專(zhuān)利名稱(chēng)：擴(kuò)散集成電阻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，尤其涉及包括擴(kuò)散集成電阻器的結(jié)構(gòu)和這種結(jié)構(gòu)在
放大電路中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
圖1示例了電子放大電路l，通常稱(chēng)為"電流檢測(cè)放大器"，它能夠測(cè)量流過(guò)線(xiàn)路中 的電流。放大電路1包括兩個(gè)輸入2和3和一個(gè)輸出0。第一輸入2與電阻器&的第一接 線(xiàn)端相連接。電阻器&的第二接線(xiàn)端與運(yùn)算放大器(0A)4的正極輸入相連接。第二輸入3 與電阻器R2的第一接線(xiàn)端相連接。電阻器R2的第二接線(xiàn)端與運(yùn)算放大器4的負(fù)極接線(xiàn)端 相連接。運(yùn)算放大器4的正極輸入還與NPN晶體管5的集電極相連接，NPN晶體管5的基 極與運(yùn)算放大器4的輸出相連接。晶體管5的發(fā)射極與放大增益為K的元件7相連接，元 件7的第二接線(xiàn)端經(jīng)由電阻器&接地，并經(jīng)由具有高輸入阻抗(B)的放大器9與放大電路 1的輸出O相連接。在輸入接線(xiàn)端2和3之間獲得的放大電路1的差分輸入電壓稱(chēng)為VKS， 從輸出0得到的放大電路的輸出電壓稱(chēng)為V。。輸入接線(xiàn)端2和3相對(duì)于接地的平均電壓稱(chēng) 為共模電壓V^。電阻器Rs安裝在放大電路l的外部，位于輸入接線(xiàn)端2和3之間。電阻器 Rs安裝在線(xiàn)路(未示出)上，希望測(cè)量它的電流。 在已知方式中，在電阻器&和R2相等的情況下，圖1中示例的放大電路1的增益 G等于 G=l=K* 由于設(shè)定了放電電路1的增益，因此電阻&、 R2和&的值和這些電阻之間的比值 必須非常精確。 在這里考慮了電阻器&、&和&是擴(kuò)散集成電阻器的情況。這種電阻器具有的優(yōu) 勢(shì)是能用低成本形成和具有相對(duì)精確的值。 圖2示例了擴(kuò)散電阻器的常規(guī)實(shí)施例。在輕摻雜P型半導(dǎo)體襯底21上形成輕摻 雜N型半導(dǎo)體層23。在層23中，N型阱25通過(guò)向下延伸到襯底21的且與參考電壓例如地 相連接的P型墻(wall) 27分隔，以使阱25與在半導(dǎo)體層23中和上面形成的其它組件隔離 開(kāi)。其中形成電阻器的阱25的一部分29，通過(guò)在層23和襯底21之間的邊界處的重?fù)诫sN 型掩埋層31垂直分隔，并通過(guò)連接掩埋區(qū)域31的重?fù)诫sN型墻33水平分隔。在阱25、29 的上面部分中，P型摻雜區(qū)35形成電阻器。該區(qū)域35例如是直線(xiàn)區(qū)域，它具有設(shè)定希望電 阻值的長(zhǎng)寬比。兩個(gè)連接接線(xiàn)端37和39設(shè)置在區(qū)域35的兩個(gè)位置。
在該電阻器用作為圖1的放大電路的電阻器Ri的情況下，接線(xiàn)端37與放大電路1 的輸入2相連接，接線(xiàn)端39與電路1的內(nèi)部元件相連接。 有兩種常規(guī)方式的偏置阱25、29。第一種包括使阱25、29偏置到電壓VJ如圖2 所示)，第二種包括使阱25、29浮置。 在第一種情況下，電壓K施加于墻33上并因此施加于掩埋區(qū)域31上，這均勻地 偏置阱25、29。電壓V工必須大于施加于電阻器的最大電壓以避免使P型區(qū)域35和N型阱25、29之間的PN結(jié)正向偏置。 然而，阱偏置到電壓^會(huì)引起兩個(gè)問(wèn)題，尤其當(dāng)電阻器用于像圖l那樣的放大電 路時(shí)，其中共模電壓很可能會(huì)變強(qiáng)。第一個(gè)問(wèn)題當(dāng)然是PN結(jié)35-29具有正向偏置的危險(xiǎn)。 第二個(gè)問(wèn)題是P型區(qū)域35中的空間電荷區(qū)域的延伸依賴(lài)于電壓K和共模電壓之間的電壓 差。因此共模電壓的變化會(huì)使接線(xiàn)端37和39之間的電阻值改變。在圖l的放大電路的增 益G的表達(dá)式中，應(yīng)注意，電阻器&和R2的值的同步變化不影響增益，因此不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。 然而，由于電阻&的值保持不變，電阻&的值的變化會(huì)改變?cè)鲆嬷?。?dāng)然，電阻&不會(huì)受 到在放大電路的輸入處的電壓變化的影響。增益G的變化通常是不希望的。
