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JPS61272964A - 半導体抵抗素子 - Google Patents

半導体抵抗素子

Info

Publication number
JPS61272964A
JPS61272964A JP60115855A JP11585585A JPS61272964A JP S61272964 A JPS61272964 A JP S61272964A JP 60115855 A JP60115855 A JP 60115855A JP 11585585 A JP11585585 A JP 11585585A JP S61272964 A JPS61272964 A JP S61272964A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistance element
fet
gate
terminal
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60115855A
Other languages
English (en)
Inventor
Kei Toyama
圭 遠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP60115855A priority Critical patent/JPS61272964A/ja
Priority to KR1019860004152A priority patent/KR900000063B1/ko
Priority to DE8686304057T priority patent/DE3673605D1/de
Priority to EP86304057A priority patent/EP0222467B1/en
Publication of JPS61272964A publication Critical patent/JPS61272964A/ja
Priority to US07/221,019 priority patent/US4810907A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

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】 〔概要〕 半導体基板上に多数のショットキー接合型、あるいは接
合型FETを能動素子として形成する集積回路装置にお
いて、これら能動素子を相互に、あるいは外部回路と接
続するに当たり必要とする抵抗素子は、通常基板上にF
ETの形成とは別のプロセスで、形成されるためバラツ
キが大きい。
本発明ではFET自体を精度の高い抵抗素子として使用
することを目的とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、能動素子としてショットキー接合型FET 
(MESFETと略す)、あるいは接合型FET (J
FETと略す)を主とせる集積回路装置において、これ
らFETに接続される基板上の抵抗素子に関する。  
 ゛ 多数のMESFETあるいはJFETを一つの基板上に
形成する集積回路装置において、これらを相互に接続し
たり、あるいは外部回路と接続するのに必要とする抵抗
素子は通常基板上に不純物領域として形成される。
これらの抵抗素子は電流制限用、あるいは電圧の分割用
等多くの目的に使用されるが、精度の高い抵抗値を得る
のに問題があり、改善を要望されている。
〔従来の技術〕
これらの抵抗素子は、基板上に素子領域をパターンニン
グして不純物の導入を行い、その領域の不純物の濃度と
、パターンニングの寸法により必要とする抵抗値を得る
方法が一般にとられている。
抵抗値の精度をあまり問題としない場合は、この方法で
も充分であるが、抵抗値を正確にコントロールする必要
のある場合には、信頼度の高い集積回路を得ることが出
来ない。
特に正確なる抵抗特性、あるいは電位の変化を与える必
要がある回路の一例として、タングステンシリサイド(
WSi)をゲートメタルとせるGaAs−FETを使用
したレベルシフト回路について説明する。
第5図は抵抗を用いたレベルシフト回路を示す。
図において1は前段よりの入力端子、2は出力端子を表
す。Q、、 QzはそれぞれFETを表し、抵抗Rを間
