DE2720653A1 - PROCEDURE AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CORRECTING THE VOLTAGE DEPENDENCE OF SEMI-CONDUCTIVE RESISTORS - Google Patents

PROCEDURE AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CORRECTING THE VOLTAGE DEPENDENCE OF SEMI-CONDUCTIVE RESISTORS

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DE2720653A1 DE19772720653 DE2720653A DE2720653A1 DE 2720653 A1 DE2720653 A1 DE 2720653A1 DE 19772720653 DE19772720653 DE 19772720653 DE 2720653 A DE2720653 A DE 2720653A DE 2720653 A1 DE2720653 A1 DE 2720653A1
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Description

Böblingen, den 5. Hai A YR ^) ·$ Boeblingen, the 5th Shark A YR ^) · $

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Anmelderin:Applicant:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: NeuanmeldungOfficial file number: New registration

Aktenzeichen der Anmelderin: Applicant's file number:

FR 975 303FR 975 303

Vertreter:Representative:

Patentassessor
Dipl.-Ing. Anton Mönig
Sindelfinger Str. 49
7030 Böblingen
Patent assessor
Dipl.-Ing. Anton Mönig
Sindelfinger Str. 49
7030 Boeblingen

Bezeichnung:Description:

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit von HalbleiterwiderständenMethod and circuit arrangement for correcting the voltage dependency of semiconductor resistors

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung bzw. ein züge-* höriges Arbeitsverfahren der eingangs genannten Art. Sie liegt auf dem Gebiet der durch ein Diffusions- oder Ionenimplantationsverfahren in einem einkristallinen Halbleitersubstrat, das typisch aus Silicium besteht/ hergestellten Widerständen und gibt im engeren Sinne ein Verfahren zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit derartiger Halbleiterwiderstände an.The invention relates to a circuit or a train * Hearing working method of the type mentioned at the beginning. It is in the field of by a diffusion or ion implantation method in a single-crystal semiconductor substrate, which typically consists of silicon Resistors and, in the narrower sense, indicates a method for correcting the voltage dependency of such semiconductor resistors.

: Beim Schaltungsentwurf werden mehr und mehr integrierte Schaltungsbauelemente eingesetzt. Diese Halbleiterstrukturen haben sich in den letzten Jahren als Folge der vielfachen Verbesserungen bei den grundlegenden aktiven und/oder passiven Bauelementen weiterentwickelt. Neben den: Integrated circuit components are being used more and more in circuit design. These semiconductor structures have changed in recent years as a result of multiple improvements in the basic active and / or passive components. In addition to the sogenannten aktiven Bauelementen, worunter Transistoren,so-called active components, including transistors,

Dioden usw. verstanden werden, spielen die passiven Bauelemente, insbesondere Widerstände, eine wesentliche Rolle für viele Schaltungstypen, insbesondere für Schaltungsanwendungen im Zusammenhang mit Analogschaltungen. Um Widerstände mit den aktiven Bauelementen in integrierten Schaltungen zusammen vorzusehen, können im wesentlichen zwei Techniken eingesetzt werden: eine ist die sog. kompatible Hybrid-Technologie, in der die Widerstände in der Form dünner Schichten auf der Oberfläche eines integrierten Halblei terplättchens ausgebildet werden. Die andere Möglichkeit besteht in der monolithischen Technologie, bei der die Widerstände in dem Halbleitersubstrat selbst in der gleichen Weise wie die aktiven Bauelemente ausgebildet sind. Im letzteren Fall können die Widerstände z.B. durch einen thermischen DiffusionsVorgang oder mittels Ionenimplantation hergestellt werden.Diodes etc. are understood, the passive components, especially resistors, play an essential role for many types of circuits, especially for circuit applications related to analog circuits. In order to provide resistors together with the active components in integrated circuits, essentially two Techniques are used: one is the so-called. Compatible hybrid technology, in which the resistances in the form thin layers are formed on the surface of an integrated semiconductor wafer. The other option is monolithic technology where the Resistors are formed in the semiconductor substrate itself in the same way as the active components. in the In the latter case, the resistors can be produced, for example, by a thermal diffusion process or by means of ion implantation.

Dünnfilmwiderstände bestehen im allgemeinen aus einem geeigneten Metall, z.B. einer Nickel-Eisen-Chromverbindung oder Tantal. Diese Widerstandstypen bieten eine AnzahlThin film resistors are generally made of a suitable metal such as a nickel-iron-chromium compound or tantalum. These types of resistors offer a number

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von Vorzügen, unter anderem einen Flächenwiderstandswert im Bereich von 2OO bis 10.0OO Ω/ο sowie einen relativ niedrigen Temperaturkoeffizienten für den Widerstandswert (TCR) in der Größenordnung von 3% zwischen 0° und 75 0C. Nachteilig ist dabei jedoch, daß Dünnschichtwiderstände häufig zusätzliche Verfahrensschritte (Vakuumniederschlag, Kathodenzerstäubung) erfordern, die meist mit den zur Herstellung des Halbleiterplättchens selbst benutzten Verfahrensschritten nicht zu vereinbaren sind. Dadurch wird unmittelbar die Ausbeute an guten Schaltkreisen verschlechtert. Hersteller von monolithischen Schaltkreiskonzepten betrachten deshalb die Dünnschichttechnologie als relativ unattraktiv für | Zwecke einer kostengünstigen Massenfertigung. Die mono- | Iithisehe Technik erscheint demgegenüber als die attraktivste Lösung. jof advantages, including a sheet resistance value in the range of from 2OO to 10.0OO Ω / ο and a relatively low temperature coefficient for the resistance value (TCR) in the order of 3% between 0 ° and 75 0 C. The disadvantage is however, that thin film resistors often require additional process steps (vacuum deposition, cathode sputtering), which are usually not compatible with the process steps used to manufacture the semiconductor wafer itself. This immediately degrades the yield of good circuits. Manufacturers of monolithic circuit concepts therefore consider thin-film technology to be relatively unattractive for | Purposes of inexpensive mass production. The mono- | In contrast, Iithisehe technology appears to be the most attractive solution. j

Diffundierte Widerstände sind an sich bekannt. Sie bestehen im allgemeinen aus einem gleichzeitig mit der Basis oder dem Emitter eines Bipolartransistors gebildeten Dotierungsgebiet. Konventionell wird beispielsweise ein P-dotiertes Basisgebiet in eine schwach N-dotierte Epitaxieschicht eindiffundiert, die sich über einen schwach P-dotierten einkristallinen Siliciumsubstrat erstreckt. Der Widerstandswert hängt von einer Anzahl Einflußgrößen ab, z.B. dem Dotierungsprofil, der Eindringtiefe der Dotierungsstoffe, dem Längen-/Breitenverhältnis der diffundierten Zonen usw.. An den Enden des Diffusionsgebietes werden dann zwei ohmsehe Kontakte gebildet, die die Ausgangsanschlüsse des Widerstandes darstellen. Das positivste Potential der Schaltung wird im allgemeinen an den Bereich der Epitaxieschicht angelegt, der innerhalb des von der Isolierung eingeschlossenen Bereichs liegt und das Widerstandsgebiet enthält. Beschränkt ist man bei derartigen Widerständen hinsichtlich des geringen Flächenwiderstandes (400 Ω/σ ), dem relativ großen Schwankungsbereich derDiffused resistors are known per se. They generally consist of a concurrent with the base or the emitter of a bipolar transistor formed doping region. For example, a P-doped base region diffused into a weakly N-doped epitaxial layer, which extends over a weakly P-doped single crystal silicon substrate extends. The resistance value depends on a number of influencing factors e.g. the doping profile, the penetration depth of the dopants, the length / width ratio of the diffused zones, etc. At the ends of the diffusion area two ohmic contacts are then formed, which represent the output connections of the resistor. The most positive The potential of the circuit is generally applied to the area of the epitaxial layer which is within the area of the Isolation enclosed area and contains the resistance area. One is limited with such Resistances in terms of the low sheet resistance (400 Ω / σ), the relatively large fluctuation range of the

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,PR._97i. 303, PR._97i. 303

Nominalwerte (+ 20%) sowie hinsichtlich des hohen TemperaturkoeffizTenten, aufgrund dessen sich der WiderstandNominal values (+ 20%) as well as with regard to the high temperature coefficient, due to which the resistance in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen 25 0C und 75 0C ι erheblich ändern kann. Auf der anderen Seite spricht fürdepending on the temperature between 25 0 C and 75 0 C ι can change considerably. On the other hand speaks for diese Widerstände ihr einfacher und gut bekannter Herstellungsweg.these resistors their simple and well-known manufacturing method.

