JP2000307129A - Variable capacitor circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路に搭
載用の可変容量回路の構成に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable capacitance circuit mounted on a semiconductor integrated circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】水晶発振回路に可変容量回路を接続し、
発振周波数を可変にしたものを、電圧制御型水晶発振回
路と称する。2. Description of the Related Art A variable capacitance circuit is connected to a crystal oscillation circuit,
A circuit having a variable oscillation frequency is referred to as a voltage-controlled crystal oscillation circuit.
【0003】このような電圧制御型水晶発振回路を搭載
し、水晶振動子の温度特性を打ち消すための温度補償信
号を可変容量回路の制御電圧として使用するものは、間
接補償方式の温度補償型水晶発振器と呼ばれる。A device equipped with such a voltage-controlled crystal oscillation circuit and using a temperature compensation signal for canceling the temperature characteristic of the crystal resonator as a control voltage for a variable capacitance circuit is a temperature compensation type crystal of an indirect compensation system. Called an oscillator.
【0004】また、外部からの入力電圧を可変容量回路
の制御電圧として使用するものは、電圧制御型水晶発振
器と呼ばれる。A device using an external input voltage as a control voltage for a variable capacitance circuit is called a voltage-controlled crystal oscillator.
【0005】このような用途の可変容量回路は、少なく
とも1つの可変容量素子を使用して構成され、従来の構
成の1つの例を図4に示す。[0005] A variable capacitance circuit for such an application is configured using at least one variable capacitance element, and FIG. 4 shows an example of a conventional configuration.
【0006】図4に示すように、直流信号遮断用の固定
容量1と、可変容量3とを直列に接続し、可変容量3の
他端子をグランドに接続する。As shown in FIG. 4, a fixed capacitor 1 for blocking a DC signal and a variable capacitor 3 are connected in series, and the other terminal of the variable capacitor 3 is connected to the ground.
【0007】そして、固定容量1と可変容量3との接続
点に、入力抵抗5を接続する。可変容量3の制御信号
は、この入力抵抗5を介して印加される。Then, an input resistor 5 is connected to a connection point between the fixed capacitance 1 and the variable capacitance 3. The control signal for the variable capacitor 3 is applied via the input resistor 5.
【0008】入力抵抗5は交流信号を遮断する役目を果
たすものであり、もし制御信号を発生する回路の出力イ
ンピーダンスが充分高ければ、入力抵抗5を省略する場
合もある。The input resistor 5 serves to cut off the AC signal. If the output impedance of the circuit for generating the control signal is sufficiently high, the input resistor 5 may be omitted.
【0009】また、可変容量3の接続先は、高電位側の
電源(Vcc)の場合もあるし、また任意の電位を出力
する定電圧発生回路の場合もある。The variable capacitor 3 may be connected to a power supply (Vcc) on the high potential side, or may be a constant voltage generating circuit for outputting an arbitrary potential.
【0010】ところで、最近の携帯電話機などの携帯用
通信機器の小型化や軽量化の進展は著しいものがあり、
それに搭載される部品に対する小型化や軽量化の要求も
きわめて大きくなっている。温度補償型水晶発振器など
は、携帯電話機搭載部品の中でも、寸法が大きい部類で
あり、とくにその要求が厳しい。By the way, there has been a remarkable progress in miniaturization and weight reduction of portable communication devices such as portable telephones in recent years.
Demands for miniaturization and weight reduction of components mounted thereon have become extremely large. Temperature-compensated crystal oscillators and the like are large in size among components mounted on mobile phones, and the demands are particularly severe.
【0011】そこで、温度補償型水晶発振器などの小型
化や軽量化を図るために、水晶振動子以外の回路部品
を、1チップの半導体集積回路に搭載するという試みが
なされている。In order to reduce the size and weight of a temperature-compensated crystal oscillator and the like, attempts have been made to mount circuit components other than the crystal oscillator on a one-chip semiconductor integrated circuit.