に挟んで電源V0に接続される。
トランジスタQ2はノーマリオン型のFETで、ゲート
電極とソース電極は短絡されていて、これによって規制
されるドレイン電極IDSによって抵抗Rの両端に生ず
る電位降下、即ちI++sXRがシフト電圧を決定する
上記の回路よりも更に精度の高いシフト電圧を得る方法
として、ショットキーダイオードDIを第5図のRの代
わりに用いた例を第6図に示す。
ショットキーダイオードは、基板上にFETとは別工程
で形成することも可能であるが、MESFETの場合は
、同時に形成することも可能である。
ショットキーダイオードは立ち上がり電圧が略一定で、
一定のシフト電圧を与えるのに好都合である。− WSiをメタルとして、GaAs基板にできるショット
キーダイオードの場合、−個のダイオードで約0.6■
のシフト電圧を得ることが出来る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記に述べた、従来の技術の抵抗を基板上に形成する方
法は、基板に抵抗の形成領域をパターンニングすること
が必要であり、更に、不純物のイオン打ち込みアニール
等のプロセスを伴う。
これらの工程は、それぞれ寸法の誤差、あるいはプロセ
スコントロールのバラツキ等により抵抗・値の変動を与
える要素となる。
また、ショットキーダイオードを用いる方法は、シフト
電圧の精度は高いが、一定であり、任意の電圧に選択す
ることが出来ない。僅かにダイオードを複数個、直列に
接続することにより一個の場合の倍数のシフト電圧を得
ることが出来る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、基板上に抵抗素子の形成に当たり、ME
 S F ETあるいはJFETの構造として形成し、
ゲート電極とドレイン電極を接続する方法で、抵抗素子
として用いることよりなる本発明の方法により解決され
る。
即ち、抵抗素子としては、FETのゲート電極とドレイ
ン電極とを接続して一つの端子とし、この端子とソース
電極間をゲート電極の立ち上がり電圧VF以下の範囲で
、抵抗素子として回路構成して用いる。
上記抵抗素子として用いるFETの形成を、他の能動素
子として用いるFETと同時に同じプロセスで形成する
ことも可能である。
また、従来の技術の項で説明せるレベルシフト回路に適
用するに当たり、抵抗あるいはショットキーダイオード
の代わりに用いることにより、精度が高く、且つ選択の
自由度の広い抵抗素子として用いることが可能となる。
〔作用〕
MESFETあるいはJFETのゲート電極とドレイン
電極を接続し、ソース電極との間を抵抗素子として用い
ることにより、プロセスのバラツキに対して電位降下の
変動の少ない抵抗素子を得る。
抵抗素子として用いるFET素子は、他の能動素子とし
て用いるFETと同時に形成することが可能で、且つ、
下記の実施例のごと(電位降下の変動の少ない特性が得
られる。
〔実施例〕
以下、本発明による一実施例を図面により詳細説明する
第1図はMESFETをレベルシフト回路に適用せる一
例を示す。Q 、Q z、 Q sはそれぞれ半導体基
板上に形成されたMESFETを示す。QllQz、Q
sは全てノーマリオン型FETで同じ製造工程で形成さ
れるものとする。
1が入力端子、2は出力端子を表すことは変わらない。
Qzは本発明の抵抗素子として用いるFETであってゲ
ート電極はドレイン電極に接続されている。Qtが抵抗
素子としての機能を果たす理由を更に詳しく説明する。
第2図は、MESFETのドレイン特性を示す。
横軸はドレイン〜ソース間の電圧vD3で、縦軸にドレ
イン電流!。、をゲートルソース電圧v6.をパラメー
タとして示している。
第2図においてFETのゲート、ドレインを接続して抵
抗素子とした特性は、同図でVt+SとVGSの等しい
点を結んだ点線Aで示される。
これで明らかなごとく、点線Aは比較的直線に近い特性
曲線となる。これはQtを抵抗素子として用いるのに好
適であることを表している。
第2図において、曲3sBはFETのゲート、ソース間
のダイオード特性を表しており、本発明のFETを抵抗
素子として利用出来る範囲は、曲線Bの左側の領域に限
定される。
即ち、曲線Bの立上がり電圧vFは略0.6■であり、
Qtを抵抗素子として使用する際のシフト電圧はこの電
圧以下でなければならない。
即ち、Qtを流れる電流は第2図でAとBの各曲線の交
点Pにおけるドレイン電流tos以下という制限が必要
