JPH0334712A - 遮閉されたトランジスタ装置 - Google Patents

遮閉されたトランジスタ装置

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JPH0334712A
JPH0334712A JP2161136A JP16113690A JPH0334712A JP H0334712 A JPH0334712 A JP H0334712A JP 2161136 A JP2161136 A JP 2161136A JP 16113690 A JP16113690 A JP 16113690A JP H0334712 A JPH0334712 A JP H0334712A
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drain electrode
circuit
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JP2161136A
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Miki Moyal
ミキ・モイアル
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
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    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/14Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
    • H03K17/145Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Microwave Amplifiers (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】 発明の分野 この発明は、トランジスタ化された回路に関するもので
あり、より特定的には、通常トランジスタそれ自体は5
ないし6ボルト以上では動作しないところを、12ボル
ト範囲で作動し得るトランジスタ化された回路に関する
ものである。
発明の背景 CMO3技術を利用する従来の演算増幅器回路の設計に
おいては、より高い動作電圧が望ましいことは知られて
いる。より高い動作電圧は装置のサイズあたりの低い出
力インピーダンス、より大きい動作範囲および早いクリ
ッピングの回避を与える。
フィールド寄生から結果として生じるトランジスタの低
いフィールドしきい値ターンオン電圧のため、そのよう
な回路におけるより高い電圧は制限されている。また、
ドレイン接合上のより高いドーピングは、ドレイン−ソ
ースおよびドレイン−バルクの低いブレークダウンを強
制する。バイポーラ作用は通常はドレインの周囲のより
高いフィールドから起こり、それは動作電圧を制限し、
かつ狭い設計制約を強制する。多くの他の回路の応用に
おいて、低電源および高電源の双方を用いることが必要
である。
可聴処理チップ(CODEC3)の速度を改良するため
に、速度および密度の双方を得るように小さいトランジ
スタを(サブミクロン領域において)使用することが望
ましい。オンチップのアナログ−デジタルおよびデジタ
ル−アナログ変換がなければ、より大きいダイナミック
レンジを与え、早いクリッピングを避け、かつ非常に明
瞭な低いインピーダンス中間レベル接地を与えるために
より高い電圧スイングが望ましい。
しきい値電圧が3ボルト近くのDMOS装置において、
は、低いターンオンインピーダンスを与えるために少な
くともしきい値電圧の4倍すなわち12ボルトを有する
ドライバが望まれる。
したがって、より高い電圧のMOS)ランジスタはドレ
インをAll多結晶のシリコン(ポリシリコン)の高抵
抗層で囲むことにより製作されている。高抵抗層は、ゲ
ート電極の端縁の近くのフィールド濃度を妨げる。
そのような教示は、1986年9月30日にナカガワ氏
に発行された米国特許第4.614,959号および1
988年8月23日にナカガヮ氏らに発行された米国特
許第4,766.474号において提示される。
前述の遮閉はその意図された目的のために有効であるが
、それにもかかわらずいくつかの欠点を有する。
a、そのような装置は、通常は複雑さおよび製造費用を
加える特別のドーピングプロセスを必要とする。
b、そのような遮閉はより高い動作電圧を与えるが、通
常は高性能回路のために必要とされる10ボルトを超え
る動作電圧レベルに達しない。
発明の概要 この発明は、動作電圧(人力および出力の双方)が処理
能力を超える、すなわちトランジスタフィールドしきい
値およびスナップ・バック制限を超えるトランジスタ化
された回路の特徴をなす。
この発明のトランジスタ装置は、通常の製作プロセスを