Mittels Implantationsverfahren hergestellte Widerstände sind ieine besonders interessante Alternative zu diffundierten Widerständen, weil sie demgegenüber erhebliche Vorteile bieten. Besonders Bor-implantierte Widerstände weisen einen großen Schichtswiderstandsbereich (3 bis 10.000 Ω/0 und darüber) sowie eine geringe TemperaturempfindlichkeitResistances produced by means of implantation processes are a particularly interesting alternative to diffused ones Resistances, because they offer considerable advantages in comparison. Boron-implanted resistors in particular show a large sheet resistance range (3 to 10,000 Ω / 0 and above) and a low temperature sensitivity

(Widerstandsveränderung von 0,5% zwischen 0 und 75 0C) auf. !Weiterhin sind solche Widerstände relativ genau herstellbar(Resistance change of 0.5% between 0 and 75 0 C). ! Furthermore, such resistors can be produced relatively precisely (+ 2%). Eine eingehendere Darstellung dieser Widerstandsart(+ 2%). A more detailed presentation of this type of resistance

findet sich in einem Artikel von K. Rosendal mit dem Titel ι "Ion Implanted Planar Resistors", in der Zeitschriftcan be found in an article by K. Rosendal with the title ι "Ion Implanted Planar Resistors," in the journal

Radiation Effects, Band 7, Januar 1971, Seiten 95 bis 100.Radiation Effects, Volume 7, January 1971, pages 95-100.

Eine vergleichende Darstellung der drei oben erwähnten Wideretandsarten bietet ein Artikel von H. H. Stellrecht mit dem Titel "Precision Ladder Networks Using Ion Implanted Resistors", in der Zeitschrift Wescon Technical Papers, Band 15, 1971, ref. 8080-28/2 sowie ein Artikel von J. Den Boer u.a. mit dem Titel "The Termal Properties of High Value Gallium and Boron Implanted Resistors in Silicon", der im Zusammenhang mit der "European Conference on Ion Imp lantion" vom 7. bis 9. September 1970 erschienen ist.An article by H. H. Stellrecht provides a comparative presentation of the three types of resistance mentioned above entitled "Precision Ladder Networks Using Ion Implanted Resistors," in Wescon Technical Papers, Volume 15, 1971, ref. 8080-28 / 2 as well as an article by J. Den Boer et al with the title "The Termal Properties of High Value Gallium and Boron Implanted Resistors in Silicon ", in connection with the" European Conference on Ion Implementation " was published from September 7th to 9th, 1970.

Wenig Aufmerksamkeit wurde jedoch bisher dem zunehmend wichtiger werdenden Problem der Spannungsabhängigkeit derartiger Widerstände gewidmet. Die Strom-Spannungscharakeristik eines Widerstandes sollte normalerweise linear verlaufen. Dies läßt sich tatsächlich jedoch nur für implantierte Wider-However, little attention has been paid to this so far devoted to the increasingly important problem of the voltage dependence of such resistances. The current-voltage characteristic of a resistor should normally be linear. In fact, this can only be done for implanted resistors.

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stände mit einem sehr geringen Flächenwiderstand In der Größenordnung von wenigen 100 Ω/π erreichen, vgl. dazu beispielsweise einen Artikel von John McDougall u.a. mit dem Titel "High Value Implanted Resistors For Microcircuits", erschienen in der Zeitschrift Proceedings of the IEEE, Vol. 57, Nr. 9, September 1969, Seiten 1538 bis 1542 und dort insbesondere in Fig. 5 dieses Artikels. Für implantierte Widerstände mit hohen Widerstandswerten, die hohe Schichtwiderstände (z.B. 20 ΚΩ/α) erfordern, wird die Strom-Spannungscharakteristik nichtlinear und fällt ab, so daß es zu Signalverzerrungen eines daran angelegten Eingangssignals kommt. Das hat seinen Grund darin, daß der tatsächliche Widerstandswert bei einer vorgegebenen Spannung höher als erwartet ist. Die Strom-Spannungscharakteristik entspricht in dem Fall nahezu völlig der eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors (JFET). Zu betonen ist, daß der Wert des Widerstandes in erster Linie abhängig ist von der an den Übergang zwischen dem Widerstandsbereich und der Epitaxieschicht angelegten Spannung. Zu einem gewissen Grad hängt der Wert noch mit der Spannung Vn Über dem Widerstand zusammen. Die oben angesprochene Verzerrung rührt aus der Tatsache her, daß die Verarmungsschicht beiderseits des PN-Ubergangs sich mit der an den PN-Übergang angelegten Spannung erweitert, wobei der effektive Querschnitt der Widerstandsbahn reduziert und damit letztlich dessen Wider-,standswert erhöht wird. Dieses ist ein unter dem Namen Abschnür- bzw. Pinch-off Effekt, insbesondere bei JFET's bekanntes Phänomen, das jedoch besonders kritisch bei implantierten Widerständen ist, weil diese gegenüber diffundierten Widerständen im allgemeinen höhere spezifische Widerstandswerte aufweisen und folglich der Widerstand in dünneren Schichten erreicht wird.values with a very low sheet resistance in the order of magnitude of a few 100 Ω / π , see for example an article by John McDougall et al with the title "High Value Implanted Resistors For Microcircuits", published in the journal Proceedings of the IEEE, Vol. 57, No. 9, September 1969, pages 1538 to 1542 and there in particular in Fig. 5 of this article. For implanted resistors with high resistance values, which require high sheet resistances (eg 20 ΚΩ / α), the current-voltage characteristic becomes non-linear and drops, so that there is signal distortion of an input signal applied to it. This is because the actual resistance for a given voltage is higher than expected. In this case, the current-voltage characteristic corresponds almost entirely to that of a junction field effect transistor (JFET). It should be emphasized that the value of the resistance is primarily dependent on the voltage applied to the transition between the resistance region and the epitaxial layer. To some extent, the value is still related to the voltage V n across the resistor. The above-mentioned distortion arises from the fact that the depletion layer on both sides of the PN junction expands with the voltage applied to the PN junction, the effective cross section of the resistor track being reduced and thus ultimately its resistance value being increased. This is a phenomenon known under the name pinch-off effect, especially with JFETs, but it is particularly critical with implanted resistors because these generally have higher specific resistance values than diffused resistors and consequently the resistance is achieved in thinner layers .

Eine Lösung für das erwähnte Problem findet sich in dem bereits genannten Artikel von John McDougall. Danach wirdA solution to the problem mentioned can be found in the aforementioned article by John McDougall. After that, will

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-β--β-

der spezifische Widerstandswert der Epitaxieschicht auf Werte größer als 1ΟΟΩ * cm erhöht. Dadurch können jedoch die elektrischen Eigenschaften benachbarter aktiver Bauelemente nachteilig beeinflußt werden.the specific resistance of the epitaxial layer is increased to values greater than 1Ω * cm. However, this allows the electrical properties of neighboring active components are adversely affected.

Nach einer anderen Möglichkeit könnte man das Ausbilden des Verarmungsgebietes Innerhalb des Widerstandsbereichs begrenzen und somit den Nominalwiderstandswert erhöhen. Erreichen läßt sich das durch Erhöhung der Ionendosierung, wie das in dem Artikel von J. W. Hanson mit dem Titel "Ion Implanted N Type Resistors on High Resistivity Substrates", in der Zeitschrift J. Vac. Sei. Techn., Vol. 10, Nr. 6, November/Dezember 1973, Seiten 944 bis 947 und insbesondere in Fig. 6 beschrieben ist.Another possibility could be the formation of the depletion region within the resistance region limit and thus increase the nominal resistance value. This can be achieved by increasing the ion dosage, such as that in the article by J. W. Hanson entitled "Ion Implanted N Type Resistors on High Resistivity Substrates ", in the journal J. Vac. Sei. Techn., Vol. 10, No. 6, November / December 1973, pages 944 to 947 and in particular in Fig. 6 is described.