【0012】図4に示すような可変容量回路を半導体集
積回路に搭載する場合は、可変容量3は可変容量ダイオ
ードやMOS型コンデンサなどで構成し、固定容量1は
2層の多結晶シリコン膜などで構成するのが一般的であ
る。このような従来の構成の1つの例を図5に示す。When a variable capacitance circuit as shown in FIG. 4 is mounted on a semiconductor integrated circuit, the variable capacitance 3 is composed of a variable capacitance diode or a MOS type capacitor, and the fixed capacitance 1 is a two-layer polycrystalline silicon film or the like. In general, it is composed of One example of such a conventional configuration is shown in FIG.
【0013】図5は、可変容量がMOS型コンデンサで
ある場合の、半導体集積回路の断面図を示すものであ
る。ただしこの図5では、金属配線膜や保護膜などは、
図示を省略している。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor integrated circuit when the variable capacitance is a MOS capacitor. However, in FIG. 5, the metal wiring film, the protective film, etc.
Illustration is omitted.
【0014】図5に示すように、半導体基板7の表面
に、第1の電極となる低濃度の拡散領域9と、第1の電
極の高濃度の拡散領域11と、ゲート絶縁膜13と、第
2の電極15とからなるMOS型コンデンサを、図4に
示すような可変容量3として構成する。As shown in FIG. 5, a low concentration diffusion region 9 serving as a first electrode, a high concentration diffusion region 11 of the first electrode, a gate insulating film 13, A MOS capacitor including the second electrode 15 is configured as a variable capacitor 3 as shown in FIG.
【0015】また、フィールド酸化膜17の上に、第4
の電極19と、層間絶縁膜21と、第3の電極23とか
らなるコンデンサを、図4に示すような固定容量1とし
て構成する。On the field oxide film 17, a fourth
A capacitor including the electrode 19, the interlayer insulating film 21, and the third electrode 23 is configured as a fixed capacitor 1 as shown in FIG.
【0016】さらに、フィールド酸化膜17の上に、適
度な濃度の不純物を含む多結晶シリコン膜からなる入力
抵抗5を構成する。Further, on the field oxide film 17, an input resistor 5 composed of a polycrystalline silicon film containing an appropriate concentration of impurities is formed.
【0017】第2の電極15と第4の電極19と入力抵
抗5とは、金属配線膜などで接続されるが、煩雑になる
のを避けるために、図5では電気回路的な結線として示
している。The second electrode 15, the fourth electrode 19, and the input resistor 5 are connected by a metal wiring film or the like. However, in order to avoid complication, the connection is shown as an electric circuit in FIG. ing.
【0018】なお、第2の電極15と第4の電極19と
入力抵抗5とは、同一の多結晶シリコン膜を出発材料と
し、不純物の種類や濃度を変更するだけでそれぞれを形
成することもある。あるいは、第3の電極23と入力抵
抗5とを、同一の多結晶シリコン膜から形成する場合も
ある。The second electrode 15, the fourth electrode 19, and the input resistor 5 can be formed by using the same polycrystalline silicon film as a starting material and changing only the type and concentration of impurities. is there. Alternatively, the third electrode 23 and the input resistor 5 may be formed from the same polycrystalline silicon film.
【0019】あるいはまた、第2の電極15や第4の電
極19などを、高融点金属ポリサイド膜などで形成する
こともある。Alternatively, the second electrode 15 and the fourth electrode 19 may be formed of a refractory metal polycide film or the like.
【0020】いずれの場合であっても、図4に示す可変
容量回路を、発振回路などとともに1チップの半導体集
積回路に搭載することは困難ではない。In any case, it is not difficult to mount the variable capacitance circuit shown in FIG. 4 together with an oscillation circuit and the like on a one-chip semiconductor integrated circuit.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
集積回路に搭載した可変容量回路は、ディスクリート部
品で構成した可変容量回路に比らべて、容量変化率が小
さくなるという課題がある。However, a variable capacitance circuit mounted on a semiconductor integrated circuit has a problem that the rate of change in capacitance is smaller than that of a variable capacitance circuit composed of discrete components.
【0022】〔発明の目的〕本発明の目的は、容量変化
率を維持しつつ、1チップの半導体集積回路に搭載可能
な可変容量回路を提供することである。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a variable capacitance circuit that can be mounted on a one-chip semiconductor integrated circuit while maintaining the capacitance change rate.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明による可変容量回路の構成は、下記の通りと
する。To achieve the above object, the configuration of a variable capacitance circuit according to the present invention is as follows.