である。
第1図の回路で上述の制限を満足するQtとQ。
の関係を求める。
ME S F ETのドレイン電流tosを求める実験
式は色々な形で発表されているが、ゲート幅W6に対し
ては比例関係があることが知られている。
いまQ、、Q3のゲート幅をそれぞれW。、W、3とし
、■、以下でQtを動作させるため、FETの設計に当
たり、必要なる条件式を求める。
Q、は飽和領域、Qtは非飽和領域で動作しているもの
とすると、 lD、、xβzVost C2(Vest   Vth
g)  Vast)×(1+λgVosz)     
・−・−・−・−・・(1)IDS3”β3(VGS3
  Vth3)”(1+λ3 V o s 3 )−(
2)上式中β、λ+ V th+ V fls+ V 
GSはそれぞれのFETの伝達コンダクタンス、チャネ
ル長変調係数、しきい値電圧、ドレイ間電圧−ス間電圧
、ゲートルソース間電圧を表す。
Qtはゲートルドレイン端子を接続しているため、 V GSZ ” V 082  となる。
出力端子2から流出する電流を0とすると、I D52
” 1)1)3  の関係より、βzVosz (2(
Vest −Vthz)  V++sz) (1+λ2
XVnsz)=β3(Vl、!3  Vzh+)”(1
+λ3V、、、)−−−−−−−一−−−−−−−−−
・(3)v oszはシフト電圧V□1□となるので、
これをVF以下に抑えることが必要となる。
Qt、Q:lは同一工程で形成するものとすると、しき
い値はQz、Q3共にvtkとなり、伝達コンダクタン
スβはゲート幅weに比例するため、β2/βx =W
G3/W6! となる。
また、簡単のためチャネル長変調係数λを無視し、(3
)式よりシフト電圧v3旧Vτ(即ちVosz)を求め
ると、 V3NIFT= Vosz= Vth (1+(1+W
es/Vl/、z)””)−−−−−・−−一−−−・
−・・・(4)となる。(4)式よりQzによる抵抗素
子をゲートの特性のvF以下で使用できる範囲は、 VF > Vth (1+(1+Wcs/Wr、g)”
”) −(5)となり、QzとQ、を同一工程で形成し
た場合、(5)式を満足するようにそれぞれのFETの
ゲート幅WGzとWo3を決定すればよい。
上式は簡単のため、Qzと03を同一工程で形成した場
合について求めたが、別の特性のFETの場合は、(3
)式をV、、、についてそのま末展開し・v、>vas
tに当てはめれば良い。
必要なるシフト電圧が与えられ、且つ、Q、に流す飽和
電流(Vcs=Oにおける)を一応仮定すると、必要と
するゲート幅W、3.W、、が次の手続きにより決定さ
れる。
この目的のためゲート長、ソース、ドレイン不純物の領
域等を一定として、ゲート幅のみを変化させたFETを
数種類試作を行い、第2図のごとき特性曲線のデータを
取れば、ドレイン電流はゲート幅と比例関係にあるので
、Qzに必要とするゲート幅WGSが求まる。
Woが決まれば、Qzのゲート幅以外のデバイスパラメ
ータはQ、と同一として、上記の関係式より必要とする
Qzのゲート幅W。の寸法範囲も決定できる。
実際の集積回路の設計に当たっては、QIIQ!IQ、
のFETは基板上に接近して配置され、且っQl、Qt
のゲート幅は同一の寸法とする。
Q、、Q3は同一の製造工程で形成されるため、Qlと
Q、のゲート幅を等しくすることでこの2つのFETは
特性は全く同一のものとなり、その結果Q1のゲート電
位とソース電位は、はぼ等しくなる。従って、出力端子
には入力端子1に印加せる電位よりもQzによるシフト
量だけ低い電位が出力される。
本発明による抵抗素子がプロセス変動に強い理由を述べ
る。
プロセスのバラツキにより、Q3なるFETのドレイン
電流が大きくなって素子が完成しても、この時のQzは
同一のプロセスを通っているので、抵抗値は低くなり、
従って結果的にはQzによる電位降下、即ちレベルシフ
ト量は大きく変わらないという好結果を得る。
また、QzとQ3を別工程で形成しても、上述のことは
当てはまる。即ち、別工程で作られたFET特性につい
ても、同一ウエバ内であれば相関関係が当てはまるため
である。また、Q、とQ3をチップ上にレイアウトする
際、接近させておけば、FET特性の近隣相関により上
述のことはより一層強まる。
本発明による抵抗素子では、シフト電圧はVF以下とい
う制限を生ずるので、71以上のシフト量を必要とする
場合は、第3図、第4図に示す方法を適用することが可
