JPS6024056A - 差動増幅器 - Google Patents

差動増幅器

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JPS6024056A
JPS6024056A JP59129161A JP12916184A JPS6024056A JP S6024056 A JPS6024056 A JP S6024056A JP 59129161 A JP59129161 A JP 59129161A JP 12916184 A JP12916184 A JP 12916184A JP S6024056 A JPS6024056 A JP S6024056A
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JP
Japan
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type
region
substrate
transistor
differential amplifier
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Pending
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JP59129161A
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English (en)
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Masaaki Aoki
正明 青木
Yoshio Sakai
芳男 酒井
Toshiaki Masuhara
増原 利明
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体基板表面に形成される差動増幅器に関す
る。
〔発明の背景〕
現在、MO8集積回路(以下本明細書においてはLSI
と略称する。)のアナログ用途(A/D混載LS4、音
声合成、音声認識LSIなど)への実用化が盛んになっ
ている。アナログ用途における最も重要な素子性能の一
つはS/N比であり。
目下のところS/N比の大きい低雑音MOSトランジス
タ(以下本明細書においてはMO8Tと略称する。)の
開発がとくにのぞまれている。しかるに、表面チャネル
型MO8FETではキャリアが半導体表面に沿って伝導
するので、半導体とゲート絶縁膜界面の汚れによる雑音
が大きいという欠点があり、半導体基板表面領域に形成
した差動増幅器のS/N比を低下させていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、半導体基板表面領域に形成した低雑音
の差動増幅器を提供することである。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために1本発明による差動増幅器は
、第1導電型であって、表面領域に第1導電型とは反対
の1Oi2/d以下の第2導電型のイオンを打込んだ層
を有する半導体基板の表面領域に形成された、第2導電
型MOSトランジスタを駆動トランジスタとすることを
特徴とする。すなわち、本発明による差動増幅器におい
て、駆動トランジスタとして用いているp MOS T
?は、n型の半導体表面基板にp型イオン(例えばボロ
ンイオン)を、打ち込みエネルギ20ke V〜40k
eV、ドーズ量1012m−2以下で打ち込んでおり、
n型基板表面のn型不純物がかなり補償されている。こ
のためキャリアは半導体−絶縁膜界面から離れて伝導す
るようになり、低雑音化が達成される。
本発明の第一の要点は、以上述べたように、pM OS
 Tのn型基板表面にp型イオンをドーズ量の範囲、1
01012a”以下で打ち込んでいる点にある。
ドーズ量が10”an−2を越える場合には半導体表面
にかなりの結晶欠陥が導入され、これらの欠陥に起因す
ると考えられる雑音の増加を招くことになるからである
。本発明の第二の要点は、本発明による差動増幅器にお
いては、以上のようなpM。
STが駆動1〜ランジスタとして用いられていることで
ある。
〔発明の実施例〕
以下に、付図を参照しながら、実施例を用いて一層詳し
く説明するけれども、それらは例示に過ぎず、本発明の
枠を越えることなく、いろいろの改良や変形があり得る
ことは勿論である。
本発明による第一の差動増幅器の実施例は駆動トランジ
スタにpMO8Tを、負荷としてp型つェル内に形成さ
れた接合型FET (以下本明細書においてはJFET
と略称する。)を用いることを特徴としている。第1図
は本実施例の差動増幅器の回路図を示す。図中、1はp
MO8T、2はJFET、3は電源電圧Vcc(<0)
の端子、4はJFETチャネル抵抗制御電圧、5はpM
O8T1のゲート端子である。pMO8TとJ FET
を相補型M、O8(以下本明細書においては0MO8と
略称する。)プロセスで集積形成したときの断面構造図
を第2図に示す。本発明の低雑音増幅器は通常のCMO
Sプロセスで作成できるという特徴をもっている。図中
、11はn型基板、12はp型のウェル、13はフィー
ルド酸化膜、14はゲート酸化膜、15は駆動M OS
 T (p M OS T )半導体表面のp型イオン
打込み層、16はゲート多結晶シリコン層、17.18
.19はそれぞれJ F E ’Tのソース、ドレイン
、ゲート拡散層、20.21はそ・れぞれpMO8Tの
ソース、ドレイン拡散層である。
つぎに、第2図に示す装置の作成法を簡単に述べる。基