Eine weitere Möglichkeit ist in der französichen Patentschrift 71 44227 angegeben. Obwohl kein besonderer Hinweis auf die Spannungsabhängigkeit der Widerstände gegeben ist, scheint danach eine Korrektur der Spannungsabhängigkeit durch Implantieren neutraler Ionen in das Widerstandsgebiet, vor- ; zugsweise in der Nähe des PN-Oberganges, erreichbar. Der damit verbundene hauptsächliche Nachteil ist in dem zusätzlich erforderlichen Prozeßschritt zu sehen.Another possibility is given in the French patent specification 71 44 227. Though not a particular reference on the voltage dependence of the resistors is given, a correction of the voltage dependence shines through Implanting neutral ions into the resistance region, pre-; preferably near the PN transition, accessible. The main disadvantage associated with this is in that additional required process step to see.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Spannungsabhängigkeit von implantierten Widerständen besser korrigieren zu können, die eine Verwendung von Epitaxiematerial mit relativ niedrigen spezifischen Widerstandswerten erlauben. Je nach dem Aufwand, den man zu investieren bereit ist, soll damit ein von der ,It is the object of the invention to be able to better correct the voltage dependency of implanted resistors which allow the use of epitaxial material with relatively low resistivity values. Depending on the effort, that one is willing to invest should be one of the

;Spannung am Halbleiterübergang zwischen dem Widerstandsbereich j und der Epitaxieschicht vollständig unabhängiger Widerstands- ! wert erzielbar sein, ohne daß zusätzliche Verfahrensschritte j; Voltage at the semiconductor junction between the resistance area j and the epitaxial layer of completely independent resistance! be achievable without additional process steps j

Ibei der Ausbildung der Widerstandsstrukturen nötig sind. jI are necessary in the formation of the resistance structures. j

Die für die Lösung dieser Aufgabe wichtigen Merkmale finden sich in den Patentansprüchen. Zusammengefaßt erfolgt nachThe features that are important for solving this problem can be found in the claims. In summary, takes place after

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der Erfindung eine besondere Einstellung der wechselnden Potentialdifferenz zwischen dem Widerstandsbereich und der umgebenden Epitaxieschicht, um die durch solche Potentialänderungen verursachten Signalverzerrungen entweder möglichst klein zu halten oder mittels gleich großer entgegengesetzter Wirkungseinflüsse zu kompensieren. An die Epitaxieschicht wird ein im folgenden näher bestimmtes Potential angelegt, das vorzugsweise den gleichen Änderungen wie der Widerstand unterliegt, dessen Spannungsabhängigkeit korrigiert werden soll. Mit anderen Worten, wenn der durchschnittliche Wert der Potentialdifferenz zwischen dem Widerstandsgebiet und der Epitaxieschicht über die Länge des Widerstandes konstant bleibt, bleibt auch der Widerstandswert konstant, und der erwähnte Störeinfluß kann vernachlässigt werden.the invention a special setting of the changing potential difference between the resistance range and the surrounding epitaxial layer in order to either avoid the signal distortions caused by such changes in potential to keep them small or to compensate for them by means of equally large opposing effects. To the epitaxial layer a potential defined in more detail below is applied, which is preferably subject to the same changes as the resistance whose voltage dependency is to be corrected. In other words, if the average value of the potential difference between the resistance region and the Epitaxial layer remains constant over the length of the resistor, the resistance value also remains constant, and the mentioned interference can be neglected.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with the aid of the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen ausschnittsweisen Querschnitt durchFig. 1 is a partial cross-section through

einen typischen, mittels Ionenimplantation gebildeten Widerstand mit seinem äquivalenten elektrischen Schaltbild;a typical ion implantation resistor with its equivalent electrical circuit diagram;

i Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,) i Fig. 2 shows a first embodiment of the invention,)

bei dem die Korrekturmaßnahmen unabhängig von dem hinsichtlich seiner Spannungsabhängigkeit zu korrigierenden Widerstand sind;in which the corrective measures are independent of the resistance to be corrected with regard to its voltage dependency are;

Fign. 3A-D weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung,Figs. 3A-D further exemplary embodiments of the invention,

bei denen die Korrekturmaßnahmen von dem zu korrigierenden Widerstand abhängen;where the corrective action depends on the resistance to be corrected;

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Flg. 4 die Anwendung des ersten Ausführungsbeispiels zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit in einem Digital-Analogumsetzer;Flg. 4 shows the application of the first exemplary embodiment for correcting the voltage dependency in a digital-to-analog converter;

Fig. 5 eine Darstellung der mittels der Korrektur der Spannungsabhängigkeit bei Digital-Analogumsetzern bei verschiedenen Kapazitäten erzielbaren Effekte und5 shows an illustration of the effects that can be achieved by means of the correction of the voltage dependency in digital-to-analog converters with different capacities, and FIG

Fign. 6A und 6B Illustrationen zum Einsatz der übrigen Ausführungsbeispiele zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit von implantierten Widerständen in einem Operationsverstärker.Figs. 6A and 6B are illustrations of the use of the other exemplary embodiments for correcting the Voltage dependence of implanted resistors in an operational amplifier.

In Fig. 1 ist eine konventionelle, monolithisch integrierte Widerstandsstruktur 10 dargestellt. Auf einem einkristallinen Halbleitersubstrat, das typisch aus einem Siliciumkörper 11 eines ersten Leitfähigkeitstyps, z.B. P~, besteht, ist eine j relativ dünne (großenordnungsmäßig einige wenige Mikrometer) I Epitaxieschicht 12 aufgebracht, die relativ schwach dotiert ist(durchschnittlicher spezifischer Widerstand 1Ω* cm) angeordnet. In dieser Epitaxieschicht vom gegenüber dem Substrat entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist ein isolierter Bereich gebildet, wobei die Isolierung durch die stark dotierten und bis auf das Substrat hinunterreichenden Isolationszonen 13 gebildet ist. Mittels einer Ionenimplantation eines Dotierungsstoffes vom ersten Leitfähigkeitstyp wird dann ein langgestreckter Bereich 14 hergestellt, der als Widerstandsbereich dienen soll. Dieser Herstellungsschritt wird im allgemeinen im Anschluß an die Ausbildung der P-dotierten Anschlußbereiche 15 durchgeführt, die zumeist gleichzeitig mit der Diffusion der Basisbereiche der Bipolartransistoren vorgesehen wurden. Die relativ zur Dotierung des Widerstandsbereichs stark dotier-1 shows a conventional, monolithically integrated resistor structure 10. On a single crystal A semiconductor substrate, which typically consists of a silicon body 11 of a first conductivity type, e.g. j relatively thin (on the order of a few micrometers) I epitaxial layer 12 applied, which is relatively weakly doped (average specific resistance 1Ω * cm) arranged. In this epitaxial layer of the opposite conductivity type to the substrate, an isolated area is formed, the insulation by the heavily doped and down to the substrate isolation zones 13 is formed. By means of ion implantation of a dopant of the first conductivity type, an elongated region 14 is then produced which is intended to serve as a resistance region. This manufacturing step is generally carried out following the Formation of the P-doped connection regions 15 carried out, which were mostly provided simultaneously with the diffusion of the base regions of the bipolar transistors. the heavily doped relative to the doping of the resistance area

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-vr--vr-

ten Anschlußbereiche gewährleisten, daß der durch den Widerstandsbereich 14 definierte Widerstandswert nur durch den Schichtwiderstand dieses Bereiches bestimmt wird. Gleichzeitig mit den Emitterbereichen der Bipolartransistoren wird im allgemeinen als Anschlußbereich für die Epitaxieschicht ein zweiter stark dotierter Bereich 16 vom zweiten Leitfähigkeitstyp vorgesehen. Für den Widerstandsbereich werden ferner die zwei mit 17 und 18 bezeichneten Anschlüsse gebildet. Auch der zweite Dotierungsbereich 16 ist mit einem ohmschen Kontakt 19 ausgestattet. Die mit der Herstellung von implantierten Widerständen verbundenen Pro- ; blerne sind an sich bekannt, vgl. dazu neben dem bereits erwähnten Stand der Technik z.B. die US.Patentschrift 3 902 926. An die Anschlüsse 17 und 18 des Widerstandes werden die Potentiale V1 und V2 angelegt. Der Anschluß 19th connection areas ensure that the resistance value defined by the resistance area 14 is determined only by the sheet resistance of this area. At the same time as the emitter regions of the bipolar transistors, a second heavily doped region 16 of the second conductivity type is generally provided as a connection region for the epitaxial layer. For the resistance area, the two connections marked 17 and 18 are also formed. The second doping region 16 is also equipped with an ohmic contact 19. The pros associated with making implanted resistors; Blerne are known per se, cf., in addition to the prior art already mentioned, for example US patent 3 902 926. The potentials V 1 and V 2 are applied to the connections 17 and 18 of the resistor. The connector 19 zur Epitaxieschicht kann entweder offen bleiben (im alIge- jto the epitaxial layer can either remain open (in general

i meinen unerwünscht) oder mit einer geeigneten Spannungs-i mean undesirable) or with a suitable voltage

quelle verbunden werden, während das negativste Potentialsource are connected while the most negative potential

der Schaltung an das Substrat angelegt wird, um den PN- jof the circuit is applied to the substrate to generate the PN- j

übergang 20 zwischen dem Substrat 11 und den Isolationsge- jtransition 20 between the substrate 11 and the Isolationsge j

bieten 13 auf der einen Seite und der Epitaxieschicht auf joffer 13 on one side and the epitaxial layer on j

der anderen Seite zu sperren. Durch diese Sperrspannung jthe other side to lock. Through this reverse voltage j

wird die elektrische Isolation des durch die Isolations- jthe electrical insulation of the j

zonen eingerahmten Halbleiterbereichs bewerkstelligt. Gegebenenfalls kann das positivste Schaltungspotential an den Anschluß 19 gelegt werden, wodurch die elektrische Isolation des Widerstandsbereichs gegenüber der Epitaxie-Zones framed semiconductor area accomplished. If necessary, the most positive circuit potential can the connection 19 are placed, whereby the electrical insulation of the resistance area from the epitaxial

! schicht gewährleistet wird. Davon ist Gebrauch zu machen, wenn mehrere Widerstände in demselben Epitaxieschichtbereich gebildet werden sollen. Über den äußeren Anschluß kann jedenfalls an die Epitaxieschicht ein je nach den! layer is guaranteed. This should be used if several resistors are to be formed in the same epitaxial layer area. Via the external connection can at least one depending on the epitaxial layer

j vorliegenden Umständen geeignetes Potential angelegt werden.In the circumstances, a suitable potential must be applied.

