電阻器裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明披露一種電阻器裝置，包含：一第一電阻器。該第一電阻器包含：一第一型態(tài)電阻器。該第一型態(tài)電阻器具有復(fù)數(shù)個(gè)金屬線，該些金屬線各自位于不同層并且藉由復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)孔串聯(lián)。
【專利說明】
電阻器裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明關(guān)于精密電阻器的生成，尤其是關(guān)于電阻值不受其兩端的電壓影響的單石電阻器(monolithic resistor)。
【背景技術(shù)】
[0002]為了在音頻的應(yīng)用中得到高傳真(H1-Fi)的音效，音頻放大器必須產(chǎn)生失真度極低的信號(hào)。噪聲失真的主要來源之一是因?yàn)殡娮杵鞯碾娮柚禃?huì)隨端電壓變化，此為電阻器與生倶來的特性。對(duì)單石電阻器而言，其電阻值極易受施加于其兩端或更多端點(diǎn)上的跨壓的影響，而隨著施加電壓變化的電阻值會(huì)導(dǎo)致人耳可輕易察覺的嚴(yán)重失真。
[0003]單石電阻器通常由多晶硅型電阻器(poly-type resistor)或是擴(kuò)散型電阻器(diffus1n-type resistor)所制成。多晶娃型電阻器的材料是多晶娃，是一種高純度且復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)晶型態(tài)的硅。擴(kuò)散型電阻通常以制造過程中所形成的擴(kuò)散層或離子布植層的其中之一所制成，或是在某些情況下由兩層的組合所制成。在互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，C0MS)中，形成金氧半晶體管(M0Stransistor)的源極與漏極的擴(kuò)散層可以用來制作上述的擴(kuò)散型電阻器。在硅晶的雙極(bipolar)技術(shù)中，可供利用的擴(kuò)散層包含基極擴(kuò)散、射極擴(kuò)散、主動(dòng)基極區(qū)(active basereg1n)以及磊晶層。然而不論這兩種電阻器是低摻雜或是高摻雜，其電阻值都很容易受電壓影響而變化，而且其造成的失真無法在高傳真的音頻應(yīng)用中被忽略。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]鑒于先前技術(shù)的不足，本發(fā)明的一目的在于提供一種產(chǎn)生精密電阻器的裝置與方法，以生成具有低電阻值變化的電阻器。
[0005]本發(fā)明披露一種電阻器裝置，包含:一運(yùn)算放大器；以及一第一電阻器，耦接該運(yùn)算放大器。該第一電阻器包含具有復(fù)數(shù)個(gè)金屬線的一第一型態(tài)電阻器，該些金屬線各自位于不同層，并且藉由復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)孔串聯(lián)。
[0006]本發(fā)明另披露一種電阻器裝置，包含:一第一電阻器。該第一電阻器包含:一第一型態(tài)電阻器。該第一型態(tài)電阻器具有復(fù)數(shù)個(gè)金屬線，該些金屬線各自位于不同層并且藉由復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)孔串聯(lián)。
[0007]本發(fā)明另披露一種電阻器裝置，包含:一電阻器。該電阻器包含:一第一型態(tài)電阻器以及一第二型態(tài)電阻器。該第一型態(tài)電阻器具有復(fù)數(shù)個(gè)金屬線，該些金屬線各自位于不同層并且藉由復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)孔串聯(lián)。該第二型態(tài)電阻器，與該第一型態(tài)電阻器并聯(lián)，且包含一多晶硅型電阻器或一擴(kuò)散型電阻器。
[0008]本發(fā)明關(guān)于精密電阻器的生成，例如，本發(fā)明披露一種電阻器裝置及其實(shí)作方法，可用來生成具有低電阻值變化的單石電阻器。單石電阻器可藉由串聯(lián)或并聯(lián)數(shù)個(gè)堆疊金屬線而產(chǎn)生，并且可以使用其他種類的材料，例如多晶硅材料或擴(kuò)散材料。本發(fā)明同時(shí)披露實(shí)現(xiàn)堆疊金屬線的方法。
[0009]有關(guān)本發(fā)明的特征、實(shí)作與功效，茲配合圖式作實(shí)施例詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0010][圖1]為本發(fā)明的一實(shí)施例的反相放大器；
[0011][圖2]為本發(fā)明的一實(shí)施例的電流模式放大器；
[0012][圖3]為不同種類的電阻器典型的電阻值變化與端電壓V12的關(guān)系圖；
