングすることにより電流制限が可能である。
本実施例では、バーチカルタイプのMOSは電流容量と
チップ面積がラテラルタイプに対して優位であり、0.
5Aから数10Aの大電流型の高輝度型のCRDが得ら
れる。さらに、DSA構造をとることにより数10Vか
ら数100VのCRDを得ることができきる。
【0108】
【発明の効果】ゲート、ソース、基板を電気的に接続し
たデプレッション型NチャネルMOSトランジスタによ
る半導体集積回路装置のCRDを構成し、ゲート絶縁膜
は500Å以下とし、ゲートのチャネル長(L長)を8
μm以上とし、チャネルのデプレッションのVTHを例え
ばVL =1.5V以下にしたい時は−0.9V以下と
し、VL =1.0V以下にしたい時は−0.8V以下と
し、所望のIP に満たないIP に相当する第1のW幅の
チャネルを有するドレイン領域を有するものとして、第
2のW幅のチャネルを有する第2のドレイン領域、ここ
におけるチャネルのW幅は複数・多数種類有し内必要な
分選択され第1のドレイン領域に並列接続されるという
構成の第2のドレイン領域を有するというものである。
ここで、これら複数種類のW幅はXn の寸法比を取るも
のである。さらにここで、Xは1.0より大きい数値と
し、nは0より始まりW幅種類数分の数列とする。そう
することで、所望のIP にも±1〜5%以内にぴたり合
せ込むことが可能となった。これにより、歩留の低下も
なく、チップサイズの増大もなく、不要在庫の増加もな
く、きわめて高性能かつ、低コストのCRDをはじめて
実現可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の半導体集積回路装置の等
価回路を示す回路図である。
【図2】本発明の第1実施例のCRDの電気的機能を表
す説明図である。
【図3】本発明の第1実施例の半導体集積回路装置を示
す平面図である。
【図4】図3の部分bをさらに拡大した平面図である。
【図5】本発明の第1実施例の半導体集積回路装置を示
す断面図である。
【図6】図5のコンタクト開孔部m及びnの部分を示す
平面図である。
【図7】本発明の第1実施例の半導体集積回路装置の検
査方法の回路を示す説明図である。
【図8】本発明の第1実施例の半導体集積回路装置のV
TND のねらい値とばらつきに対する各IP 値とトリミン
グで合せ込んだ場合の精度を表す表である。
【図9】本実施例のトリミングしたビットを示す回路図
である。
【図10】図2の部分aの拡大した平面図である。
【図11】本実施例の半導体集積回路装置のCRDのト
リミング前後の電圧電流特性を示す説明図である。
【図12】本実施例の半導体集積回路装置のCRDの電
源電流特性のばらつき範囲を示す説明図である。
【図13】本発明の第2実施例の半導体集積回路装置の
CRDを表す断面図である。
【図14】図13のコンタクト開孔部Oの部分を示す平
面図である。
【図15】本発明の第3実施例の半導体集積回路装置の
CRDを表す断面図である。
【図16】本発明の第3実施例の第2応用例の半導体集
積回路装置のCRDを表す断面図である。
【図17】本発明の第4実施例の半導体集積回路装置の
CRDの回路図である。
【図18】本発明の第4実施例の半導体集積回路装置の
CRDの部分を表す平面図である。
【図19】本発明の第4実施例の半導体集積回路装置の
CRDの部分を表す断面図である。
【図20】本発明の第4実施例を説明するためのNMO
Sトランジスタの断面図である。
【図21】本発明の第4実施例を説明するためのデプレ
ッション型NMOSトランジスタのスナップバックを示
す説明図である。
【図22】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDの回路図である。
【図23】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDの回路図である。
【図24】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDの断面図である。
【図25】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDのパッケージされた内部を示す説明図である。
【図26】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDのパッケージされた斜視図である。
【図27】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDの第1の応用例を示す回路図である。
【図28】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDの第2の応用例を示す回路図である。
【図29】本発明の第5実施例の半導体集積回路装置の
CRDのアノード1と2における電圧電流特性を示す説
明図である。
【図30】本発明の第6実施例の本発明のCRDを複数
内蔵し多チャネル入力端子を有する半導体集積回路装置
を示す説明図である。
【図31】本発明の第7実施例の本発明のCRDチップ
を内蔵したSSRを示す回路図である。
【図32】本発明の第8実施例の本発明のCRDを複数
内蔵し、多出力端子を有する半導体集積回路装置を示す
説明図である。
【図33】本発明の第9実施例のSW付CRDを示す回
路図である。
【図34】本発明の第9実施例のSW付CRDを使用す
る回路を示す回路図である。
【図35】本発明の第9実施例のSW付CRDの第2の
実現例を示す回路図である。
【図36】本発明の第10実施例の本発明のSW付CR
Dを2個ペアにしたものを示す回路図である。
【図37】本発明の第10実施例のSW付2個ペアCR
Dを示す回路図である。
【図38】本発明の第11実施例のLEDを示す回路図
である。
【図39】本発明の第12実施例の本発明のSW付CR
Dを多数出力端子に有する半導体集積回路装置の回路を
示す説明図である。
【図40】本発明の第13実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図41】本発明の第14実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図42】本発明の第14実施例のCRDの実使用状態
の回路を示す説明図である。
【図43】本発明の第14実施例のCRDの実使用応用
例の回路を示す説明図である。