修正することなしにこの結果を達成し、したがって費用
を抑える。
この発明のトランジスタ装置は、ドレイン電極をポリシ
リコンの環状のリボンを含むゲート電極で囲むという特
徴をなす。
ドレイン電極は小さくされ、そのため周囲のゲート電極
の表面区域はドレイン電極の表面区域の少なくとも5倍
である。円形の構造もまた改良された熱放散を与え、そ
れは電気的遮閉能力と関連して装置の動作電圧レベルを
増加する。
10ボルトのしきい値を超えるために、かつ約12ボル
トの電圧で動作するために、この発明はトランジスタ装
置のゲート電極を電位が変動しかつ正および負の回路の
バイアスの平均にキー動作されるトラッキング可能な電
源に結合させる。こうして、もし電源電圧がドリフトす
れば、ゲート電極は2つの平均である同じ電位に常に遭
遇するであろう。
トランジスタ装置を囲む箱状のフィールドプレート遮閉
はさらに電気的分離を提供する、なぜならトランジスタ
装置および他の構成要素の間に配置されるチャネル停止
を提供するからである。
ノイズは、回路においてトラッキング可能な源およびト
ランジスタゲート電極の間にキャパシタを配置すること
により効果的に抑制される。
この発明の目的は、10ボルトを超える電圧範囲におい
て動作する遮閉されたトランジスタ装置を提供すること
である。
この発明の他の目的は、標準のCMOSプロセスにより
製作することができる遮閉されたトランジスタ装置を提
供することである。
この発明のさらに他の目的は、通常動作する電圧範囲を
超えても機能的であり得る遮閉されたトランジスタ装置
を提供することである。
この発明のこれらおよびその他の目的は、添付の詳細な
記述と関連して考慮される後の詳細な記述を参照すると
、よりよく理解され、かつより明らかになるであろう。
発明の詳細な説明 一般的にいえば、この発明は、通常はトランジスタのブ
レークダウンを引き起こす電圧レベルを一般的に超える
延長電圧レベルにおける回路の動作を与える新しい遮閉
されたトランジスタ装置により構成される演算増幅器回
路の特徴をなす。トランジスタ装置は、そのゲートを変
動しかつ正および負の回路のバイアスの平均を超えるレ
ベルにキー動作される電位の源に接続される。
第1図を参照すると、2個のトランジスタQ。
およびQ4のチップ平面図が示される。前述のトランジ
スタは以下に述べられる第2図の回路図においてもまた
より詳細にわたって例示される。各々のトランジスタQ
、およびQ4はそれぞれに平均サイズのドレイン電極の
約20%から30%の減じられた表面区域を有するP+
ドレイン電極を含む。P+ドレイン電極は、均一な温度
勾配を与えるために正方形のかわりに円形につくられる
これは、熱放散およびQ、およびQ2の上の幅マスクエ
ツチングの変化のための改良されたオフセットの結果を
もたらし、それは順に装置10の電気的動作を改良する
。ドレイン電極1は、A(多結晶シリコン(ポリシリコ
ン)から製作されたゲート電極2により囲まれる。ゲー
ト電極2はドレイン電極1のための遮閉として機能する
。ゲート電極2はドレイン電極1の表面区域の約5ない
し7倍の環状のリボンとして製作される。
第2図に関してこれ以降より詳細に説明されるように、
ゲート電極2のコンタクト5はトランジスタ装置10を
電気的に遮閉するトラッキング可能な回路電位源に接続
される。
P+ソース電極3は、ゲート電極2を囲む。
ポリシリコンのフィールドプレート遮閉4は、トランジ
スタ装置10の全体を囲み、かつ正の回路電位VCCに
接続される。
第2図を参照すると、演算増幅器回路20が図式的な回
路において示される。この線形の演算増幅器は、構成要
素制約のために通常利用される通常の出力電圧の2倍の
範囲において機能する複合回路である。演算増幅器20
は、電圧源の中央にバイアスされる直列のP−チャネル
トランジスタおよび2個のN−チャネル装置を使用する
第1の差動状態を有する。
第2の状態利得は、Nチャネル装置をカスケードにする
こと、囲まれたドレインN−チャネル電流源および低い
出力インピーダンス駆動のための出力段階を利用する。
演算増幅器回路20は、第2a図および第2b図とそれ
ぞれに関連して述べられた11の従来のマスキングステ
ップからなる双タブCMOSプロセスである。
第2a図を参照すると、P−ウェルマスク50は第1に
N−サブストレート51に置かれる(ステップ1)。次
いで、第2b図において図示されるように、ソースドレ
インマスクが設けられ(ステップ2)次いでフィールド
注入マスク(ステップ3)およびポリゲートマスク(ス
テップ4)がそれに続く。次に示されるようにP0注入
マスク52がN−サブストレート51(ステップ5)に
挿入され、かつ次いでN”注入マスク53(ステップ6
)が挿入される。
第1のコンタクトマスク(ステップ7)が製作され次い
で第1の金属のマスクがそれに続く(ステップ8)。次
いで、第2のコンタクトマスク(ステップ9)に第2の
金属マスク(ステップ10)が続く。最終のスクラッチ