板11にn型Si(不純物濃度〜5X10”an−3)
の(100)面を用い、表面の一部にボロン・イオンを
打ち込み(B+、75ke V、5X10”all−”
) 、 1200℃の酸素ガス中でアニールしてP型ウ
ェル12(不純物濃度〜3 X 10” an−”、深
さ3〜4IIm)を形成する。この後、駆動MO3Tの
閾値制御のためウェル外基板表面に燐イオンを打ち込む
(’p +、125ke V、〜5 XIO”an−2
) eつぎに選択酸化法により0.8〜1−のフィール
ド酸化膜13を形成し、ゲート酸化を行なって酸化膜1
4 (厚さ〜50r+m)を形成し、この上にn+型多
結晶Si層16を形成する。ツイテ、駆動MO8T(p
MO8T)半導体表面のp型イオン打ち込み層15を形
成するため、ウェハ全面にボロン・イオンを打ち込む(
B”、30ke V、−6XIO”all−”) 、 
ライでJFETのソース17、ドレイン18、ゲート1
9の領域、MOSFETのソース20、ドレイン21の
領域を熱拡散法、あるいはイオン打込み法により〜0.
5−の深さになるように形成する。その後は通常のCM
OSプロセスにしたがって鱗ガラス膜22、Al1層2
3を形成する。この実施例では駆動トランジスタのPM
O8T、負荷JFETを通じてキャリアが同一種類(ホ
ール)であるため、駆動MO8Tのドレインと負荷J 
FETのソースを同一拡散層で結線できるという高集積
化に適した利点をもつ。
また、本発明によれば、pMO8Tの雑音値はnMO8
Tに比較して著しく小さいという利点が得られる。第3
図に同一サイズのpMO8Tと表面チャネル型n M 
OS Tの雑音値を比較して示した。ドレイン電流値1
0μAで比較してpMO8Tの雑音値はn M OS 
Tに比べ〜1/20に低減している。図は、両方のMO
8Tについて、ゲート長20//In、ゲート幅15I
lfn、ドレイン電圧5■で描いたもので、24.25
.26はPMO8T、27.28.29はn M OS
 Tのためのもので24.27はドレイン電流1μA、
25.28は10μA、26.29は100μAのとき
の曲線である。
第4図は本発明の第2の実施の態様による差動増幅器の
回路図である。これはアクティブロート型のCMO8差
動増幅器であり、駆動トランジスタには81表面にボロ
ン・イオンを打ち込んだPMO8Tを用いている。CM
O8T差動増幅器の駆動トランジスタ、負荷トランジス
タそれぞれのトランスコンダクタンスと入力換算雑音を
gmd、gn++l−Veq+”d−Vaq+”eとす
るとき、差動増幅器の入力換算雑音はつぎのように表わ
される。
gmd 通常はgmd>gmuとなるように回路設計をするので
、CMO8差動増幅器の雑音は主に駆動トランジスタの
雑音に由来することになる。pMO8Tはn M OS
 Tに比べ雑音値が低いので、駆動トランジスタにはp
 M OS Tを用いてC:MOS T差動増幅器の低
雑音化を図る。図中、31はpMO8T、32はn M
 OS T、33は電源電圧Vcc (> O)の端子
、34.35は入力端子、36は出力端子である。本実
施例の作成法は、第一の実施例におけるpM。
STとn M OS Tの作成法であるCMOSプロセ
スにしたがう。本実施例におけるp MO,S T k
 nMO8TをCMOSプロセスで集積形成したときの
断面構造図を第5図に示す。図中、41はn型基板、4
2はP型ウェル、43はフィールド酸化膜、44はゲー
ト酸化膜、45はpMO8T半導体表面のp型イオン打
込み層、46はゲート多結晶シリコン層、47.48は
それぞれn M OS Tのソースとドレイン、49.
50はpMO8Tのソースとドレインである。
つぎにこのnMO8TとpMO8Tの作成法を簡単に述
べる。基板41にn型Si(不純物濃度〜5XIO”a
++−3)の(100)面を用い、表面の一部にボロン
・イオンを打ち込み(B+、75ke V、5X 10
12印−2) 、 1200℃の酸素ガス中でアニール
してP型ウェル42(不純物濃度〜3 Xl01san
−”、深さ3〜4岬)を形成する。この後pMO8Tの
閾値制御のためウェル外基板表面に燐イオンを打ち込む
(p +、125keV、〜5 Xl011a++−”
) eつぎに選択酸化法により0.8〜1−のフィール
ド酸化膜43を形成し、ゲート酸化を行なって酸化膜4
4(厚さ〜50nm)を形成し、この上にn1型多°結
晶Siゲ一ト層6を形成する。ついで、n M OS 
Tの閾値制御とpMO8T半導体表面にp型イオン打ち
込み層を形成するために、ウェハ全面にボロン・イオン
を打ち込む(B”、30ke V、〜6×1o11(7
)−2)。ついでn M OS Tのソース47、ドレ
イン48、pMO8T(7)ソース49、ドレイン5o
ノ領域を熱拡散法、あるいはイオン打込み法により〜0
.5庫の深さになるように形成する。その後通常のCM
OSプロセスにしたがって燐ガラス膜51、AM層52
を形成する。
第6図は本発明の第3の実施の態様にょる差動増幅器の
回路図を示す。これは駆動トランジスタと負荷トランジ
スタの両者に上記PMO8Tを用いた差動増幅器である
。図中、61はpMO8駆動トランジスタ、62はPM
O8負荷トランジスタ、63は電源電圧Vcc(>O)
の端子、64.65は入力端子、66.67は出方端子
である。Si表面にボロン・イオンを打ち込んだpMO
8Tの作成法は第一、第二の実施例の場合と同様である
第7図は本発明の第4の実施の態様にょる差動増幅器の
回路図である。これは駆動トランジスタに上記pMO8
Tを用い、負荷に多結晶Si抵抗あるいは拡散層抵抗を