【0024】すなわち、本発明による可変容量回路の構
成は、同一導電形の低濃度および高濃度の不純物を含む
半導体からなる第1の電極と、第1の電極の低濃度部分
に絶縁膜を挟んで対向し、金属膜または高濃度の不純物
を含む半導体膜からなる第2の電極と、第2の電極に絶
縁膜を挟んで対向し、金属膜または高濃度の不純物を含
む半導体膜からなる第3の電極とを備え、第3の電極の
投影面の全部または大部分が第2の電極の投影面の内側
にあり、第2の電極の投影面の全部または大部分が第1
の電極の投影面の内側にあることを特徴とする。That is, the configuration of the variable capacitance circuit according to the present invention comprises a first electrode made of a semiconductor having the same conductivity type and containing low-concentration and high-concentration impurities, and an insulating film interposed between the low-concentration portion of the first electrode. A second electrode made of a metal film or a semiconductor film containing a high concentration of impurities, and a second electrode made of a metal film or a semiconductor film containing a high concentration of the impurities facing the second electrode with an insulating film interposed therebetween. And all or most of the projection surface of the third electrode is inside the projection surface of the second electrode, and all or most of the projection surface of the second electrode is the first electrode.
Are located inside the projection surface of the electrode.
【0025】あるいはまた、本発明による可変容量回路
の構成は、同一導電形の低濃度および高濃度の不純物を
含む半導体からなる第1の電極と、第1の電極の低濃度
部分に接し、反対導電形の高濃度の不純物を含む半導体
からなる第2の電極と、第2の電極に絶縁膜を挟んで対
向し、金属膜または高濃度の不純物を含む半導体膜から
なる第3の電極とを備え、第3の電極の投影面の全部ま
たは大部分が第2の電極の投影面の内側にあり、第2の
電極の投影面の全部または大部分が第1の電極の投影面
の内側にあることを特徴とする。Alternatively, the configuration of the variable capacitance circuit according to the present invention is such that a first electrode made of a semiconductor containing low-concentration and high-concentration impurities of the same conductivity type and a low-concentration portion of the first electrode are in contact with and opposite to each other. A second electrode made of a semiconductor containing a high-concentration impurity of a conductivity type and a third electrode made of a metal film or a semiconductor film containing a high-concentration impurity opposing the second electrode with an insulating film interposed therebetween; And all or most of the projection surface of the third electrode is inside the projection surface of the second electrode, and all or most of the projection surface of the second electrode is inside the projection surface of the first electrode. There is a feature.
【0026】そして、これらの可変容量回路において、
第3の電極に対向する第2の電極面は、凹凸状または粒
状の非平面であることを特徴とする。In these variable capacitance circuits,
The second electrode surface facing the third electrode is uneven or granular and non-planar.
【0027】〔作用〕本発明は、固定容量の構成に伴な
って発生する寄生容量が、可変容量に並列に接続するこ
とによって容量変化率を減少させてしまうことを防止
し、さらに、固定容量の電極抵抗が容量変化率を減少さ
せてしまうことを防止するものである。[Operation] The present invention prevents the parasitic capacitance generated due to the configuration of the fixed capacitance from decreasing the rate of change in capacitance by connecting in parallel to the variable capacitance. This prevents the electrode resistance from decreasing the capacitance change rate.
【0028】半導体集積回路上に形成する従来の可変容
量回路においては、固定容量をフィールド酸化膜上に形
成するため、固定容量の下部電極と半導体基板との間に
寄生容量が発生する。この寄生容量は、通常使用する電
圧範囲では容量値はほぼ一定であり、電気回路上は可変
容量と並列接続の関係になる。つまり、従来の可変容量
回路においては、可変容量に並列に固定の容量が接続さ
れた状態になっている。In a conventional variable capacitance circuit formed on a semiconductor integrated circuit, since a fixed capacitance is formed on a field oxide film, a parasitic capacitance is generated between the lower electrode of the fixed capacitance and the semiconductor substrate. This parasitic capacitance has a substantially constant capacitance value in a normally used voltage range, and has a relation of variable capacitance and parallel connection on an electric circuit. That is, in the conventional variable capacitance circuit, a fixed capacitance is connected in parallel with the variable capacitance.