[0013][圖4]為不同種類的電阻器的電壓系數(shù)與面積尺寸的關(guān)系圖；
[0014][圖5A]為顯示本發(fā)明的一實(shí)施例的金屬型電阻器；
[0015][圖5B]以符號(hào)表示本發(fā)明的一實(shí)施例的堆疊金屬線的串聯(lián)；
[0016][圖6A]為金屬型電阻器的另一個(gè)實(shí)施例；
[0017][圖6B]為以符號(hào)表示圖6A的堆疊金屬線的串聯(lián)；
[0018][圖7A]為顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的堆疊金屬線與一多晶硅層的并聯(lián)；
[0019][圖7B]為以符號(hào)表示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的金屬型電阻器與多晶硅型電阻器的并聯(lián)；
[0020][圖8A]顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的堆疊金屬線與一擴(kuò)散層的并聯(lián)；
[0021][圖SB]以符號(hào)表示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的金屬型電阻器與擴(kuò)散型電阻器的并聯(lián)；
[0022][圖9A]為不同種類的電阻器在跨壓I伏下電阻值變化與面積尺寸的關(guān)系圖；以及
[0023][圖9B]顯示不同種類的電阻器在不同的面積尺寸下電阻值變化的減少幅度。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下說明內(nèi)容的技術(shù)用語是參照本技術(shù)領(lǐng)域的習(xí)慣用語，如本說明書對(duì)部分用語有加以說明或定義，該部分用語的解釋以本說明書的說明或定義為準(zhǔn)。
[0025]本發(fā)明的實(shí)施例揭示如何制作電阻值不易受其兩端跨壓影響的單石電阻器。圖1為本發(fā)明的一實(shí)施例的反相放大器，其系接收輸入電壓Vi及參考電壓VREF，并且產(chǎn)生輸出電壓Vo，輸出電壓Vo的值等于(VREF-Vi )*Rf/Ri。反相放大器包含運(yùn)算放大器101、輸入電阻器Ri以及回授電阻器Rf。
[0026]輸出電壓Vo的值與輸入電壓及Rf/Ri的乘積成比例。如果電阻器的電阻值隨著施加于電阻器兩端的電壓而變化，當(dāng)施加的電壓改變時(shí)，Rf/Ri也會(huì)跟著改變，也因?yàn)榇嬖谶@樣的變化，所以輸出電壓Vo不會(huì)與輸入電壓Vi成線性關(guān)系。
[0027]圖2為本發(fā)明的一實(shí)施例的電流模式放大器。電流模式放大器接收輸入電流Ip(由電流源202提供)、輸入電流In(由電流源203提供)以及參考電壓VREF，并產(chǎn)生輸出電壓Vo。輸出電壓Vo的值等于VREF-(lp-ln)*Rf。電流模式放大器包含運(yùn)算放大器201以及回授電阻器Rf。
[0028]輸出電壓Vo的值與電流Ip及電流In的差值與回授電阻器Rf的電阻值的乘積成比例。電阻值通常會(huì)隨著施加于電阻器兩端的電壓而變化，也因?yàn)榇嬖谶@樣的變化，所以輸出電壓Vo不會(huì)跟輸入電流的差值(Ip-1n)成線性關(guān)系。
[0029]若一個(gè)電阻器的兩端點(diǎn)nl及n2被施予V12的跨壓，其電阻值通?？杀硎緸镽0*(1.5-l/(2+rvc*V122)，其中RO是電阻器的標(biāo)稱(nominal)電阻值，rvc是電阻器的電壓系數(shù)。每種電阻器的電壓系數(shù)皆不同，電阻器的種類可以例如是金屬型、多晶硅型、擴(kuò)散型的其中之一或是其組合。
[0030]單石電阻器的電壓系數(shù)rvc通常表示為:(rvcO+rvcl*W+rvc2*L/W)/L2，其中W及L是單石電阻器的寬度及長(zhǎng)度。復(fù)合電壓系數(shù)rvc0、rvcl及rvc2各自構(gòu)成電阻器的電壓系數(shù)的一部分，且對(duì)不同種類的電阻器而言也不相同。
[0031]圖3顯示不同種類的電阻器典型的電阻值變化與端電壓V12的關(guān)系圖，其中標(biāo)稱電阻值RO為500歐姆。圖中比較了 3種不同的電阻器，分別是η+多晶硅型、p+擴(kuò)散型及金屬型，其復(fù)合電壓系數(shù)rvc0、rvcl及rvc2亦顯示于圖中。三種電阻器的面積尺寸相同，且本例中的金屬型電阻器使用具有6層金屬層的單石程序(monolithic process)。很明顯的，當(dāng)端電壓V12由O伏變到I伏，金屬型電阻器具有最小的電阻值變化。
[0032]圖4顯示不同種類的電阻器的電壓系數(shù)與面積尺寸的關(guān)系圖，其中標(biāo)稱電阻值RO為500歐姆。在本例中，金屬型電阻器使用6層的金屬層。就某個(gè)面積尺寸而言(延著平行于y軸的某一直線)，金屬型電阻器總是具有最低的電壓系數(shù)。電阻器的電壓系數(shù)rvc愈低，則電阻器所產(chǎn)生的失真就愈小;換句話說，使用金屬型電阻器的放大器擁有最高質(zhì)量的音訊。就某個(gè)電壓系數(shù)而言(延著平行于X軸的某一直線)，金屬型電阻器所占的面積尺寸總是最小；換句話說，當(dāng)要產(chǎn)生具有某個(gè)所需電壓系數(shù)的電阻器，金屬也是具有最高面積效益的材料。