保護マスク(ステップ11)は製作プロセスを完了する
増幅器は、たとえトランジスタが通常は約5ボルトで劣
化し、かつ6ボルトで故障するとしても、12ボルトで
動作する。先行技術回路制限の部分は1個のトランジス
タの使用から結果として生じ、そのため回路性能はトラ
ンジスタのこれらの特徴により制限される。トランジス
タは、ドレイン接合における寄生フィールドおよび高度
のドーピングのための低いしきい値電圧を有する。バイ
ポーラ作用は、ドレインの周囲のより高いフィールドか
ら結果として生じる。
12ボルトの範囲で動作するために、この発明の演算増
幅器回路20は全体にわたって二重のトランジスタおよ
び第2図の(仮想的に示す箱)および第1図のチップ平
面図における遮閉されたトランジスタ装置10を使用す
る。トランジスタ装置10の中央の点Aは、回路30に
おいて示される(仮想的な箱)トラッキング可能な電位
源に接続される。トラッキング可能な電位源は変動する
が、正のVCCバイアスおよび負のVaa−バイアスの
平均をわずかに超える電位と等価の値に常にキー動作さ
れるかまたは固定される。
回路30はP−ウェル抵抗器R1およびR2のそれぞれ
および2個のトランジスタ装置およびQ4の特徴をなす
。QNおよびQMのトランジスタは、電位源回路30に
おいて、全体にわたって二重のトランジスタの特徴をな
しかつそのトランジスタ点Aにおいて電位に結合される
回路20に平衡を与えるために使用される。
囲まれたドレイン1および点Aのトラッキング可能なゲ
ート電圧を利用するトランジスタ装置10は、残余の回
路を通常電圧スイングに相関してまたはスルーイング(
stewing)の間にブレークダウンから速量する。
回路30の点Bは、正および負のバイアスの真の平均で
あり、たとえば通常約1ボルトである。
点Aにおける電圧は、約2ボルト(より正確にはVB 
+V+br*aha+a(Qa+ ) テ、ヨリヨイ動
作電圧である。
点rtJにおける総供給電圧出力は、約12ボルトであ
り、かつ点rBJは■。clボルトからva’a  (
約11ボルトの総電圧)にスイングする。
接地されたキャパシタCxは、回路20においてノイズ
およびリプルの抑制を与える。
特定の動作要件および環境に適合するように変えられた
他の修正および変更は当業者には明らかであるので、こ
の発明は開示の目的のために選ばれた例に制限されて考
慮されず、かつこの発明の真の精神および範囲から逸脱
しないすべての変更および修正を包含する。
こうしてこの発明を述べてくると、特許証により保護さ
れるように望まれることは、前掲の特許請求の範囲によ
り与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明のトランジスタ装置のチップ平面図
である。 第2図は、第1図において示されるこの発明のトランジ
スタ装置を組入れる演算増幅器回路の概略図である。 第2a図および第2b図は、第2図において例示された
回路を製作するためのCMOSプロセスにおけるマスキ
ング段階を示す断面図である。 図において、Q3およびQ4はトランジスタ、1はドレ
イン電極、2はゲート電極、3はP+ソース電極、4は
フィールドプレート遮閉、5はコンタクト、10はトラ
ンジスタ装置、20は演算増幅器回路、30は電位源回
路、50はP−ウェルマスク、51はN−サブストレー
ト、53はN1注入マスクである。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電気的遮閉、改良された熱放散およびゲートの幅
    におけるエッチングの誤りの解消を与えるゲート電極に
    より囲まれるドレイン電極を有する遮閉されたトランジ
    スタ装置であって、前記ゲートは変動しかつ正および負
    のバイアスの平均にほぼキー動作されるトラッキング可
    能な電位源に作動的に接続され、前記遮閉されたトラン
    ジスタ装置はその機能の範囲内の電圧レベルにおいて常
    に動作する、装置。
  2. (2)前記トランジスタ装置は通常10ボルトを超える
    より高いレベルの電位において機能する、請求項1に記
    載の遮閉されたトランジスタ装置。
  3. (3)前記トランジスタ装置の周囲に配置されるフィー
    ルドプレート遮閉をさらに含む、請求項1に記載の遮閉
    されたトランジスタ装置。
  4. (4)前記フィールドプレート遮閉はポリシリコンの箱
    状のリボンを含む、請求項3に記載の遮閉されたトラン
    ジスタ装置。
  5. (5)前記ドレイン電極はポリシリコンの環状のリボン
    を含む前記ゲート電極により囲まれる、請求項4に記載
    の遮閉されたトランジスタ装置。
  6. (6)前記ドレイン電極はポリシリコンの環状のリボン
    を含むゲート電極により囲まれる、請求項1に記載の遮
    閉されたトランジスタ装置。
  7. (7)前記トランジスタ装置は演算増幅器回路の部分で