【0029】さらに、従来の可変容量回路においては、
交流信号が固定容量を通過するに際して、信号のキャリ
アは、固定容量の下部電極を横方向に走行しなければな
らない。ところが、固定容量の下部電極は膜厚が薄い多
結晶シリコンなどで形成されるから、横方向については
抵抗成分が無視できない。Further, in the conventional variable capacitance circuit,
As the AC signal passes through the fixed capacitance, the signal carrier must travel laterally over the lower electrode of the fixed capacitance. However, since the lower electrode of the fixed capacitor is formed of thin polycrystalline silicon or the like, the resistance component in the horizontal direction cannot be ignored.
【0030】このような寄生容量や抵抗成分を考慮すれ
ば、図5に示す従来の可変容量回路の実際上の回路図
は、図6に示すようなものである。Considering such parasitic capacitances and resistance components, a practical circuit diagram of the conventional variable capacitance circuit shown in FIG. 5 is as shown in FIG.
【0031】図6に示すように、固定容量1と可変容量
3との間に直列に電極抵抗29が接続し、可変容量3と
電極抵抗29との直列接続に並列に寄生容量27が接続
している。As shown in FIG. 6, an electrode resistor 29 is connected in series between the fixed capacitor 1 and the variable capacitor 3, and a parasitic capacitor 27 is connected in parallel with the series connection of the variable capacitor 3 and the electrode resistor 29. ing.
【0032】電極抵抗29は可変容量3に流れ込む交流
信号の妨げとなり、寄生容量27は交流信号をバイパス
する。このため、寄生容量27や電極抵抗29が存在す
ると、全体の交流信号のうち可変容量3を流れる割合が
減少する。The electrode resistor 29 obstructs the AC signal flowing into the variable capacitor 3, and the parasitic capacitor 27 bypasses the AC signal. Therefore, when the parasitic capacitance 27 and the electrode resistance 29 exist, the ratio of the entire AC signal flowing through the variable capacitor 3 decreases.
【0033】したがって、可変容量3自身の容量の変化
率が同じであっても、交流信号の変化率は減少してしま
う。これはすなわち、可変容量回路としては容量変化率
が減少するということである。Therefore, even if the rate of change of the capacitance of the variable capacitor 3 itself is the same, the rate of change of the AC signal decreases. This means that the capacitance change rate of the variable capacitance circuit decreases.
【0034】そこで、容量変化率の減少を抑制するため
には、寄生容量27や電極抵抗29が存在しないような
構成にすればよい。そのような手法の1つが、本発明の
構成である。Therefore, in order to suppress a decrease in the rate of change in capacitance, a configuration may be adopted in which the parasitic capacitance 27 and the electrode resistance 29 do not exist. One such technique is the configuration of the present invention.
【0035】本発明の最大の特徴は、固定容量を可変容
量に積層し、かつ、固定容量の下部電極と可変容量の上
部電極とを共通にすることである。The greatest feature of the present invention is that the fixed capacitance is laminated on the variable capacitance, and the lower electrode of the fixed capacitance and the upper electrode of the variable capacitance are made common.
【0036】電極の共通化をしないで単純に積層しただ
けであっても、固定容量の下部電極と半導体基板との間
に寄生容量となり得る部分が存在しないから、従来構成
に比べて有利であるが、電極抵抗は除去できない。Even if the electrodes are simply stacked without sharing the electrodes, there is no portion that can serve as a parasitic capacitance between the lower electrode of the fixed capacitance and the semiconductor substrate, which is more advantageous than the conventional structure. However, the electrode resistance cannot be removed.
【0037】これに対して、固定容量の下部電極と可変
容量の上部電極とを共通にした場合には、交流信号は電
極を縦方向に横切るだけであるから、キャリアの走行距
離は非常に短く、電極の抵抗成分はきわめて小さい。On the other hand, when the lower electrode of the fixed capacitance and the upper electrode of the variable capacitance are shared, the traveling distance of the carrier is very short because the AC signal only crosses the electrodes in the vertical direction. The resistance component of the electrode is extremely small.
【0038】したがって、電極の抵抗成分による交流信
号の伝達ロスがなくなり、容量変化率の減少が抑制され
る。Therefore, the transmission loss of the AC signal due to the resistance component of the electrode is eliminated, and the decrease in the rate of change in capacitance is suppressed.