In Fig. 1 ist (rechts) weiterhin das elektrische Ersatz-In Fig. 1 (right) is still the electrical replacement

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schaltbild eines solchen Implantierten Widerstands 10 dargestellt. Die dort angegebenen Bezugszeichen entsprechen denen aus der Querschnittsdarstellung.A circuit diagram of such an implanted resistor 10 is shown. The reference symbols given there correspond to those from the cross-sectional illustration.

Der Widerstandswert R eines solchen Widerstands 10 läßt sich ausdrücken durch:The resistance value R of such a resistor 10 can be expressed by:

R - Ro (1 +λ Veff) (1)R - Ro (1 + λ V eff ) (1)

Dabei bedeuten:Mean:

Ro den durch Art und Größe des Halbleitermaterials bestimmten eigentlichen Widerstandswert,Ro the actual resistance value determined by the type and size of the semiconductor material,

λ den Koeffizient der Spannungsabhängigkeit undλ is the coefficient of the voltage dependence and

V ff eine Spannung, die aus der empirischen BeziehungV ff a voltage resulting from the empirical relationship

Veff - VePi - VRP + k VR (2) abgeleitet werden kann. V eff - V e P i - V RP + k V R (2) can be derived.

In letzterer Gleichung bedeuten:In the latter equation:

V . das an die Epitaxieschicht angelegte Potential, VDD das positivste Potential am Widerstand (in diesemV. the potential applied to the epitaxial layer, V DD the most positive potential at the resistor (in this

Beispiel ist V-. = V. angenommen),Example is V-. = V. assumed),

V den Spannungsabfall über dem Widerstand, d.h. veränderbare Potentiale), undV is the voltage drop across the resistor, i.e. variable potentials), and

VR = V1 - V2 (V1 und V2 sind dabei im wesentlichenV R = V 1 - V 2 (V 1 and V 2 are essentially

einen Koeffizienten, der im wesentlichen von dem Schichtwiderstand des Widerstandsbereichs abhängt; es hat sich ergeben, daß der Wert von k zwischen etwa 0,4 und 0,6 variiert. Ein Näherungswert von 0,5 kann meist zugrundegelegt werden. Vff und deshalb der Wert R des Widerstandes sind im wesentlichen abhängig von den veränderlichen Potentialen V1 und V .a coefficient which essentially depends on the sheet resistance of the resistor region; the value of k has been found to vary between about 0.4 and 0.6. An approximate value of 0.5 can usually be used. V ff and therefore the value R of the resistance are essentially dependent on the variable potentials V 1 and V.

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Ist V ff konstant, 1st R unabhängig von den angelegten Potentialen V. und V2. Ein solches Ergebnis kann dadurch erhalten werden, daß man an die Epitaxieschicht mit dem Widerstand, der hinsichtlich seiner Spannungsabhängigkeit korrigiert werden soll, ein Potential anliegt, das der folgenden Beziehung genügt:If V ff is constant, R is independent of the applied potentials V. and V 2 . Such a result can be obtained by applying a potential to the epitaxial layer with the resistance, which is to be corrected for its voltage dependence, which satisfies the following relationship:

vepi - \ <VV2> + VO (3) v epi - \ <V V 2> + V O (3)

VQ ist die zur Sperrung des PN-Übergangs 20* zwischen dem P-Widerstandsbereich und der N-Epitaxieschicht sowie des bereits erwähnten Übergangs 20 erforderliche Spannung. Ersetzt man V. entsprechend Gleichung (3), und setzt manV Q is the voltage required to block the PN junction 20 * between the P resistor region and the N epitaxial layer and the junction 20 already mentioned. If one replaces V. according to equation (3), and one sets

inin Gleichungequation (2)(2) ' VRP' V RP = V1,= V 1 , undand kk = 0,5,= 0.5, ergibtresults sich:themselves: Veff V eff V1+VV 1 + V 2>2> + V0 + V 0 - V1 + O- V 1 + O ,5 (\ , 5 (\ undand somitConsequently Veff V eff = vo = v o (4)(4)

Dadurch ist gezeigt, daß mit diesem bestimmten Wert von jThis shows that with this particular value of j

V . die Spannung V-- unabhängig von V_, nämlich der über jV. the voltage V-- independent of V_, namely that across j

dem Widerstand anliegenden Spannung, wird. Für den Wider- |voltage applied to the resistor. For the cons |

standswert R ergibt sich damit schließlich: IThe stand value R then finally results: I.

R - R0 (1 + λ V0) - h R0 (5)R - R 0 (1 + λ V 0 ) - h R 0 (5)

I Dabei bedeutet h eine Konstante, die unabhängig von V. jI where h means a constant that is independent of V. j

undV2 ist. !andV is 2 . !

Die an die Epitaxieschicht anzulegende Spannung muß demnach der Beziehung gemäß Gleichung (3) folgen. D.h. die Epitaxieschicht muß an eine Spannung angeschlossen werden, die sich in derselben Weise wie die durchschnittliche Spannung an dem zu korrigierenden Widerstand ändert. Da an dem Widerstand die Potentiale V1 und V2 anliegen, sind zwei The voltage to be applied to the epitaxial layer must therefore follow the relationship according to equation (3). That is, the epitaxial layer must be connected to a voltage which changes in the same way as the average voltage across the resistor to be corrected. Since the potentials V 1 and V 2 are applied to the resistor, there are two

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-H--H-

Vorgehensweisen möglich, je nachdem ob oder ob nicht die Korrektur der Spannungsabhängigkeit unabhängig von dem Widerstand bzw. konkreter unabhängig von der Spannung über dem Widerstand ist.Procedures possible, depending on whether or not the correction of the voltage dependency is independent of the Resistance or, more specifically, is independent of the voltage across the resistor.

Die erste Lösung ist in dem ersten AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 2 gezeigt, wo die Schaltungsmittel 21 zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit des Widerstands 10 mit diesem zusammenhängen. Die Schaltungsmittel 21 für die genannte Korrektur umfassen im wesentlichen einen Widerstand 22 sowie die Vorspannung V_. Um die Gleichung (3) zu erfüllen, muß der Spannungsabfall über dem Widerstand 22 V sein. Die Spannungen V_ + V1 und VQ + V-, d.h. die Potentialdifferenz V1 - V_, wird deshalb an den Widerstand 22 angelegt. Diese Spannungen V1 und V» können entweder unabhängig von den gleich bezeichneten Spannungen am zu korrigierenden Widerstand bereitgestellt oder aber durch geeignete elektrische Schaltungen davon abgeleitet werden. Für die Korrektur der Spannungsabhängigkeit ist !letztlich lediglich erforderlich, daß eine Gleichspannung entsprechender Polarität an das eine Ende des Widerstands 22 angelegt wird. Der Widerstand 22 ist seinerseits mit einer Anzapfung ausgestattet, z.B. mit einer Mittenanzapfung, wenn man annimmt, daß der Wert k etwa 0,5 beträgt. j Der Widerstand 22 muß schließlich nicht auf demselben Halb-The first solution is shown in the first exemplary embodiment according to FIG. 2, where the circuit means 21 for correcting the voltage dependency of the resistor 10 are related to the latter. The circuit means 21 for said correction essentially comprise a resistor 22 and the bias voltage V_. To satisfy equation (3), the voltage drop across the resistor must be 22 volts. The voltages V_ + V 1 and V Q + V-, ie the potential difference V 1 - V_, is therefore applied to the resistor 22. These voltages V 1 and V »can either be provided independently of the identically designated voltages at the resistor to be corrected or else can be derived therefrom by suitable electrical circuits. For the correction of the voltage dependency, it is ultimately only necessary that a direct voltage of the corresponding polarity is applied to one end of the resistor 22. The resistor 22 is in turn equipped with a tap, for example with a center tap, assuming that the value k is approximately 0.5. j The resistor 22 does not have to be on the same half

leiterplättchen untergebracht sein, er kann beispielsweise und vorteilhaft auch als gleichzeitig mit dem Widerstand 10 implantierter Widerstand in einem davon isolierten Bereich angeordnet sein.printed circuit board be accommodated, it can for example and advantageously also as simultaneously with the resistor 10 implanted resistor can be arranged in an area isolated therefrom.

