对多晶硅的精细电阻调节制造技术

一种由多晶硅电阻器分段形成的电阻器串数模转换器，其中对各个分段施加了电场。该方法提高了整体准确度。

【技术实现步骤摘要】
对多晶硅的精细电阻调节
技术介绍
许多电路需要良好匹配的电阻器。然而，由于工艺限制，可获得的匹配通常有限。 需要良好匹配的电路示例包括但不限于模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。DAC是一 种采用多个数字位作为输入并产生相应的模拟输出的电路。一种DAC设计方法是电阻器串 或R-DAC。该电路布局在高基准电压与低基准电压之间以串联方式设置多个电阻器或其他 电阻性电路元件。开关阵列由数字输入位控制。这些开关确定电阻器之间的连接，从而确 定输出电压。电阻器的数量取决于期望分辨率——在最简单的概念性方法中，对于16位转 换器，例如，通常需要216-1或65，535个电阻器来提供所有可能的输出电平。其他DAC设计方法利用更少数量的电阻器实现同一目的。例如，所谓的分段R-DAC 通过使用至少部分并联设置的两个或多个电阻器串分段减少了所需电阻器的总数量。由最 高有效输入位控制的第一分段提供粗输出近似。第二和随后的分段由更低有效位控制，并 提供输出的更精细选择。当单调性是主要考虑的问题时，电阻器串DAC是合适的体系结构。然而，该体系结 构不适用于高分辨率DAC，因为电阻性元件的数量随着期望分辨率呈指数增加。因此，对于 较高分辨率的DAC，分段R-DAC体系结构通常在单调性与复杂性之间找到良好的折衷。利用数量减少的电阻提供增大的分辨率的另一方法是R2R体系结构。R2R体系结 构主要由以阶梯状配置设置的重复电阻器阵列组成。在R2R阶梯实现中，该阶梯中的电阻 器包括基准电阻值R和两倍于该值的电阻值2R。该R和2R电阻值使输入位按照它们对输 出电压的影响而加权。该体系结构还可实现高精确度和低响应时间。但因为R2R阶梯通常 还需要外部缓冲器来提供低阻抗连接，所以它们在某些应用中不够理想。
技术实现思路
在选定实施例中，提供了 一种机制以提供对诸如数模转换器(DAC)之类的精确电 路中的诸如但不限于电阻器之类的电阻性电路元件的精细调节。各个电阻性电路元件的电 阻值通过施加一个或多个电场以调节电压系数而受影响。该电场可在上部处、在下部处、沿 上部、沿下部、或在上部内、在下部内施加至电阻性元件，或施加至顶部和底部二者，或以其 他方式施加。在一个示例实施例中，电阻器串中的各个电阻性元件被置于下方的扩散阱和置于 上方的金属板夹置。控制电压施加至上金属板，且一组不同的控制电压施加至下扩散阱。控 制电压用于独立调节各个电阻性元件的电压系数，从而精确地控制它们各自的电阻值。这些控制电压可在测试校准过程中设定于最优值，该测试校准过程测量该电路的 一个或多个响应以确定电阻器的实际电阻值，并将它们与理想电阻值比较。在一个实现中， 控制电压的数字表示存储在与R-DAC同一芯片上的某些形式的非易失性存储器中。与开关 矩阵连接的辅助DAC将所存储的数字值转换成模拟电压，并将这些电压施加至各个电阻性 元件的扩散阱和金属板。在另一实现中，这些控制电压可在电路工作期间动态地确定。该方法可用于响应于诸如温度之类的环境工作条件的变化来提供对电阻值的精细控制。辅助DAC可以是低分辨率DAC，且具有低准确度要求。这是因为辅助DAC的任何不 准确均可在校准过程中被解决。在诸如多段R-DAC之类的优选实施例中，电压系数校准方案仅需对第一分段进 行。DAC的第一分段要求最高精确度的电阻值，且最容易受不准确性影响。还可能以其他方式提供对电阻性部件的精细调节，只要用于电阻值的电路层具有 可用且可调节的电压系数。在一个实施例中，多晶硅电阻器可用作该电阻性元件。然而，MOS晶体管也可用于提供该电阻性元件。在该实施例中，场氧化物和/或 浅槽隔离(STI)区域可用于在MOS栅结构下提供耗尽区。在一种方法中，场氧化物层放置 在N阱内形成的NMOS型结构上。在该实现中，该NMOS结构变成在栅氧化物区域下提供电 荷沟道的耗尽型器件，从而有效地用作连接源和漏端子的导电板。如果源和漏端子短路，则 相对于栅端子施加的电压将出现在跨越栅(用作电阻性元件)氧化物的沟道上，并允许电 阻值的调制。