【0039】さらにまた、可変容量の上部電極の上面を
非平面として面積を増加させ、固定容量の容量値を増加
させることにより、容量変化率を増加させることも可能
である。Furthermore, it is possible to increase the capacitance change rate by increasing the area by making the upper surface of the upper electrode of the variable capacitor non-planar and increasing the capacitance value of the fixed capacitor.
【0040】[0040]
【発明の実施の形態】以下、図面を使用して本発明の可
変容量回路における最適な実施形態を説明する。まず本
発明の第1の実施の形態を説明する。図1は、本発明の
第1の実施の形態における可変容量回路の構成を示す断
面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The preferred embodiments of the variable capacitance circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of the variable capacitance circuit according to the first embodiment of the present invention.
【0041】〔第1の実施の形態の説明:図1〕図1の
断面図に示すように、半導体基板7の表面に、第1の電
極の低濃度の拡散領域9と、第1の電極の高濃度の拡散
領域11と、ゲート絶縁膜13と、第2の電極15とか
らなるMOS型コンデンサを構成する。このMOS型コ
ンデンサが、図4に示す可変容量3である。[Explanation of First Embodiment: FIG. 1] As shown in the sectional view of FIG. 1, a low-concentration diffusion region 9 of a first electrode and a first electrode , A MOS type capacitor including the high concentration diffusion region 11, the gate insulating film 13, and the second electrode 15. This MOS type capacitor is the variable capacitor 3 shown in FIG.
【0042】また、第2の電極15の上に、層間絶縁膜
21と、第3の電極23とからなるコンデンサを構成す
る。このコンデンサが、図4に示す固定容量1である。On the second electrode 15, a capacitor comprising the interlayer insulating film 21 and the third electrode 23 is formed. This capacitor is the fixed capacitance 1 shown in FIG.
【0043】さらに、フィールド酸化膜17の上に、適
度な不純物を含む多結晶シリコン膜からなる入力抵抗5
を構成する。Further, on the field oxide film 17, an input resistor 5 made of a polycrystalline silicon film containing an appropriate impurity is formed.
Is configured.
【0044】第2の電極15と入力抵抗5とは、金属配
線膜などで接続されるが、煩雑になるのを避けるため
に、図1では電気回路的な結線として示している。ま
た、保護膜などの記載も省略している。The second electrode 15 and the input resistor 5 are connected by a metal wiring film or the like. However, in order to avoid complication, FIG. 1 shows the connection as an electric circuit. Also, descriptions of a protective film and the like are omitted.
【0045】図1から明らかなように、第2の電極15
は固定容量1の下部電極であると共に、可変容量3の上
部電極であるから、固定容量1の下部電極と半導体基板
7との間に発生する寄生容量は、可変容量3そのもので
ある。つまり、図1に示す構成の固定容量1では、寄生
容量は存在しない。As is clear from FIG. 1, the second electrode 15
Is the lower electrode of the fixed capacitor 1 and the upper electrode of the variable capacitor 3. Therefore, the parasitic capacitance generated between the lower electrode of the fixed capacitor 1 and the semiconductor substrate 7 is the variable capacitor 3 itself. That is, the fixed capacitance 1 having the configuration shown in FIG. 1 has no parasitic capacitance.
【0046】また、図1に示す可変容量回路の構成にお
いて、交流信号の経路は縦方向であるから、固定容量1
から可変容量3への抵抗成分は、第2の電極15の膜厚
方向の抵抗である。In the configuration of the variable capacitance circuit shown in FIG. 1, the path of the AC signal is in the vertical direction.
Is a resistance in the thickness direction of the second electrode 15.
【0047】第2の電極15は、高濃度の不純物を含む
多結晶シリコン膜や高融点金属ポリサイド膜などで形成
され、膜厚は0.5μm以下にすることが一般的であ
る。The second electrode 15 is formed of a polycrystalline silicon film containing a high concentration of impurities, a high melting point metal polycide film, or the like, and generally has a thickness of 0.5 μm or less.
【0048】したがって、交流信号の伝播経路上では、
第2の電極15はきわめて長さが短い抵抗体となり、実
用上抵抗値は、ほぼゼロとみなすことができる。Therefore, on the propagation path of the AC signal,
The second electrode 15 is a resistor having a very short length, and the resistance value can be regarded as substantially zero in practical use.