能である。
即ち、第3図はショットキーダイオードD、を1個、Q
 lh Q zとの間に挿入して約0.6 Vのシフト
電圧を嵩上げした回路であり、第4図は抵抗素子をQz
、にhの2個の構成として、2倍のシフト電圧を得る回
路を示す。
上記の実施例は、ME S F ETを採り上げて説明
したが、JFETも基本的な特性は全(同一であること
は良く知られている。従って、本発明は余で同一の方法
でJFETにも適用可能である。
唯、立上がり電圧V、は、MESFETよりも高くなり
、約1.2vとなるが、それ以外は殆ど変わらない。
実施例として、レベルシフト回路について説明したが、
本発明による抵抗素子は、レベルシフト回路について限
定されるものでなく、抵抗素子に電流を流して使う回路
形式であれば広く適用可能である。
〔発明の効果〕
以上に説明せるーごとく、本発明による抵抗素子構造を
MESFET、あるいはJFET集積回路に適用するこ
とにより、FETの製造と同じプロセスで同時に精度の
高い抵抗素子が形成可能となる。
また、レベルシフト回路に用いることにより、従来の方
法での抵抗値のバラツキ、あるいはショットキーダイオ
ードによるシフト電圧しか得られないという問題点を解
決することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかわるレベルシフト回路、第2図は
本発明を説明するためのMESFET特性、 第3図、第4図は本発明にかかわる別の実施例、第5図
、第6図は従来の方法によるレベルシフト回路を示す。 図面において、 ■は入力端子、 2は出力端子、 Q、、 Q2. Qff、 Q、はそれぞれFET。 Rは抵抗、 D、はショットキーダイオード、 VDDは電源、 をそれぞれ示す。 4(6川IC1Pかff1L1’ルシ7ト口を芥第IW VDD               VDD第3図 
   別−電謄σグ 第4図 、!日月tetirIq?S/’、/14MESFET
拌+1第2図 従Escへ−ルシ7ト囲曝 第5rI!J 妙しヤルシフl−ロ路 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に少なくともショットキー接合型、
    あるいは接合型FETよりなる能動素子と、抵抗特性を
    もつ受動素子とを同一基板上に形成するに当たり、 該受動素子としては、該FETのゲート電極とドレイン
    電極とを接続して一つの端子とし、該端子とソース電極
    間をゲート特性の立ち上がり電圧V_F以下の範囲で抵
    抗素子として、前記基板上の他の素子と接続して用いる
    ことを特徴とする半導体抵抗素子。
  2. (2)前記受動素子の形成を、前記能動素子の形成プロ
    セスと同時に行うことを特徴とする特許請求範囲第(1
    )項記載の半導体抵抗素子。
  3. (3)前記半導体抵抗素子を同一基板上に形成せる他の
    素子と接続して使用するに当たり、 該抵抗素子のゲート、ドレイン端子には、ドレインを電
    源の一端に接続され、ゲート電極を入力端子とせる第1
    のFETを接続し、 更に、該抵抗素子のソース端子には、ゲートをソースに
    接続、あるいはゲートとソース間に一定のバイアスを印
    加し、ソースを電源の他端に接続し、ドレイン電極を出
    力端子とせる第2のFETを接続することよりなるレベ
    ルシフト回路に用いることを特徴とする特許請求範囲第
    (1)項記載の半導体抵抗素子。
JP60115855A 1985-05-28 1985-05-28 半導体抵抗素子 Pending JPS61272964A (ja)

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JP60115855A JPS61272964A (ja) 1985-05-28 1985-05-28 半導体抵抗素子
KR1019860004152A KR900000063B1 (ko) 1985-05-28 1986-05-27 반도체 집적회로에 사용된 반도체 저항요소
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EP (1) EP0222467B1 (ja)
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