或者，P阱中的NMOS晶体管或N阱中的PMOS的多晶硅栅极可用作电阻器元 件，其中主体连接用作调制栅电阻的控制端子。该晶体管栅极可以是自对准多晶硅化物或 非自对准多晶硅化物，且均在本专利技术的范围内。附图说明如附图中所示，根据本专利技术的优选实施例的以下更具体说明，本专利技术的上述和其 它目的、特征以及优点将变得显而易见，在附图中的不同图中相同的附图标记指示相同部 分。这些附图不一定按比例绘制，而是着重于说明本专利技术的原理。图1是简单的R串DAC。图2是在分段之间使用缓冲器的示例分段R-DAC。图3是无缓冲器的分段R-DAC的示例。图4是利用以串联方式连接的多晶硅电阻器构造的子分段部分的示例，各个电阻 性元件具有处于下方的扩散阱和处于上方的金属板，以提供对电阻值的控制。图5是分段R-DAC的框图，其示出了包括基准电压发生器和用于施加如从非易失 性存储器所读取的基准电压的交叉点开关的辅助DAC。图6是该交叉点开关的更详细示图。图7A、7B以及7C示出了可用于提供电阻性元件的多种类型的结构。图8A、8B以及8C更详细地示出了两个不同的电阻性MOS晶体管(匪OS或PM0S) 结构。影响多晶电阻值的电场可利用源一漏和/或主体端子来建立。晶体管可以是耗尽型 或增强型器件。具体实施例方式图1示出简单的R串DAC体系结构。在所示实现中，N+1个电阻性电路元件 R。、……、Rn以串联的方式放置。一组结构在节点处提供N个输出电压V。、……、VN_lt)可 获得的最大分辨率由该串中的电阻性元件的数量确定。然而，相对准确度受各个电阻值的 最大可获得准确度限制。本文中所描述的装置和方法用于允许对各个元件的电阻值的精确 调节。这些调节可在制造期间、测试阶段或在R-DAC现场工作期间确定。更具体地，实际上不可能确保每个电阻性元件R。、……、Rn的电阻值精确相等。由 半导体工艺缺陷引起的随机电阻性部件不匹配是不可避免的。然而，多晶硅和扩散型电阻 器呈现非零电压系数。即，可通过施加电场而影响和调制它们的电阻值。如本文所解释的 那样，该现象可用于提高DAC的整体准确度。有缓冲器的三段R-DAC 100在图2中示出。该体系结构可容易地扩展至三个以上 分段。这些矩形表示电阻值“子分段” 140-l-n、140-2-n-l、140-2-m、140-3-0等，它们实际 上分别由多个物理电阻器组成。第一分段110由左列中的电阻值表示。第二分段120是右 列中的电阻值。注意，电阻值R1、R2、R3等在各个分段中不同。图2中所示的DAC的输出跨 越VSS到VREF的范围。这些分段被两个电压缓冲器150-1、150-2、160-1、160-2隔离。这 些电压缓冲器增大功耗，且会成为噪声源。因此，图3中所示的无缓冲器的DAC 200体系结构在某些应用中是优选的。该图 示出了具有三个分段210、220、230的DAC。与图2的有缓冲器版本相似，它可扩展至任何 数量的分段。这里，第一 210、第二 220以及第三230分段分别解决ml、m2、m3位。因此该 DAC具有N = ml+m2+m3位的整体分辨率。这些子分段的更多细节在该附图的右上部示出。 例如，第一分段的2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模转换器装置，包括：以串的方式连接的多个电阻性元件；多个电场施加器电路，所述多个电场施加器电路中的每一个耦合至所述电阻性元件中相应的一个，从而至少两个电阻性元件耦合有电场施加器电路，所述电场施加电路响应于相应的控制电压产生电场以调节电压系数，从而调节相应的耦合的电阻性元件的电阻值；控制电压发生器，所述控制电压发生器用于将所述控制电压施加至所述多个电场施加器电路，从而各个控制电压与其他控制电压无关，其中所述控制电压发生器还包括：存储器，所述存储器用于存储表示所述控制电压的数字信息；以及辅助数模转换器，所述辅助数模转换器从所述存储器接收所述数字信息，并为所述相应的电压源中的每一个产生所述控制电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A莫塔蒙德，
申请(专利权)人：英特赛尔美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]