【0049】つまり、図1に示す可変容量回路の構成で
は、容量変化率を減少させる原因となる寄生容量や電極
の抵抗成分は存在しない。したがって、本発明により可
変容量回路の容量変化率の減少が抑制できる。That is, in the configuration of the variable capacitance circuit shown in FIG. 1, there is no parasitic capacitance or a resistance component of the electrode which causes a reduction in the rate of change in capacitance. Therefore, according to the present invention, a decrease in the rate of change in capacitance of the variable capacitance circuit can be suppressed.
【0050】ところで、第3の電極23は、第2の電極
15の外側にはみ出して形成することも、形状的には可
能である。Incidentally, the third electrode 23 can be formed to protrude outside the second electrode 15 in terms of shape.
【0051】また、第2の電極15は、フィールド酸化
膜17の上にはみ出して形成することも可能である。The second electrode 15 can be formed so as to protrude above the field oxide film 17.
【0052】しかしながら、これらのはみ出し部分は、
半導体基板7との間に寄生容量を発生させるから、容量
変化率を減少させることになる。However, these protruding portions are
Since a parasitic capacitance is generated between the semiconductor substrate 7 and the semiconductor substrate 7, the capacitance change rate is reduced.
【0053】したがって、このような寄生容量が発生し
ないような構成にする必要がある。そのためには、第3
の電極23の投影面の全部または大部分が、第2の電極
15の投影面の内側になるようにし、また、第2の電極
15の投影面の全部または大部分が、第1の電極である
拡散領域9および拡散領域11の内側になるようにする
ことである。Therefore, it is necessary to make the configuration such that such parasitic capacitance does not occur. For that, the third
All or most of the projected surface of the electrode 23 is located inside the projected surface of the second electrode 15, and all or most of the projected surface of the second electrode 15 is the first electrode. That is, the inside of a certain diffusion region 9 and a certain diffusion region 11 is set.
【0054】つぎに、本発明の第2の実施の形態を説明
する。図2は、本発明の第2の実施の形態における可変
容量回路の構成を示す断面図である。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a sectional view showing the configuration of the variable capacitance circuit according to the second embodiment of the present invention.
【0055】〔第2の実施の形態の説明:図2〕図2の
断面図に示すように、半導体基板7の表面に、第1の電
極の低濃度の拡散領域9と、第1の電極の高濃度の拡散
領域11と、第2の電極の反対導電形の拡散領域31と
からなるpn接合ダイオードを構成する。このpn接合
ダイオードが、図4に示す可変容量3である。[Explanation of the Second Embodiment: FIG. 2] As shown in the sectional view of FIG. 2, a low concentration diffusion region 9 of the first electrode and a first electrode A pn junction diode comprising a high concentration diffusion region 11 and a diffusion region 31 of the opposite conductivity type to the second electrode is formed. This pn junction diode is the variable capacitor 3 shown in FIG.
【0056】また、第2の電極の反対導電形の拡散領域
31の上に、層間絶縁膜21と、第3の電極23とから
なるコンデンサを構成する。このコンデンサが、図4に
示す固定容量1である。On the other hand, a capacitor comprising an interlayer insulating film 21 and a third electrode 23 is formed on the diffusion region 31 of the opposite conductivity type to the second electrode. This capacitor is the fixed capacitance 1 shown in FIG.
【0057】さらに、フィールド酸化膜17の上に、適
度な不純物を含む多結晶シリコン膜からなる入力抵抗5
を構成する。Further, on the field oxide film 17, an input resistor 5 made of a polycrystalline silicon film containing an appropriate impurity is formed.
Is configured.
【0058】第2の電極の拡散領域31と入力抵抗5と
は、金属配線膜などで接続されているが、煩雑になるの
を避けるために、図2では電気回路的な結線として示し
ている。また、保護膜などの記載も省略している。The diffusion region 31 of the second electrode and the input resistor 5 are connected by a metal wiring film or the like. However, in order to avoid complication, FIG. 2 shows the connection as an electric circuit. . Also, descriptions of a protective film and the like are omitted.