[0033]圖5A顯示本發(fā)明的一實(shí)施例的金屬型電阻器。金屬型電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)n2，并且包含4個(gè)金屬線以及3個(gè)導(dǎo)孔(via)。4個(gè)金屬線501、502、503及504分別制作于第一金屬層(M1)、第二金屬層(M2)、第三金屬層(M3)及第四金屬層(M4K3個(gè)導(dǎo)孔510、511及512分別連接金屬線501與502(即金屬層Ml與M2，在圖中以括號(hào)標(biāo)示導(dǎo)孔所連接的金屬層，例如VIA12即表示該導(dǎo)孔連接金屬層Ml及金屬層M2，其余同理)、金屬線502與503、金屬線503與504。
[0034]值得注意的是，在本實(shí)施例中，每一金屬線位于一層金屬層，并且沒有任兩個(gè)金屬線位于同一金屬層。假設(shè)同一層的金屬線的金屬線段布局，是采用最小間隔(minimumspacing)。因?yàn)橥唤饘賹拥膯我唤饘倬€的2個(gè)金屬線段之間的寄生電容，大于位于2個(gè)不同金屬層的2個(gè)金屬線的2個(gè)金屬線段之間的寄生電容，所以圖5A的互繞電容(interwinding capacitance)遠(yuǎn)小于圖6A所示的實(shí)施例。另外，本發(fā)明的實(shí)施例只使用最少的導(dǎo)孔，有助減少失真。
[0035]圖5B以符號(hào)表示本發(fā)明的一實(shí)施例的堆疊金屬線的串聯(lián)。金屬型電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)n2，并且包含4個(gè)金屬線及3個(gè)導(dǎo)孔。4個(gè)金屬線為501、502、503及504，3個(gè)導(dǎo)孔510、511及512分別連接金屬線501與502、金屬線502與503、金屬線503與504。
[0036]圖6A為金屬型電阻器的另一個(gè)實(shí)施例。金屬型電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)n2，并且包含16個(gè)金屬線以及12個(gè)導(dǎo)孔。16個(gè)金屬線標(biāo)示為601、602、603、604、611、612、613、614、621、622、623、624、631、632、633及634。金屬線601、611、621、631制作于第一金屬層(Ml);金屬線602、612、622、632制作于第二金屬層(M2);金屬線603、613、623、633制作于第三金屬層(M3);金屬線604、614、624、634制作于第四金屬層(M4K12個(gè)導(dǎo)孔分別標(biāo)示為651、652、653、661、662、663、671、672、673、681、682及683。導(dǎo)孔651、661、671及681分別連接金屬線601與602、金屬線611與612、金屬線621與622、金屬線631與632;導(dǎo)孔652、662、672及682分別連接金屬線602與603、金屬線612與613、金屬線622與623、金屬線632與633;導(dǎo)孔653、663、673及683分別連接金屬線603與604、金屬線613與614、金屬線623與624、金屬線633與634。
[0037]圖6B以符號(hào)表示圖6A的堆疊金屬線的串聯(lián)。金屬型電阻器包含16個(gè)金屬線以及12個(gè)導(dǎo)孔。16 個(gè)金屬線標(biāo)示為 601、602、603、604、611、612、613、614、621、622、623、624、631、632、633 及 634。金屬線 601、611、621、631制作于第一金屬層(]?1);金屬線602、612、622、632制作于第二金屬層(M2);金屬線603、613、623、633制作于第三金屬層(M3);金屬線604、614、624、634制作于第四金屬層(]?4)。12個(gè)導(dǎo)孔分別標(biāo)示為651、652、653、661、662、663、671、672、673、681、682及683。導(dǎo)孔651、661、671及681分別連接金屬線601與602、金屬線611與612、金屬線621與622、金屬線631與632;導(dǎo)孔652、662、672及682分別連接金屬線602與603、金屬線612與613、金屬線622與623、金屬線632與633;導(dǎo)孔653、663、673及683分別連接金屬線603與604、金屬線613與614、金屬線623與624、金屬線633與634。