Die weitere Lösung ist durch die in den Fign. 3A, 3B und 3D gezeigten Ausführungsbeispiele dargestellt.The further solution is provided by the in FIGS. 3A, 3B and 3D illustrated embodiments shown.

In der Anordnung nach Fig. 3A werden die Spannungen am Widerstand 10 über ein Paar von Verstärkern 33, 34, die imIn the arrangement according to FIG. 3A, the voltages across the resistor 10 are passed through a pair of amplifiers 33, 34 which are in the

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einfachsten Fall aus Emitterfolgerstufen bestehen können, an den Widerstand 22' angelegt. Diese Verstärker weisen eine Spannungsverstärkung von 1 auf und bedeuten praktisch keinen zusätzlichen Stromfluß. Die Schaltungseinrichtung 21* zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit enthält weiterhin eine Gleichspannungsquelle 35 für VQ die zwischen die Mittenanzapfung des Widerstandes 22* und den ohmschen Kontakt 19 eingeschaltet ist.in the simplest case can consist of emitter follower stages, applied to the resistor 22 '. These amplifiers have a voltage gain of 1 and practically do not mean any additional current flow. The circuit device 21 * for correcting the voltage dependency also contains a direct voltage source 35 for V Q which is connected between the center tap of the resistor 22 * and the ohmic contact 19.

Hauptsächlich wegen der Verstärker 23 und 24 sind mit diesem Ausführungsbeispiel jedoch infolge der größeren Komplexität und Schaltgeschwindigkeitsreduzierung einige Nachteile verbunden .Mainly because of the amplifiers 23 and 24 are with this embodiment, however, because of the greater complexity and switching speed reduction are associated with some disadvantages.

Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3B gezeigt. Wie früher besteht auch hier die Aufgabe, die Schwankungen der Potentialdifferenz zwischen dem Widerstandsjbereich und der Epitaxieschicht zu reduzieren, wobei jedoch !im Gegensatz zu den in den Figuren 2 und 3A gezeigten Lösungen hier ein Kompromiß eingegangen wird. Wie aus Fig. 3B hervorgeht, ist der Anschluß 19 mit der positivsten Spannung von V1 und V- verbunden. Mit anderen Worten, man legt demnach die Spannung V . = V1 anstelle der Spannung entsprechend Gleichung (3) an. Mit Vpp » V1 und k ■ 0,5 ergibt sich entsprechend Gleichung (2)A simplified embodiment is shown in Fig. 3B. As in the past, the task here is also to reduce the fluctuations in the potential difference between the resistance region and the epitaxial layer, but in contrast to the solutions shown in FIGS. 2 and 3A, a compromise is made here. As can be seen from Fig. 3B, the terminal 19 is connected to the most positive voltage of V 1 and V-. In other words, the voltage V is applied accordingly. = V 1 instead of the voltage according to equation (3). With Vpp »V 1 and k ■ 0.5 we get according to equation (2)

V as O 5 V (6)V as O 5 V (6)

veff υ>:3 VR l ' v eff υ>: 3 V R l '

Dabei ist der Widerstand R nun definiert durch die Beziehung:The resistance R is now defined by the relationship:

R » R0 ( 1 + x|r) (7)R »R 0 (1 + x | r) (7)

R nimmt somit mit der Über dem Widerstand anliegenden Spannung zu. In diesem Fall ist die Korrektur der Spannungabhängigkeit zwar nicht vollständig, sondern lediglich verbessert. Eine solche Lösung ist durchaus akzeptabel, wenn die Potentialdifferenz V- am Widerstand gering ist und der Wert R thus increases with the voltage across the resistor. In this case, the correction of the voltage dependency is not complete, but only improved. Such a solution is entirely acceptable if the potential difference V- at the resistor is low and the value

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(V1 + V_)/2 groß 1st. Besonders attraktiv ist diese Lösung durch ihre Einfachheit. Sie kann in vorteilhafter Weise mit der im folgenden beschriebenen Lösung nach Fig. 3C kombiniert werden.(V 1 + V _) / 2 large 1st. This solution is particularly attractive due to its simplicity. It can be combined in an advantageous manner with the solution according to FIG. 3C described below.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3C ist der Widerstand 10 mit dem Wert R aufgeteilt in zwei Anteile 36 und 37, die voneinander elektrisch isoliert sind und deren Teilwerte beispielsweise identisch seien. Der Widerstand 36 ist mit seinem Anschluß 19* an die Spannung V1 angeschlossen, während am Widerstandsteil 37 und dessen ohmschen Kontakt 19" die Spannung (V1 + V2)/2 liegt. Der neue Wert des Widerstandes 10 errechnet sich nun wie folgt. Für den Teilwiderstand 36 mit dem Wert R1 lassen sich die folgenden Beziehungen aufstellen:In the exemplary embodiment according to FIG. 3C, the resistor 10 with the value R is divided into two components 36 and 37, which are electrically isolated from one another and whose partial values are, for example, identical. The resistor 36 is connected with its terminal 19 * to the voltage V 1 , while the voltage (V 1 + V 2 ) / 2 is applied to the resistor part 37 and its ohmic contact 19 ″. The new value of the resistor 10 is now calculated as follows The following relationships can be established for the partial resistance 36 with the value R 1:

Veff - °'5 <V1 - VJ^T1) ' V eff - ° ' 5 < V 1 - VJ ^ T 1) '

Rl =Rl = T~T ~

In gleicher Weise gilt für den Teilwiderstand 37 mit seinem Wert R1':In the same way, the following applies to the partial resistance 37 with its value R 1 ':

i sowiei as

λ VR * Ο λ V R

R.. =_ο ( ι + I -5 ) R .. = _ο (ι + I -5)

Dabei gilt jeweils VR = V1 - V3. Der Widerstandswert R ergibt sich letztlich zu:The following applies in each case to V R = V 1 - V 3 . The resistance value R results in the end as follows:

R = R1 + R· · = R0 ( 1 + I ^ ) (8)R = R 1 + R = R 0 (1 + I ^) (8)

Vergleicht man diesen Wert mit dem nach Flg. 3B bzw. ent-If you compare this value with that according to Flg. 3B or

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V +V V —V !V + V V - V!

12 „ % _^ r. , V1 V212 " % _ ^ r. , V 1 V 2

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- Yl - - Yl - II.

sprechend Gleichung (7), wird ersichtlich, daß man durch ; Aufteilung des Widerstandes in zwei gleiche Anteile den Wert des Koeffizienten von VR halbieren kann. Allgemein läßt sich sagen, daß bei Aufteilung des Widerstandes R in η gleiche Anteile entsprechend der Beziehung:Speaking of equation (7), it can be seen that by; Dividing the resistance into two equal parts can halve the value of the coefficient of V R. In general it can be said that if the resistance R is divided into η equal proportions according to the relation:

η
R » I R1
η
R » I R 1

der Koeffizient für die Spannungsabhängigkeit nur noch mit dem Faktor 1/n zur Wirkung kommt. Es ist anzumerken, daß diese Technik mit Vorteil angewandt werden kann auf die Ausführungsbeispiele nach den Fign. 2 und 3A.the coefficient for the voltage dependence only with the factor 1 / n comes into effect. It should be noted that this technique can be applied with advantage to the embodiments according to FIGS. 2 and 3A.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fign. 3B und 3C sind für Schaltungsanwendungen mit unipolaren Signalen von Interesse, bei denen z.B. das Potential V1 stets größer ist als V2.The embodiments according to FIGS. 3B and 3C are of interest for circuit applications with unipolar signals in which, for example, the potential V 1 is always greater than V 2 .

Ist V1 relativ zu V_ sowohl positiv als auch negativ, d.h. im Falle bipolarer Signale, muß die Potentialdifferenz V1 - V- = v_ sehr gering gehalten werden, z.B. auf einige wenige Hundert mV oder weniger, so daß der dann in Durchlaßrichtung gespannte übergang zwischen dem implantierten :Widerstandsbereich und der Epitaxieschicht nicht nennenswert Strom leitet.If V 1 is both positive and negative relative to V_, ie in the case of bipolar signals, the potential difference V 1 - V- = v_ must be kept very small, for example to a few hundred mV or less, so that the transition then tensioned in the forward direction conducts no significant current between the implanted: resistance region and the epitaxial layer.