在第二種情況下，阱25、29保持浮置。因此，浮置阱25、29的電壓等于區(qū)域35的 最高電壓，其對(duì)應(yīng)于PN結(jié)的正向電壓降，約為負(fù)的0. 6V。 P區(qū)域35的空間電荷區(qū)的延伸因 而很小且基本恒定。 在第二種情況的可選方法中，通過(guò)將墻33與接線(xiàn)端37相連接，能給阱25、29偏置 到電阻器的最高電壓。然而，如果在電路的輸入2處施加的電壓和因此在電阻器的接線(xiàn)端 37施加的電壓變成負(fù)的，如在汽車(chē)應(yīng)用中這是常有的事，則由接地的P型墻27和N型阱25、 29形成的PN結(jié)會(huì)變?yōu)檎蚱?。這增加了形成寄生晶體管或者半導(dǎo)體閘流管的危險(xiǎn)。
出現(xiàn)最引起關(guān)注的第二種情況(浮置阱25、29)。因此試圖形成處于浮置阱中的擴(kuò) 散電阻器。本發(fā)明人已檢驗(yàn)了包括這種電阻器的測(cè)量電流的放大電路的結(jié)構(gòu)，之后發(fā)現(xiàn)，由 于電阻器Rs的電流恒定和因此l的值恒定，當(dāng)電阻器的平均電壓改變時(shí)，放大電路的輸出 電壓V。就會(huì)改變。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)輸入接線(xiàn)端受到電壓波動(dòng)時(shí)放大電路增益也會(huì)改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種擴(kuò)散電阻器，它的值不會(huì)隨施加給它的平均電壓而改變。 因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括在輕摻雜N型半導(dǎo)體阱的部 分中形成的由輕摻雜P型區(qū)形成的電阻器，該阱在輕摻雜P型半導(dǎo)體襯底上延伸，該阱通過(guò) 向下延伸至襯底的P型墻橫向分隔，該阱的部分通過(guò)在阱和襯底之間的界線(xiàn)處的重?fù)诫sN 型區(qū)域垂直分隔，和通過(guò)重?fù)诫sN型墻水平分隔，其特征在于，二極管位于電阻器的接線(xiàn)端 和重?fù)诫sN型墻之間，二極管的陰極與所述接線(xiàn)端相連接。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括位于電阻器的所述接線(xiàn)端和地之間的保護(hù)
二極管，所述保護(hù)二極管的陰極與所述接線(xiàn)端相耦合。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該區(qū)域是直線(xiàn)區(qū)域。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，二極管用雙極晶體管形成，它的基極與集電極相連接。 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種能夠測(cè)量線(xiàn)路中電流的放大電路，它包括兩個(gè)輸入和
一個(gè)輸出，第一輸入與第一電阻器的第一接線(xiàn)端相連接，第一電阻器的第二接線(xiàn)端與運(yùn)算
放大器的正極輸入相連接，第二輸入與第二電阻器的第一接線(xiàn)端相連接，第二電阻器的第
二接線(xiàn)端與運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入相連接，電路的增益取決于第一和第二電阻器中的一個(gè)
電阻器和電路內(nèi)部的第三電阻器之間的比率，第一和第二電阻器屬于上述類(lèi)型。 結(jié)合附圖，在特定實(shí)施例的下面的非限制性描述中，將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的
