[发明专利]限幅器以及采用限幅器的半导体器件

说明书

本申请是申请日为2005年4月6日、申请号为200580012273.7、发明名称为“限幅器以及采用限幅器的半导体器件”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用半导体薄膜制作的限幅器。更确切地说，本发明涉及到采用限幅器的能够进行无线通信的半导体器件。

背景技术

能够进行无线数据通信的诸如ID芯片或IC卡之类的半导体器件，已经在各种领域内得到了实际使用，且作为一种新的通信信息终端而有望进一步扩展其市场。ID芯片也被称为无线标签、RFID(射频识别)标签、或IC标签。目前被实际使用的ID芯片和IC卡各具有天线和利用半导体衬底制作的集成电路。

ID芯片或IC卡能够经由无线电波而与读出器/写入器进行通信。具体地说，集成电路利用从读出器/写入器发射的无线电波在天线中产生的AC电压而工作，且从集成电路输出的信号被用于天线的负载调制，信号从而能够被发射到读出器/写入器。

发明内容

从读出器/写入器发射的无线电波的强度取决于标准；因此，ID芯片或IC卡的天线中产生的AC电压幅度通常都在预定的范围内。但若ID芯片或IC卡被暴露于由例如来自外部电子装置的不希望有的辐射所造成的超过此标准的大幅度无线电波，则在天线中就出现超过预定范围的过量AC电压。当集成电路的半导体元件中流动的电流随着这一过量AC电压而急剧增大时，集成电路就可能由于介质击穿而被损坏。

特别是近年来，半导体元件的承受电压由于其小型化而趋向于减小。因此，配备有过流保护电路的ID芯片或IC卡，对于改善其可靠性是极为有效的。限幅器是一种幅度限制器，它将输出电压保持为不超过预定的电压(极限电压)，而不管输入电压如何，这是一种用于上述过流保护的电路。

图20A是电路图，示出了限幅器的一般例子。附图标记1901表示电阻器，1902表示其栅极(G)和漏极(D)彼此连接的(连接成二极管的)晶体管。来自输入端子的电压Vin被馈送到电阻器1901的两个端子中的第一端子。晶体管1902的栅极和漏极被连接到电阻器1901的第二端子，晶体管的源极(S)被馈以诸如地(GND)之类的恒定电压。电阻器1901第二端子处的电压对应于限幅器输出端子处的电压Vout。

根据上述结构，即使过量的电压Vin从输入端子被输入，正向偏置电流也在晶体管1902中流动，输出端子处的电压Vout从而能够被保持为不大于极限电压。但由于此极限电压依赖于连接成二极管的晶体管的特性，故难以精确地控制此极限电压。

图20B示出了晶体管1902的漏极-源极电压Vds与漏极电流Id之间的关系。正向电压降Vf依赖于晶体管1902的阈值电压Vth。在图20A所示限幅器的情况下，极限电压等于正向电压降Vf，因此，阈值电压Vth的变化对极限电压的变化有直接的影响。

因此，当晶体管1902的特性变化时，就难以精确地控制限幅器输出端子处的电压Vout，集成电路就无法按所希望的规格工作，集成电路甚至可能由于介质击穿而被损坏。

而且，与玻璃衬底等相比，用来形成集成电路的半导体衬底价格更昂贵、适应性较差、机械强度较低。借助于减小集成电路本身的面积，机械强度能够被提高一定程度。但在这种情况下，难以保持电路的规模，ID芯片或IC卡的用途因而受到限制。因此，若重点是保持集成电路的电路规模，则集成电路的面积不能减小太多，这就限制了机械强度的提高。

考虑到上述情况，本发明提供了一种能够精确地控制极限电压的限幅器。本发明还提供了一种能够精确地控制极限电压的半导体器件。而且，本发明提供了一种采用此限幅器的半导体器件，其中，能够在保持电路规模的情况下提高集成电路的机械强度。本发明还提供了一种价廉的半导体器件。

本发明的限幅器的特征在于采用具有浮栅的叠层栅晶体管作为二极管。

更具体地说，本发明的限幅器的特征在于具有：包括一对掺杂区的半导体；形成在半导体上的第一绝缘膜；第一电极(浮栅)，此第一电极(浮栅)形成于夹在一对半导体掺杂区之间的区域上、以第一绝缘膜(第一栅绝缘膜)插入其间；形成在第一电极上的第二绝缘膜(第二栅绝缘膜)；以及形成在第一电极上的第二电极(控制栅)、以第二绝缘膜插入其间。本发明的限幅器的特征还在于一对掺杂区之一被电连接到第二电极。

根据具有浮栅的晶体管，借助于控制积累在浮栅中的电荷量，能够修正晶体管的阈值电压Vth的变化。