    ある、請求項1に記載の遮閉されたトランジスタ装置。
  8. (8)前記トランジスタ装置はチャネルストップにより
    前記回路における他の構成要素から遮閉される、請求項
    7に記載の遮閉されたトランジスタ装置。
  9. (9)前記ゲート電極の表面区域は、前記ドレイン電極
    の表面区域の5倍を超える、請求項1に記載の遮閉され
    たトランジスタ装置。
  10. (10)環状のリボン状のゲート電極により囲まれたド
    レイン電極を有する遮閉されたトランジスタ装置であっ
    て、前記ゲート電極は変動しかつ正および負のバイアス
    の平均にほぼキー動作されるトラッキング可能な電位源
    に作動的に接続され、それによって前記遮閉されたトラ
    ンジスタ装置はその機能の範囲内の電圧レベルにおいて
    常に動作する、装置。
  11. (11)前記トランジスタ装置は通常10ボルトを超過
    するより高い電圧のレベルにおいて機能する、請求項1
    0に記載の遮閉された装置。
  12. (12)前記環状のリボン状のゲート電極およびソース
    電極の周囲に配置される付加的なフィールドプレート遮
    閉をさらに含む、請求項10に記載の遮閉されたトラン
    ジスタ装置。
  13. (13)前記フィールドプレート遮閉はポリシリコンの
    箱状のリボンを含む、請求項12に記載の遮閉されたト
    ランジスタ装置。
  14. (14)ノイズを減ずるために前記トラッキング可能な
    電位源および前記ゲート電極の間に配置されたキャパシ
    タ要素をさらに含む、請求項10に記載の遮閉されたト
    ランジスタ装置。
  15. (15)前記トランジスタ装置は演算増幅器回路の部分
    である、請求項10に記載の遮閉されたトランジスタ装
    置。
  16. (16)前記トランジスタ装置はチャネルストップによ
    り前記回路における他の構成要素から遮閉される、請求
    項15に記載の遮閉されたトランジスタ装置。
  17. (17)前記ゲート電極の表面区域は前記ドレイン電極
    の表面区域の5倍を超える、請求項10に記載の遮閉さ
    れたトランジスタ装置。
  18. (18)ポリシリコンの環状のリボンを含むゲート電極
    により遮閉されたドレイン電極を含む遮閉されたトラン
    ジスタ装置であって、前記ゲート電極はトラッキング可
    能な電位源に作動的に接続され、ポリシリコンの箱状の
    リボンのフィールドプレート遮閉は前記ゲート電極およ
    び前記ドレイン電極を囲む、装置。
  19. (19)前記ゲート電極の環状のリボンは、前記ドレイ
    ン電極の表面区域の5倍を超える表面区域を有する、請
    求項18に記載の遮閉されたトランジスタ装置。
  20. (20)前記トラッキング可能な電位は変動しかつ正お
    よび負の回路バイアスの平均を超える値にキー動作され
    る、請求項18に記載の遮閉されたトランジスタ装置。
  21. (21)前記ゲート電極および前記トラッキング可能な
    電位源の間に配置されたノイズ抑制キャパシタをさらに
    含む、請求項18に記載の遮閉された装置。
JP2161136A 1989-06-20 1990-06-19 遮閉されたトランジスタ装置 Pending JPH0334712A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US369,572 1989-06-20
US07/369,572 US4994891A (en) 1989-06-20 1989-06-20 Shielded transistor device

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JPH0334712A true JPH0334712A (ja) 1991-02-14

Family

ID=23456010

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US (1) US4994891A (ja)
EP (1) EP0404360B1 (ja)
JP (1) JPH0334712A (ja)
AT (1) ATE132657T1 (ja)
DE (1) DE69024544T2 (ja)

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EP0404360B1 (en) 1996-01-03
DE69024544T2 (de) 1996-08-29
EP0404360A2 (en) 1990-12-27
EP0404360A3 (en) 1991-09-25
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