前述的、和其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)。


先前描述的圖1示例了能夠測(cè)量線(xiàn)路中電流的放大電路；
先前描述的圖2示例了在集成電路的阱中形成的擴(kuò)散電阻器； 圖3示例了與圖1相同的放大電路，它根據(jù)同步施加到電路輸入的電壓變化能夠 檢測(cè)放大電路的增益； 圖4示例了關(guān)于圖3電路的時(shí)間曲線(xiàn)； 圖5示例了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的浮置阱的電阻器；禾口 圖6示例了本發(fā)明的電阻器的具體實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
為了清楚，在不同的圖中用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，另外，集成電路的表 示法如往常一樣，圖示出了集成電路部分的截面圖且沒(méi)有按比例繪制。
圖3示出了與圖1 一樣的放大電路，其中電阻器I^是圖2中具有阱25、29保持浮 置的類(lèi)型的電阻器。電阻器&位于輸入接線(xiàn)端2和3之間。通過(guò)設(shè)置與電阻器&串聯(lián)的 恒定電流源41，電阻器Rs兩端的電壓VKS保持恒定值。作為實(shí)例，電壓VKS的值可以保持在 50mV。供給矩形脈沖電壓VeM的電壓源43位于接線(xiàn)端3和地之間。由于流過(guò)電阻器Rs的 電流恒定，該電壓源能夠同步改變施加在接線(xiàn)端2和3上的電壓。換句話(huà)說(shuō)，該電壓源為放 大輸入提供可變的共模電壓VCM。作為實(shí)例，電壓源43可以提供振幅等于10V的矩形脈沖。
圖4示出了關(guān)于圖3的電路的三個(gè)時(shí)間曲線(xiàn)。第一個(gè)曲線(xiàn)示出了由電壓源43提 供的電壓VcM，第二個(gè)曲線(xiàn)示出了放大電路l的輸出0上的電壓V。，第三個(gè)曲線(xiàn)示例了電阻1^ 的值。這些曲線(xiàn)示例了在時(shí)間1\和時(shí)間T2之間，電壓VCM從14V迅速地下降到4V的情況。 理論上，在時(shí)間1\和T2之間，由于輸入接線(xiàn)端2和3之間的電壓VKS不變，放大電路1輸出 的電壓V。應(yīng)該恒定。然而，在圖4中，應(yīng)該注意，在時(shí)間1\和T2之間，電壓V。實(shí)際上從4. 5V 下降到和改變?yōu)?. 36V，之后在時(shí)間T2以后，電壓V。緩慢地返回到4. 5V。這意味著，由于 輸入電壓VKS恒定，放大電路的增益G會(huì)改變。本發(fā)明人已研究了該異常的原因并發(fā)現(xiàn)，與 常規(guī)偏見(jiàn)相反，這歸因于當(dāng)共模電壓突然降低時(shí)電阻器Ri的值會(huì)改變的事實(shí)。如圖4的第 三個(gè)曲線(xiàn)所示，隨著輸出電壓V。的改變電阻&的值將相反地改變。在1\和T2之間，當(dāng)VCM 降低時(shí)，&的值就會(huì)從10kQ改變?yōu)?0. 5kQ ，之后在時(shí)間T2以后&的值會(huì)緩慢地返回到 10kQ 。因此將放大電路輸出電壓V。的改變聯(lián)合到電阻&的值的改變。
這可以用事實(shí)來(lái)解釋?zhuān)?dāng)VeM降低時(shí)，電阻器&的輸入接線(xiàn)端的電壓就會(huì)降低，區(qū) 域35的電壓將變得比阱25、29的電壓更小。區(qū)域35和阱25、29之間的PN結(jié)將會(huì)倒置?，F(xiàn) 在，PN結(jié)的反向漏電流很小，由此結(jié)的另一側(cè)上的電壓的平衡返回就要花費(fèi)一些時(shí)間。在 平衡返回的時(shí)間期間，區(qū)域35和阱25、29之間的壓差變化將改變?cè)趨^(qū)域35和阱25、29之 間的結(jié)點(diǎn)處的空間電荷區(qū)的延伸。在區(qū)域35中穿過(guò)的載流子數(shù)量減小，這將增加電阻器I^ 的值。應(yīng)該注意，在VcM增加的情況下，由于區(qū)域35和阱25、29之間正向連接，所以不會(huì)造 成這個(gè)問(wèn)題。因此在這方面平衡返回將更迅速地產(chǎn)生。 圖5示例了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的浮置阱的電阻器。該電阻器的通用結(jié)構(gòu)與圖2的 結(jié)構(gòu)一樣，阱25、29保持浮置。將不再詳細(xì)地描述。