用いた差動増幅器である。
図中、71は上記PMO8T、72は多結晶Si抵抗ま
たは拡散層抵抗、73は電源電圧Vcc(>O)端子、
74.75は入力端子、76.77は出力端子である。
Si表面にボロン・イオンを打ち込んだp M’OST
の作成法は上述の実施例の場合と同様である。
負荷となる多結晶Si抵抗あるいは拡散層抵抗とpMO
8Tとの集積形成法は通常のCMOSプロセスにしたが
う。
なお上記実施例においてはSi表面にP型イオン打ち込
みしたp M OS Tを駆動トランジスタとして用い
たが、本発明はSi表面にn型イオン打ち込みしたn 
M OS Tを駆動トランジスタとして用いることによ
っても実現可能である。
〔発明の効果〕
以上説明した通り、本発明によれば著しく低雑音化され
た差動増幅器を、通常のCM O’Sプロセスによって
作製することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第4図、第6図、第7図はそれぞれ本発明の四
つの異った実施の態様による差動増幅器の回路図、第2
図は第1図に示す装置の断面図。 第3図は本発明による駆動トランジスタと従来の駆動ト
ランジスタの雑音を比較するためのグラフ、第5図は第
4図に示す装置の断面図である。 1・・・pMO8T’ 2・・・接合型FET3・・・
電源電圧の端子 4・・・接合型FETチャネル抵抗制御電圧・端子5・
・・ゲート端子 6.7・・・入力端子8.9・・・出
力端子 11.41・・・n型基板12.42・・・p
型ウェル 13.43・・・フィールド酸化膜 14.44・・・ゲート酸化膜 15.45・・・p型イオン打込み層 16.46・・・ゲート多結晶シリコン層17・・・接
合型FETのソース拡散層18・・・接合型FETのド
レイン拡散層19・・・接合型FETのゲート拡散層2
0・・・MOSFETのソース 21・・・MOSFETのドレイン 22.51・・・燐ガラス膜 23.52・・・A(L
層31.71−pMO8T 32−nMO8T33.6
3.73・・・電源電圧・端子34.35.64.65
.74.75・・・入力端子36.66.67.76.
77・・・出力端子47− n M OS Tのソース 48・・・n M OS Tのドレイン49・・・pM
C)STのソース 50・・・pMO8Tのドレイン 61・・・PMO8駆動トランジスタ 62・・・pMO8負荷トランジスタ 72・・・多結晶シリコン抵抗または拡散層抵抗代理人
弁理士 中村 純之助 M 浪数 f(Hz) 1?5図 PMOST ’n MQST 273− 1P6図 3 1F7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1導電型であって表面領域に第1導電型とは反対の1
    0”/QIT以上10”/d以下の第2導電型のイオン
    を打込んだ層を有する半導体基板の表面領域に形成され
    た、第2導電型MOSトランジスタを駆動トランジスタ
    とすることを特徴とする差動増幅器。
JP59129161A 1984-06-25 1984-06-25 差動増幅器 Pending JPS6024056A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59129161A JPS6024056A (ja) 1984-06-25 1984-06-25 差動増幅器

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JP59129161A JPS6024056A (ja) 1984-06-25 1984-06-25 差動増幅器

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JPS6024056A true JPS6024056A (ja) 1985-02-06

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ID=15002649

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JP59129161A Pending JPS6024056A (ja) 1984-06-25 1984-06-25 差動増幅器

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JP (1) JPS6024056A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994019828A1 (en) * 1993-02-25 1994-09-01 National Semiconductor Corporation Fabrication process for cmos device with jfet
JPH098146A (ja) * 1995-06-16 1997-01-10 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法

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WO1994019828A1 (en) * 1993-02-25 1994-09-01 National Semiconductor Corporation Fabrication process for cmos device with jfet
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