Ein für den Fall bipolarer Signale noch vorteilhafteres Ausführungsbeipiel ist in Fig. 3D gezeigt. Der Widerstand 10 ist wieder mit einer Mittenanzapfung ausgelegt, deren Potential über den Anschluß 19'" an die Epitaxieschicht angelegt werden kann. Dadurch können für den Betrieb mit bipolaren Signalen folgende Vorteile erzielt werden. Zum einen liegt eine symmetrische Anordnung für die positiven und negativen Spannungsperioden vor und zweitens wird eine vollständige Korrektur des Einflusses der Span-An embodiment example which is even more advantageous for the case of bipolar signals is shown in FIG. 3D. The resistance 10 is again designed with a center tap, the potential of which is connected to the epitaxial layer via the connection 19 ′ ″ can be created. As a result, the following advantages can be achieved for operation with bipolar signals. On the one hand, there is a symmetrical arrangement for the positive and negative voltage periods, and secondly a complete correction of the influence of the chip

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nungsabhängigkeit erzielt, da wieder gilt:Achievement dependency, since the following applies again:

Drittens wird der Wert der anlegbaren Spannung verdoppelt.Third, the value of the voltage that can be applied is doubled.

Mit anderen Worten wird eine perfekte Korrektur des Einflusses der Spannungsbhängigkeit in diesem Fall erzielt, weil die durch den Widerstand 38 bedingte Verzerrung kompensiert wird durch eine gleiche, aber entgegengesetzte über den Widerstand 39 bedingte ausgleichende Verzerrung.In other words, a perfect correction of the influence of the stress dependency is achieved in this case, because the distortion caused by the resistor 38 is compensated for by an equal but opposite one compensating distortion caused by resistor 39.

Im folgenden werden spezielle Anwendungen zum besseren Verständnis der Erfindung und der damit erzielbaren Vorteile behandelt. Zunächst wird die Anwendung des ersten Ausführungsbeispiels auf einen Digital-Analogumsetzer (Fig. 4 und 5) beschrieben; Anwendungen der übrigen Ausführungsbeispiele auf einem Operationsverstärker werden im Zusammenhang mit den Fign. 6A und 6B erläutert.In the following, special applications are dealt with for a better understanding of the invention and the advantages that can be achieved therewith. First is the application of the first Embodiment described on a digital-to-analog converter (Fig. 4 and 5); Applications of the other exemplary embodiments on an operational amplifier are described in Connection with FIGS. 6A and 6B explained.

Fig. 4 zeigt ein Paar konventioneller parallel geschalteter Digital-Analogumsetzer des Typs, bei dem die binäre Abstufung durch den Einsatz eines R-2R Kettenleiternetzwerks erfolgt. Der Einfachheit halber ist die Stufenanzahl jedes Umsetzers auf 3 begrenzt; jeder Umsetzer ist deshalb in der Lage, 2 Drei-Bit-Kombinationen von OOO bis 111 zu verarbeiten. Solche Digital-Analogumsetzer bieten gegenüber den mit gewichteten Strömen arbeitenden Typen erhebliche Vorteile. Sie sind schnell (Schaltzeit ungefähr 200 ns), sehr genau (alle Stromquellen sind identisch) und nehmen auf einem Halbleiterplättchen relativ wenig Platz ein. Ihr hauptsächlicher Nachteil auf der anderen Seite liegt darin, daß die Linearität ihrer Ausgangssignale durch die Empfindlichkeit hinsichtlich der Spannungsabhängigkeit der Widerstände in dem R-2R Kettenleiternetzwerk bei EinsatzFig. 4 shows a pair of conventional parallel connected digital-to-analog converters of the type in which the binary Gradation takes place through the use of an R-2R chain ladder network. For the sake of simplicity, the number of stages is each translator limited to 3; every converter is therefore able to convert 2 three-bit combinations from OOO to 111 to process. Such digital-to-analog converters offer considerable advantages over the types that work with weighted currents. They are fast (switching time approx 200 ns), very precise (all current sources are identical) and take up relatively little space on a semiconductor wafer a. Their main disadvantage, on the other hand, is that the linearity of their output signals is through the sensitivity to the voltage dependence of the resistors in the R-2R ladder network when in use

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von ionenimplantierten Widerständen nachteilig beeinflußt ; werden kann. Das liegt daran, daß der Schichtwiderstand solcher ionenimplantierter Widerstände mit dem Spannungsabfall an den Widerständen zunimmt, wodurch Verzerrungen j (Nichtlinearitäten) im Ausgangssignal des betreffenden j Umsetzers erzeugt werden.adversely affected by ion implanted resistors; can be. This is because the sheet resistance of such ion-implanted resistors increases with the voltage drop across the resistors, which causes distortions j (Nonlinearities) are generated in the output signal of the relevant j converter.

Nähere Ausfuhrungen zu beiden Arten von Umsetzern finden sich beispielsweise in dem Artikel von G. Kelson u.a. mit i dem Titel "A Monolithic 10-Bit Digital-to-Analog Converter Using Ion Implantation", erschienen im IEEE Journal j of Solid-state Circuits, Vol. SC-8, Nr. 6, Dezember 1973, Seiten 396 bis 403. jYou can find more detailed information on both types of converters for example in the article by G. Kelson et al with the title "A Monolithic 10-Bit Digital-to-Analog Converter Using Ion Implantation", published in the IEEE Journal j of Solid-state Circuits, Vol. SC-8, No. 6, December 1973, pages 396 to 403. j

Ein typischer Wert für das Ausmaß der Spannungsabhängig- ι keit ist in diesem Fall 6400 ppm/V, wobei die Epitaxieschichtspannung etwa 1 bis 5 V beträgt. Der hinsichtlich seiner Spannungsabhängigkeit der Widerstände korrigierte Digital-Analog-Umsetzer 40 besteht dabei aus zwei iden- j tischen (Teil-) Umsetzern 41 und 43, die jeweils R-2R |A typical value for the extent of the voltage-dependent ι The speed in this case is 6400 ppm / V, with the epitaxial layer voltage being approximately 1 to 5 V. The regarding The digital-to-analog converter 40 corrected for its voltage dependence of the resistances consists of two iden- j table (partial) converters 41 and 43, each R-2R |

Kettenleiternetzwerke verwenden. Der erste Umsetzer 41 wirkt als eigentlicher oder Hauptumsetzer. Sein Ausgangsanschluß ist mit 42 bezeichnet. Der zweite Umsetzer leistet die Korrektur der Spannungsabhängigkeit. Das R-2R Netzwerk des Hauptumsetzers ist mit dem Referenzpotential am Anschluß 44 und das des Umsetzers 43 mit einer positiven Gleichspannung am Anschluß 45 verbunden. Diese positive Gleichspannung erlaubt die entsprechende Vorspannung der PN-Ubergänge (z.B. 20 und 20') für jeden Widerstand in dem R-2R Kettenleiternetzwerk des Umsetzers 41.Use ladder networks. The first converter 41 acts as the main or main implementer. Its output connection is labeled 42. The second converter does the job the correction of the voltage dependence. The R-2R network of the main converter is connected to the reference potential 44 and that of the converter 43 are connected to a positive DC voltage at terminal 45. This positive DC voltage allows the corresponding biasing of the PN junctions (e.g. 20 and 20 ') for each resistor in the R-2R ladder network of converter 41.

Konventionell enthält der Umsetzer 41 zusätzlich zu dem R-2R Netzwerk die Schalter S1, S2 und S3, die von den digitalen Eingangssignalen gesteuerte Schalttransistoren darstellen. Bei einem Eingangssignal mit der Binärzu-Conventionally, in addition to the R-2R network, the converter 41 includes switches S1, S2 and S3 which are operated by the represent digital input signals controlled switching transistors. For an input signal with the binary access

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- 2O -- 2O -

Ordnung "1" ist der Schalter geöffnet und entsprechend bei einem "O" Eingangssignalzustand geschlossen. Ferner sind Stromquellen 11, 12 und 13 mit gleichen Stromeinspeisungen j vorgesehen. Entsprechend den binären Eingangssignalen wird so der analoge Ausgangsstrom gewichtet. Jeder Widerstand in dem gezeigten Netzwerk, ob er als Spaltenwiderstand, z.B. r., oder als Zeilenwiderstand, z.B. r.. realisiert ist, istIn order "1" the switch is open and accordingly at closed to an "O" input signal state. Furthermore are Power sources 11, 12 and 13 with the same power feeds j provided. The analog output current is weighted in accordance with the binary input signals. Any resistance in the network shown, whether it is implemented as a column resistance, e.g. r., or as a row resistance, e.g. r ...

! IK JK! IK JK

elektrisch von den anderen Schaltungskomponenten in geeigneter Weise isoliert, z.B. durch die Isolationszonen der in Fig. 1 gezeigten Art. Der elektrische Anschluß zur Epitaxieschicht ist wieder mit 19 bezeichnet. Aufbau und Arbeitsweise dieser Art von Digital-Analog-Umsetzer sind an sich gut bekannt, vgl. z.B. den vorher erwähnten Artikel von G. Kelson.electrically isolated from the other circuit components in a suitable manner, for example by the isolation zones of the type shown in FIG. 1. The electrical connection to the epitaxial layer is again designated by 19. Structure and The operation of this type of digital-to-analog converter is well known per se, see e.g. the aforementioned article by G. Kelson.