為了加速阱25、29的平衡返回，本發(fā)明的實(shí)施例提供了位于接線(xiàn)端37和重?fù)诫sN 型墻33之間的二極管45，它的陰極與接線(xiàn)端37相連接且它的陽(yáng)極與重?fù)诫sN型墻33相連 接。因此，在該結(jié)反向上，二極管45與形成在區(qū)域35和阱25、29之間的PN結(jié)并聯(lián)。
當(dāng)區(qū)域35的平均電壓大大降低時(shí)，阱25、29的電壓將變得比區(qū)域35的電壓更大。 二極管45是導(dǎo)電的，且能夠快速返回平衡。當(dāng)然，二極管45的正向電流比區(qū)域35和阱25、 29之間的PN結(jié)的反向漏電流更大。因此在區(qū)域35的平均電壓降低期間，電阻值變化很小。 在區(qū)域35的平均電壓增加的情況下，二極管45將被阻斷，并經(jīng)由區(qū)域35和阱25、29之間 的PN結(jié)執(zhí)行平衡返回。 另外，當(dāng)電阻器35放置在電路的輸入處時(shí)，如圖3電路的電阻器&的R2，在接線(xiàn) 端37的電壓變?yōu)樨?fù)的情況下，二極管45將提供避免寄生晶體管或者半導(dǎo)體閘流管形成的 優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，特別是在適用于汽車(chē)應(yīng)用的電路中，與極性改變相反的保護(hù)二極管放置在每個(gè) 輸入接線(xiàn)端和地之間，這些保護(hù)二極管的陽(yáng)極耦合到地相。當(dāng)輸入電壓變?yōu)樨?fù)時(shí)，伴隨的保 護(hù)二極管將變?yōu)檎蚱茫宜苁关?fù)電壓流向地。 更具體地，在圖5的電路的實(shí)際實(shí)施例中，保護(hù)二極管(未示出)位于接線(xiàn)端37和 地之間。因此，通過(guò)串聯(lián)連接二極管45和由P型墻27和N型阱25、29形成的PN結(jié)，將接 線(xiàn)端37耦合到地，還通過(guò)保護(hù)二極管將接線(xiàn)端37耦合到地。當(dāng)接線(xiàn)端37的電壓為負(fù)時(shí)， 該電壓流過(guò)具有最小電壓降的線(xiàn)路，即，經(jīng)由保護(hù)二極管。因此，由P型墻27和N型阱25、 29形成的PN結(jié)保持反向偏置，避免寄生晶體管或者半導(dǎo)體閘流管形成，當(dāng)PN結(jié)與保護(hù)二極 管并聯(lián)且它正向偏置時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。 圖6示例了本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖6，在其右邊一半處，包括與圖2的結(jié)構(gòu)相同 的電阻器，它的阱保持浮置。在圖6的左邊部分形成二極管45。在形成于半導(dǎo)體層23中的 阱47中形成二極管45，并用與包圍阱25的結(jié)構(gòu)一樣的P型墻27將二極管45隔開(kāi)。在阱 47和P型摻雜襯底21之間的界線(xiàn)處，形成與掩埋區(qū)31 —樣的重?fù)诫sN型掩埋區(qū)51 。在阱 47中，為了形成二極管45，形成其基極與其集電極連接在一起的電阻器。因此，在阱47的 上面部分中，形成組成晶體管發(fā)射極的N型區(qū)域53，它被組成晶體管基極的P型區(qū)域55包 圍。重?fù)诫sN型區(qū)域57形成在N型阱47中，且形成晶體管的集電極接觸點(diǎn)。為了得到希 望的二極管45， N型發(fā)射極53與接線(xiàn)端37相連接，且P型基極55通過(guò)重?fù)诫sN型區(qū)域57 與集電極相連接并與重?fù)诫sN型墻33相連接。