【図44】本発明の第15実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図45】本発明の第16実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図46】本発明の第17実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図47】本発明の第18実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図48】本発明の第19実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図49】本発明の第20実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図50】本発明の第20実施例の差動アンプの内部等
価回路図を示す回路図である。
【図51】本発明の第20実施例のシリーズ抵抗のトリ
ミング構成を表す回路図である。
【図52】本発明の第20実施例のシリーズ抵抗のトリ
ミング構成の第2の例を表す回路図である。
【図53】本発明の第20実施例のシリーズ抵抗のトリ
ミング構成の第3の例を表す回路図である。
【図54】本発明の第20実施例のシリーズ抵抗のトリ
ミングの様子を示す平面図である。
【図55】本発明の第20実施例のCRDの定電圧動型
の等価回路を示す回路図である。
【図56】本発明の第21実施例のCRDの等価回路を
示す回路図である。
【図57】本発明の第22実施例のCRDを構成するN
MOSトランジスタの断面図である。
【図58】本発明の第23実施例のCRDを構成するN
MOSトランジスタの断面図である。
【図59】本発明の第24実施例のCRDを構成するM
OSトランジスタの断面図である。
【図60】本発明の第25実施例のCRDの回路図であ
る。
【図61】従来のCRDの電気的機能を表す説明図であ
る。
【図62】CRDの電気的機能を表す説明図である。
【図63】従来のCRDを示す外形図である。
【図64】従来のJFETのCRDの電圧対電流の特性
を示すグラフである。
【符号の説明】
1001 ポリシリコンフューズ 1002 アノード 1003 ゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 和敏 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイコ ー電子工業株式会社内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流経路回路要素と定電流経路回路要
    素の電流値を制御する回路要素から選ばれる回路要素に
    冗長回路を有することを特徴とする半導体集積回路定電
    流装置。
  2. 【請求項2】 前記定電流経路の回路要素にMOS型ト
    ランジスタを有することを特徴とする請求項1記載の半
    導体集積回路定電流装置。
  3. 【請求項3】 第1のドレイン領域またはソース領域と
    前記第1のドレイン領域またはソース領域に並列に接続
    した異なるチャネル幅を有する第2の複数のドレイン領
    域またはソース領域を有する請求項2記載の半導体集積
    回路定電流装置。
  4. 【請求項4】 前記MOS型トランジスタに直列に接続
    した抵抗要素を有することを特徴とする請求項2記載の
    半導体集積回路定電流装置。
  5. 【請求項5】 前記定電流経路回路要素の電流を電流を
    制御する回路要素にMOS型トランジスタを有すること
    を特徴とする請求項1記載の半導体集積回路定電流装
    置。
  6. 【請求項6】 前記MOSトランジスタは第1のドレイ
    ン領域またはソース領域と前記第1のドレイン領域また
    はソース領域に並列に接続した異なるチャネル幅を有す
    る第2のドレイン領域またはソース領域を有することを
    特徴とする請求項5記載の半導体集積回路定電流装置。
  7. 【請求項7】 デプレッション型MOSトランジスタと
    エンハンスメント型MOSトランジスタからなる基準電
    圧発生手段を有することを特徴とする請求項1乃至請求
    項6記載の半導体集積回路定電流装置。
  8. 【請求項8】 CMOSからなる作動増幅回路を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項7記載の半導体集
    積回路定電流装置。
  9. 【請求項9】 前記定電流を外部信号により導通と遮断
    する手段を有することを特徴とする請求項1乃至請求項
    8記載の半導体集積回路定電流装置。
  10. 【請求項10】 前記MOS型トランジスタのドレイン
    領域の酸化膜の膜厚がゲート電極下部の位置で、前記ゲ
    ート電極下部の位置より厚いことを特徴とする請求項1
    乃至請求項9記載の半導体集積回路低電流装置。
  11. 【請求項11】 ゲート絶縁膜がSiO2 、 SiN、S
    iO2 からなることを特徴とする請求項1乃至請求項9
    記載の半導体集積回路定電流装置。
  12. 【請求項12】 ゲート絶縁膜の膜厚が350Åから6
    00Åであることを特徴とする請求項1乃至請求項9記
    載の半導体集積回路定電流装置。
  13. 【請求項13】 複数の定電流経路回路要素を内蔵する
    請求項1乃至12記載の半導体集積回路定電流装置。
  14. 【請求項14】 信号入力手段として請求項1乃至請求
    項12記載の半導体集積回路を有することを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  15. 【請求項15】 請求項1乃至請求項12記載の半導体
    集積回路定電流回路要素と発光ダイオードを有すること
    を特徴とする電子装置。
  16. 【請求項16】 信号出力手段として請求項1乃至請求
    項12記載の半導体集積回路を有することを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  17. 【請求項17】 半導体集積回路定電流装置の製造方法
    において、電流値を測定する工程と、冗長回路を切断す
    る工程を有することを特徴とする半導体集積回路定電流
    装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 半導体集積回路装置の製造方法におい
    て、電流値を測定する工程と、冗長回路を切断する工程
    を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
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