Das R-2R Netzwerk erzeugt den gewichteten Ausgangsstrom der anschließend beispielsweise mittels eines (nicht gezeigten) Operationsverstärkers in eine analoge Ausgangs-The R-2R network generates the weighted output current, which is then converted into an analog output current, for example by means of an operational amplifier (not shown).

!spannung umgewandelt werden kann.! voltage can be converted.

Der Umsetzer 43 ist von der Schaltung her identisch mit dem !Umsetzer 41; die entsprechenden Stromquellen sind ΙΊ, 1*2 und 1*3, die zusammen mit den Strömen des Umsetzers 41 der Beziehung I4=IJ folgen. Entsprechend gilt für die Spalten- und Reihenwiderstände des R-2R Netzwerks der jeweiligeThe circuit of the converter 43 is identical to the converter 41; the corresponding current sources are ΙΊ, 1 * 2 and 1 * 3, which, together with the currents of the converter 41, follow the relationship I 4 = IJ. Correspondingly, the respective column and row resistances of the R-2R network apply

Zusammenhang: r4j,*riK sowie r-v^lj.· Die Stromschalter S'1,Correlation: r 4j, * r i K and rv ^ lj. The current switches S'1, Is12 und S'3 werden gleichzeitig mit den Schaltern S1, S2 jIs 1 2 and S'3 are activated simultaneously with switches S1, S2 j

und S3 betätigt. Mit anderen Worten, es wird dasselbeand S3 actuated. In other words, it will be the same !digitale Eingangssignal an beide Umsetzer 41 und 43 ange- ; ! digital input signal to both converters 41 and 43 ;

legt. jlays. j

In der obigen Gleichung (2) wurde ein Wert von ungefähr k=O,5 gewählt. In dieser besonderen Anwendung ist dieser j Wert für k der vorteilhafteste vom Symmetriestandpunkt. Je j nach dem binären Eingangssignal kann das Potential V- amIn equation (2) above, a value of approximately k = 0.5 was chosen. In this particular application, this is j The value for k is the most advantageous from the point of view of symmetry. Depending on the binary input signal, the potential V- am

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Schaltungspunkt A in Fig. 4 höher oder niedriger als das Potential Vn am Punkt B sein. Dadurch wird es erforderlich, die Widerstände, z.B. r' , in zwei gleiche Teilwiderstände aufzuteilen. In gleicher Weise sind auch die Spaltenwiderstände, wie z.B. r',, in zwei gleiche Teilwiderstände unterteilt. Die mittels Ionenimplantation gebildeten Widerstände r|k und r!k mit den Werten R oder 2R sind mit Mittenanzapfungen ausgestattet, die jeweils mit dem Anschluß 19 des dazu entsprechenden Widerstands r.. oder *.,, deren Spannungsabhängigkeit korrigiert werden soll, verbindbar sind. Auf,Circuit point A in FIG. 4 may be higher or lower than the potential V n at point B. This makes it necessary to divide the resistances, for example r ', into two equal partial resistances. In the same way, the column resistances, such as r ',, are also subdivided into two equal partial resistances. The resistances r | formed by means of ion implantation k and r! k with the values R or 2R are equipped with center taps which can each be connected to the terminal 19 of the corresponding resistor r .. or *. ,, whose voltage dependency is to be corrected. On,

diese Weise wird im wesentlichen dieselbe Potentialdifferenz zwischen der Epitaxieschicht und jedem Punkt eines jeden Widerstands des Umsetzers 41 aufrechterhalten, so daß die Beziehungthis way becomes substantially the same potential difference is maintained between the epitaxial layer and each point of each resistor of the converter 41 so that the relationship

ν = ν + — t ν +v ) epi VO 2 l vrv2; ν = ν + - t ν + v) epi V O 2 lv r v 2 ;

I erfüllt ist.I is met.

Die durch Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen :hochgenauen 10-Bit Digital-Analog-Umsetzer erzielten Eigenschaften sollen anhand der Darstellung von Fig. 5 illustriert werden. Der Unterschied zwischen der idealen Ausgangsspannung VOAi unter der gemessenen Ausgangsspannung V0AM ist in Ordinatenrichtung bezogen auf die am wenigsten signifikant· Bitstelle (LSB) dargestellt. In Abszissenrichtung sind die maximalen Spannungabweichungen und deren Anteile aufgetragen. Die Ausgangscharakteristik eines unkontrollierten j Digital-Analog-Umsetzers ist mit 5O bezeichnet. Eine erhebliche Verbesserung ist ersichtlich erzielbar, wenn man die beschriebene Korrektur der Spannungsabhängigkeit anwendet, z.B. auf einen 4-Bitumsetzer (Kurve 51), auf einen 6-Bitumsetzer (Kurve 52) oder auf einen 10-Bitumsetzer (Kurve 53). Im letzteren Fall läßt sich ersichtlich der Einfluß der Spannungsabhängigkeit auf ein ZehntelThe properties achieved by applying the present invention to a high-precision 10-bit digital-to-analog converter are to be illustrated with the aid of the illustration in FIG. The difference between the ideal output voltage V OAi below the measured output voltage V 0AM is shown in the ordinate direction in relation to the least significant bit position (LSB). The maximum voltage deviations and their proportions are plotted in the direction of the abscissa. The output characteristic of an uncontrolled digital-to-analog converter is denoted by 50. A considerable improvement can be achieved if one applies the described correction of the voltage dependency, for example to a 4-bit converter (curve 51), to a 6-bit converter (curve 52) or to a 10-bit converter (curve 53). In the latter case, the influence of the voltage dependence can be seen to be one tenth

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reduzieren. Bel den korrigierten Bitstellen handelt es sich jeweils um die mit der höchsten Signifikanz (in den Figuren mit MSB bezeichnet). Demgegenüber würde bei einem nicht hinsichtlich seiner Spannungsabhängigkeit korrigierten Widerstand jeweils die positivste Spannung (+V in Fig.4) i
an der Epitaxieschicht liegen.
to reduce. The corrected bit positions are in each case those with the highest significance ( denoted by MSB in the figures). In contrast, in the case of a resistor that has not been corrected with regard to its voltage dependency, the most positive voltage (+ V in FIG. 4) i
are on the epitaxial layer.

Anhand der Fign. 6A und 6B wird schließlich noch gezeigt, in welcher Weise die Erfindung zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit eines linearen Verstärkers benutzt !werden kann, der zwei mittels Ionenimplantation hergestellte Widerstände R1 und R2 enthält, die in der Zeichnung mit 61 bzw. 62 bezeichnet sind.On the basis of FIGS. Finally, FIGS. 6A and 6B show how the invention is used to correct the voltage dependency a linear amplifier can be used, the two produced by ion implantation Contains resistors R1 and R2, which are designated in the drawing with 61 and 62, respectively.

In Fig. 6A sind Widerstände 63 und 64 benutzt, deren Werte viel größer sind als die von R1 und R2, so daß die Stromdrift in den Widerständen 63 und 64 vernachlässigt werden kann. Der eigentliche Operationsverstärker ist mit 65 bezeichnet. Über dem Widerstand 61 liegt eine Potentialdifferenz von V., da das Potential des Schaltungsknotens E, der einen Eingang des Verstärkers 65 darstellt, sehr nah dem Massepotential ist. Um den Einfluß der Spannungsabhängigkeit des Widerstandes 61 zu korrigieren ist erforderlich, an die Epitaxieschicht das Potential gemäß der Beziehung:In Fig. 6A, resistors 63 and 64 are used, the values of which are much larger than those of R1 and R2, so that the current drift in resistors 63 and 64 can be neglected. The actual operational amplifier is at 65 designated. There is a potential difference of V. across the resistor 61, since the potential of the circuit node E, which represents an input of the amplifier 65, is very close to the ground potential. To correct the influence of the voltage dependence of the resistor 61 it is necessary to to the epitaxial layer the potential according to the relationship:

V1 » j V± + Konstante anzulegen.V 1 » j V ± + constant to be applied.

