[发明专利]对多晶硅的精细电阻调节

说明书

背景技术

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。

发明内容

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，且均在本发明的范围内。

附图说明

如附图中所示，根据本发明的优选实施例的以下更具体说明，本发明的上述和其它目的、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，而是着重于说明本发明的原理。