因此獲得了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的二極管，它 的陰極與接線(xiàn)端37相連接，它的陽(yáng)極與墻33相連接。 應(yīng)該注意，圖6示出的實(shí)例不是限制性的，以圖5示出的方式連接的任何類(lèi)型的二 極管都是合適的。 當(dāng)然，本發(fā)明很可能具有本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易產(chǎn)生的各種變更、更改和改進(jìn)。這 種改變、變更和改進(jìn)意指成為該公開(kāi)的一部分，且意指在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，前 述的說(shuō)明僅是實(shí)例的方式，而不是意指限制性的。本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求和其等價(jià)物 限制。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括電阻器，所述電阻器由形成在輕摻雜N型半導(dǎo)體阱(25)的部分(29)中的輕摻雜P型區(qū)域(35)形成，該阱在輕摻雜P型半導(dǎo)體襯底(21)上延伸，該阱通過(guò)向下延伸至襯底(21)的P型墻(27)橫向分隔，阱(25)的部分(29)通過(guò)在阱(29)和襯底(21)之間的界線(xiàn)處的重?fù)诫sN型區(qū)域(31)垂直分隔并通過(guò)重?fù)诫sN型墻(33)水平分隔，其中二極管(45)位于電阻器的接線(xiàn)端(37)和重?fù)诫sN型墻(33)之間，二極管(45)的陰極與所述接線(xiàn)端(37)相連接。
2. 權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括位于電阻器的所述接線(xiàn)端和地之間的保護(hù)二極管， 所述保護(hù)二極管的陰極與所述接線(xiàn)端相耦合。
3. 權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該區(qū)域(35)是直線(xiàn)區(qū)域。
4. 權(quán)利要求l的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該二極管(45)用雙極晶體管形成，它的基極(55)與 集電極(57)相連接。
5. —種能測(cè)量線(xiàn)路中電流的放大電路(l)，包括兩個(gè)輸入(2，3)和一個(gè)輸出(O)，第一 輸入(2)與第一電阻器(R》的第一接線(xiàn)端相連接，第一電阻器(R》的第二接線(xiàn)端與運(yùn)算放 大器(4)的正極輸入相連接，第二輸入(3)與第二電阻器(R2)的第一接線(xiàn)端相連接，第二 電阻器(R2)的第二接線(xiàn)端與運(yùn)算放大器(4)的負(fù)極輸入相連接，該電路的增益取決于第一 和第二電阻器中的一個(gè)電阻器和電路內(nèi)部的第三電阻器(RJ之間的比率，其中第一和第二 電阻器(R" R2)中的每個(gè)都是如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的類(lèi)型。
全文摘要
電阻器由形成于輕摻雜N型半導(dǎo)體阱(29)的部分(29)中的輕摻雜P型區(qū)域(35)形成，輕摻雜N型半導(dǎo)體阱在輕摻雜P型半導(dǎo)體襯底(21)上延伸，該阱通過(guò)向下延伸至襯底的P型墻(27)橫向分隔，該阱的部分通過(guò)在阱和襯底之間的界線(xiàn)處的重?fù)诫sN型區(qū)域(31)垂直分隔并通過(guò)重?fù)诫sN型墻(33)水平分隔。二極管(45)位于電阻器的接線(xiàn)端(37)和重?fù)诫sN型墻(33)之間，二極管的陰極與所述接線(xiàn)端相連接。
文檔編號(hào)H01L27/06GK101730937SQ200880023452
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者多米尼克·伯杰, 瑟吉·龐塔羅洛 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體有限公司