Dies geschieht über den Widerstand 63, dessen Wert 2R sehr viel größer ist als die Eingangsimpedanz Z. des (Gesamt-) Verstärkers 60. Zusätzlich erlaubt der Widerstand 63 das Anlegen einer Gleichspannung an die Epitaxieschicht mit dem Wert V_/2 z.B. 6V, um die diversen PN-Ubergänge 20 und 20* entsprechend Fig. 1 bei den zuThis is done via resistor 63, whose value 2R is much greater than the input impedance Z. of the (overall) amplifier 60. In addition, resistor 63 allows a direct voltage to be applied to the epitaxial layer with the value V_ / 2, for example 6V various PN transitions 20 and 20 * according to FIG

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korrigierenden (Halbleiter-) Widerständen entsprechend vorzuspannen. In gleicher Welse ist der Einfluß der Spannungsabhängigkeit des Widerstandes R2 durch den dazu vorgesehenen Widerstand 64 berücksichtigt.corrective (semiconductor) resistors must be biased accordingly. In the same way is the influence of The voltage dependency of the resistor R2 is taken into account by the resistor 64 provided for this purpose.

Anhand von Fig. 6B soll eine demgegenüber abgeänderte Methode zur Korrektur der Spannungsbhängigkeit der Widerstände R1 und R2 desselben Linearverstärkers 60 erläutert werden, und zwar durch Einsatz der im Zusammen- j hang mit Fig. 3C beschriebenen Ausführungsform. Durch Unterteilung der Widerstände in drei gleiche Teile 61', jBased on FIG. 6B, a modified method for correcting the voltage dependency of the Resistors R1 and R2 of the same linear amplifier 60 are explained, namely by using the j hang with Fig. 3C described embodiment. By Division of the resistors into three equal parts 61 ', j

61" und 61"· bzw. 62', 62", 62"' sowie durch Anlegen !61 "and 61" · or 62 ', 62 ", 62"' as well as by applying!

ι der jeweiligen Epitaxieschichtbereiche an das positivste jι of the respective epitaxial layer areas to the most positive j Potential, das an dem jeweiligen Widerstand auftritt, kann der Einfluß der Spannungsabhängigkeit der Widerstände R1 und R2 auf ein Drittel reduziert werden. Im letzteren Fall | muß V. jeweils geringer als Vref sein. jPotential that occurs at the respective resistor, the influence of the voltage dependence of the resistors R1 and R2 can be reduced to a third. In the latter case | V. must be less than V ref . j

! j! j

Bei den in den Fign. 6A und 6B gezeigten Schaltungen sind j die Widerstände R1 und R2 hinsichtlich ihrer Spannungsabhängigkeit korrigiert worden. Die Tatsache, daß ein solcher Eingangswiderstand R1 vorhanden ist, ist für manche Schaltungsanwendungen vorteilhaft. So ergibt sich die Gesamt-In the case of the FIGS. 6A and 6B are circuits shown j the resistors R1 and R2 have been corrected with regard to their voltage dependence. The fact that such a Input resistance R1 is present, is advantageous for some circuit applications. This results in the total

verstärkung einer derartigen Schaltung aus dem Verhältnis R2 zu R1; dieses Verhältnis ist auf die beschriebene Weise demnach von der Spannungsempfindlichkeit der verwendeten Widerstände unabhängig zu machen, wenn man darauf die Maßnahmen nach der Erfindung anwendet.reinforcement of such a circuit from the ratio R2 to R1; this relationship is based on the one described Way to make it independent of the voltage sensitivity of the resistors used, if one applies the measures according to the invention to it.

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Claims (10)

FR 975 3O3FR 975 3O3 PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS Verfahren zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit von Halbleiterwiderständen, die als - vorzugsweise mittels Diffusion oder Ionenimplantation erzeugte Dotierungsgebiete eines ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb isolierter Bereiche einer Epitaxieschicht vom entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind und an deren äußeren Anschlüssen die zugehörigen Potentiale V1 und V_ anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Epitaxieschicht ein Potential angelegt wird, das eine Funktion mindestens eines der Potentiale V1 oder V2 darstellt.A method for correcting the voltage dependency of semiconductor resistors, which are formed as doping regions of a first conductivity type, preferably produced by means of diffusion or ion implantation, within isolated regions of an epitaxial layer of the opposite second conductivity type and the associated potentials V 1 and V_ are applied to their outer connections, characterized in that a potential is applied to the epitaxial layer which represents a function of at least one of the potentials V 1 or V 2 . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Epitaxieschicht angelegte Potential2. The method according to claim 1, characterized in that the potential applied to the epitaxial layer V . durch die Funktion
epi
V. by function
epi
Vepi - \ ( VV + VO V epi - \ ( VV + V O bestimmt ist, wobei V eine konstante Gleichvorspannung bedeutet.is determined, where V is a constant DC bias means.
3. Schaltungsanordnung zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit von Halbleiterwiderständen, die als vorzugsweise mittels Diffusion oder Ionenimplantation erzeugte - Dotierungsgebiete eines ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb isolierter Bereiche einer Epitaxieschicht vom entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind und an deren äußeren Anschlüssen die zugehörigen Potentiale V1 und V-anliegen, gekennzeichnet durch ein über weitere Schaltungsmittel abgeleitetes und an die Epitaxieschicht angelegtes Potential, das eine Funktion mindestens eines der Potentiale V1 oder V2 darstellt.3.Circuit arrangement for correcting the voltage dependence of semiconductor resistors, which are formed as doping regions of a first conductivity type, preferably produced by means of diffusion or ion implantation, within isolated areas of an epitaxial layer of the opposite second conductivity type and the associated potentials V 1 and V- are applied to their outer connections by a potential derived via further circuit means and applied to the epitaxial layer, which potential represents a function of at least one of the potentials V 1 or V 2 . 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein an die Epitaxieschicht angelegtes Potential4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized by a potential applied to the epitaxial layer ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED PR 975 303PR 975 303 - 2 -V . gemäß der Beziehung- 2 -V. according to the relationship vepi 2 l V1 V v0 wobei VQ eine konstante Gleichvorspannung bedeutet. v epi 2 l V 1 V v 0 where V Q means a constant DC bias. 5. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schaltungsmittel Vorspannungseinrichtungen sowie mindestens einen weiteren Widerstand mit einer Mittenanzapfung umfassen.5. Circuit arrangement according to at least one of claims 3 and 4, characterized in that the further circuit means biasing devices and at least one further resistor with a Include center tap. 6. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkte Verbindung zwischen dem äußeren Anschluß der Epitaxieschicht und dem Widerstandsanschluß mit dem positivsten Schaltungspotential vorgesehen ist.6. Circuit arrangement according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that one direct connection between the outer connection of the epitaxial layer and the resistor connection with the most positive circuit potential is provided. 7. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schaltungsmittel eine direkte Verbindung mit dem äußeren Anschluß der Epitaxieschicht und einer etwa mittleren Anzapfung des hinsichtlich seiner Spannungsabhängigkeit zu korrigierenden Wider standes umfassen.7. Circuit arrangement according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that the further circuit means a direct connection to the external connection of the epitaxial layer and an approximately average tap of the cons to be corrected with regard to its voltage dependency embrace. 8. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hinsichtlich seiner Spannungsabhängigkeit zu korrigierenden Widerstand R strukturell in η gleiche Teilwiderstände R. entsprechend der Beziehung8. Circuit arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the resistance R to be corrected with regard to its voltage dependence is structurally equal in η Partial resistances R. according to the relationship i=n R= R1 i = n R = R 1 aufgeteilt ist.is divided. ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED FR 975 3O3
/1 U 6 L) J
FR 975 3O3
/ 1 U 6 L) J
9. Einsatz des Verfahrens, bzw. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Digital-Analog-Umsetzer des Typs, bei dem die Binärabstufung durch Einsatz eines R-2R Kettenleiternetzwerks vorgenommen wird, dessen Widerstände hinsichtlich ihrer Spannungsabhängigkeit zu korrigieren sind, wobei mindestens zwei schaltungsmäßig identische Umsetzerschaltungen zueinander parallel vorgesehen sind und dieselben digitalen Eingangssignale zugeführt erhalten, und wobei die Widerstände im Kettenleiternetzwerk des einen Umsetzers9. Use of the method or use of the circuit arrangement according to one of the preceding claims in a digital-to-analog converter of the type in which the binary gradation is carried out by using an R-2R ladder network, the resistances of which increase with regard to their voltage dependency are corrected, with at least two circuit-wise identical converter circuits parallel to one another are provided and received the same digital input signals supplied, and wherein the resistors in the ladder network of one converter mit einer Mittenanzapfung versehen sind, die jeweils mit dem Anschluß für den Epitaxieschichtbereich des zugeordneten Widerstandes des Kettenleiternetzwerkes des anderen Umsetzers verbunden sind.are provided with a center tap, each with the connection for the epitaxial layer area of the associated resistance of the ladder network of the other converter are connected. 10. Einsatz des Verfahrens, bzw. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Korrektur der Spannungsabhängigkeit der äußeren Widerstandsbeschaltung eines Operationsverstärkers.10. Use of the method or use of the circuit arrangement according to one of claims 1 to 8 for Correction of the voltage dependency of the external resistance circuit of an operational amplifier.
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