[0038]圖7A顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的堆疊金屬線與一多晶硅層的并聯(lián)。此合成電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)n2。堆疊金屬線形成一個(gè)金屬型電阻器，此金屬型電阻器包含3個(gè)金屬線及2個(gè)導(dǎo)孔。3個(gè)金屬線標(biāo)示為701、702及703，且分別制作于第一金屬層(Ml )、第二金屬層(M2)及第三金屬層(M3)。2個(gè)導(dǎo)孔標(biāo)示為711及712，分別用來連接金屬線701與702、金屬線702與703。金屬型電阻器與多晶硅層704并聯(lián)，兩者藉由導(dǎo)孔721連接金屬線701與多晶硅層704以及藉由導(dǎo)孔722連接金屬線703與多晶硅層704。
[0039]圖7B以符號(hào)表示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的金屬型電阻器與多晶硅型電阻器的并聯(lián)。此合成電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)n2，并且包含金屬型電阻器700及多晶硅型電阻器714(對(duì)應(yīng)圖7A的多晶硅層704)。金屬型電阻器700藉由導(dǎo)孔721及導(dǎo)孔722與多晶硅型電阻器714并聯(lián)。金屬型電阻器700為3個(gè)金屬線701、702及703的串聯(lián)，其中金屬線701、702及703分別位于第一金屬層(Ml)、第二金屬層(M2)及第三金屬層(M3)。金屬線701及金屬線702透過導(dǎo)孔711連接，金屬線702及金屬線703透過導(dǎo)孔712連接。
[0040]圖8A顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的堆疊金屬線與一擴(kuò)散層的并聯(lián)。此合成電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)n2。堆疊金屬線形成一個(gè)金屬型電阻器，此金屬型電阻器包含3個(gè)金屬線及2個(gè)導(dǎo)孔。3個(gè)金屬線標(biāo)示為801、802及803，且分別制作于第一金屬層(Ml)、第二金屬層(M2)及第三金屬層(M3)。2個(gè)導(dǎo)孔標(biāo)示為811及812，分別用來連接金屬線801與802、金屬線802與803。金屬型電阻器與擴(kuò)散層804并聯(lián)，兩者藉由導(dǎo)孔821連接金屬線801與擴(kuò)散層804以及藉由導(dǎo)孔822連接金屬線803與擴(kuò)散層804。
[0041]圖SB以符號(hào)表示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的金屬型電阻器與擴(kuò)散型電阻器的并聯(lián)。此合成電阻器具有第一端點(diǎn)nl及第二端點(diǎn)π2，并且包含金屬型電阻器800及擴(kuò)散型電阻器814(對(duì)應(yīng)圖8Α的擴(kuò)散層804)。金屬型電阻器800藉由導(dǎo)孔821及導(dǎo)孔822與擴(kuò)散型電阻器814并聯(lián)。金屬型電阻器800為3個(gè)金屬線801、802及803的串聯(lián)，其中金屬線801、802及803分別位于第一金屬層(Ml)、第二金屬層(M2)及第三金屬層(M3)。金屬線801及金屬線802透過導(dǎo)孔811連接，金屬線802及金屬線803透過導(dǎo)孔812連接。
[0042]圖9Α顯示不同種類的電阻器在跨壓I伏下電阻值變化與面積尺寸的關(guān)系圖，其中標(biāo)稱電阻值RO為500歐姆。圖中比較了三種電阻器，包括η+多晶硅型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)、P+擴(kuò)散型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)以及金屬型電阻器。這三種電阻器使用相同的金屬型電阻器，該金屬型電阻器使用一個(gè)單石程序的6層金屬層。很明顯可以看出，在這三種電阻器中，P+擴(kuò)散型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)總是具有最小的電阻值變化。相較之下，純金屬型電阻器總是具有最大的電阻值變化。
[0043]圖9B顯示不同種類的電阻器在不同的面積尺寸下電阻值變化的減少幅度，以突顯η+多晶硅型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)及P+擴(kuò)散型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)兩者間的差異。此電阻值變化的減少幅度是以面積相同的金屬型電阻器為基準(zhǔn)。由圖可見，在本實(shí)施例中，P+擴(kuò)散型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)比η+多晶硅型電阻器與金屬型電阻器的并聯(lián)有更好的表現(xiàn)。
[0044]本發(fā)明披露了精密電阻器及其制造方法，請(qǐng)注意，本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者可以理解，圖1?2以及圖5?8所披露的實(shí)施例可以例如是集成電路中的單石組件(monolithic component)，如本領(lǐng)域所周知，該集成電路包含小尺寸(例如平方亳米級(jí))的半導(dǎo)體組件或芯片，且半導(dǎo)體組件或芯片整合復(fù)數(shù)個(gè)電路于其中。前揭圖標(biāo)中，組件的形狀、尺寸以及比例等僅為示意，是供本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者了解本發(fā)明之用，非用以限制本發(fā)明。
[0045]雖然本發(fā)明的實(shí)施例如上所述，然而該些實(shí)施例并非用來限定本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者可依據(jù)本發(fā)明的明示或隱含的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征施以變化，凡此種種變化均可能屬于本發(fā)明所尋求的專利保護(hù)范疇，換言之，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍須視本說明書的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
[0046]【符號(hào)說明】
[0047]101,201運(yùn)算放大器
[0048]202、203 電流源
[0049]501、502、503、504、601、602、603、604、611、612、613、614、621、622、623、624、631、632、633、634、701、702、703、801、802、803 金屬線
[0050]510、511、512、651、652、653、661、662、663、671、672、673、681、682、683、711、712、721、722、811、812、821、822 導(dǎo)孔
[0051 ] 704多晶硅層
[0052]714多晶硅型電阻器
[0053]804擴(kuò)散層
[0054]814擴(kuò)散型電阻器
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電阻器裝置，包含: 一運(yùn)算放大器；以及 一第一電阻器，耦接該運(yùn)算放大器； 該第一電阻器包含具有復(fù)數(shù)個(gè)金屬線的一第一型態(tài)電阻器，該些金屬線各自位于不同層，并且藉由復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)孔串聯(lián)。2.如權(quán)利要求1所述的電阻器裝置，其中在各層中該些金屬線具有一單一線段，該單一線段直接耦接于該些導(dǎo)孔的其中兩者之間，或是耦接于該些導(dǎo)孔的其中之一以及一端點(diǎn)。3.如權(quán)利要求1所述的電阻器裝置，其中在各層中該些金屬線具有復(fù)數(shù)個(gè)線段，該些線段的其中兩者各自直接耦接該些導(dǎo)孔的其中之一。4.如權(quán)利要求1所述的電阻器裝置，其中該第一電阻器更包含與該第一型態(tài)電阻器并聯(lián)的一第二型態(tài)電阻器。5.如權(quán)利要求4所述的電阻器裝置，其中該第二型態(tài)電阻器包含一多晶硅型電阻器。6.如權(quán)利要求4所述的電阻器裝置，其中該第二型態(tài)電阻器包含一擴(kuò)散型電阻器。7.如權(quán)利要求1所述的電阻器裝置，其中該運(yùn)算放大器包含: 一反相端點(diǎn)，用來接收一電流差； 一第二端點(diǎn)，用來接收一參考電壓；以及 一輸出端點(diǎn)； 其中，該第一電阻器以回授方式連接該輸出端點(diǎn)及該反相端點(diǎn)。8.如權(quán)利要求7所述的電阻器裝置，其中該第一電阻器更包含與該第一型態(tài)電阻器并聯(lián)的一第二型態(tài)電阻器。9.如權(quán)利要求8所述的電阻器裝置，其中該第二型態(tài)電阻器包含一多晶硅型電阻器及一擴(kuò)散型電阻器的其中之一。10.如權(quán)利要求1所述的電阻器裝置，其中該運(yùn)算放大器包含: 一反相端點(diǎn)； 一第二電阻器，耦接于一輸入電壓與該反相端點(diǎn)之間； 一非反相端點(diǎn)，用來接收一參考電壓；以及 一輸出端點(diǎn)； 其中，該第一電阻器以回授方式連接該輸出端點(diǎn)及該反相端點(diǎn)，且該第二電阻器包含該第一型態(tài)電阻器。
【文檔編號(hào)】H01C13/02GK105989935SQ201610061399
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日
【發(fā)明人】謝鴻元
【申請(qǐng)人】瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司