【0059】図2から明らかなように、第2の電極の拡
散領域31は固定容量1の下部電極であるとともに、可
変容量3の上部電極であって、第1の電極である拡散領
域9に囲まれているから、固定容量1の下部電極と半導
体基板7との間に寄生容量は存在しない。As is apparent from FIG. 2, the diffusion region 31 of the second electrode is the lower electrode of the fixed capacitor 1 and the upper electrode of the variable capacitor 3 and is connected to the diffusion region 9 as the first electrode. Since it is surrounded, no parasitic capacitance exists between the lower electrode of the fixed capacitance 1 and the semiconductor substrate 7.
【0060】また、図2に示す可変容量回路の構成にお
いて、第2の電極の拡散領域31の拡散深さを浅くして
おけば、拡散領域9との接合面のうち、側面の面積は下
面の面積に比べて無視できる程度に小さい。In the configuration of the variable capacitance circuit shown in FIG. 2, if the diffusion depth of the diffusion region 31 of the second electrode is made small, the area of the side surface of the junction surface with the diffusion region 9 becomes lower. Is negligibly small compared to the area of
【0061】したがって、交流信号の経路のほぼすべて
は縦方向であるから、固定容量1から可変容量3への抵
抗成分は、第2の電極の拡散領域31の拡散深さ方向の
抵抗である。Therefore, since almost all of the path of the AC signal is in the vertical direction, the resistance component from the fixed capacitance 1 to the variable capacitance 3 is the resistance in the diffusion depth direction of the diffusion region 31 of the second electrode.
【0062】そこで、第2の電極の拡散領域31の拡散
深さを浅くしておけば、交流信号の伝播経路上では、第
2の電極の拡散領域31は、きわめて長さが短い抵抗体
となり、実用上抵抗値はほぼゼロとみなすことができ
る。Therefore, if the diffusion depth of the diffusion region 31 of the second electrode is made shallow, the diffusion region 31 of the second electrode becomes a resistor having a very short length on the propagation path of the AC signal. In practice, the resistance value can be regarded as substantially zero.
【0063】つまり、図2に示す可変容量回路の構成で
は、容量変化率を減少させる原因となる寄生容量や電極
の抵抗成分は存在しない。したがって、この第2の実施
の形態においても、可変容量回路の容量変化率の減少が
抑制できる。That is, in the configuration of the variable capacitance circuit shown in FIG. 2, there is no parasitic capacitance or a resistance component of the electrode which causes a decrease in the capacitance change rate. Therefore, also in the second embodiment, a decrease in the rate of change in capacitance of the variable capacitance circuit can be suppressed.
【0064】ところで、第3の電極23は、第2の電極
の拡散領域31の外側にはみ出して形成することも、形
状的には可能である。By the way, the third electrode 23 can be formed so as to protrude outside the diffusion region 31 of the second electrode.
【0065】しかしながら、このはみ出し部分は、第1
の電極である拡散領域9および拡散領域11との間に寄
生容量を発生させるから、容量変化率を減少させること
になる。However, the protruding part is the first part.
Since a parasitic capacitance is generated between the diffusion region 9 and the diffusion region 11, which are the electrodes, the capacitance change rate is reduced.
【0066】したがって、このような寄生容量が発生し
ないような構成にする必要がある。そのためには、第3
の電極23の投影面の全部または大部分が、第2の電極
の拡散領域31の内側になるようにしなければならな
い。Therefore, it is necessary to make the configuration such that such a parasitic capacitance does not occur. For that, the third
All or most of the projection surface of the electrode 23 must be inside the diffusion region 31 of the second electrode.
【0067】なお、第2の電極の拡散領域31と半導体
基板7とが同一の導電形である場合は、第1の電極であ
る拡散領域9、および拡散領域11をはみ出すことはで
きない。なぜならば、半導体基板7と短絡してしまうか
らである。When the diffusion region 31 of the second electrode and the semiconductor substrate 7 are of the same conductivity type, the diffusion region 9 and the diffusion region 11 as the first electrode cannot protrude. This is because a short circuit occurs with the semiconductor substrate 7.
【0068】つぎに、本発明の第3の実施の形態を説明
する。図3は、本発明の第3の実施の形態における可変
容量回路の構成を示す断面図である。Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of the variable capacitance circuit according to the third embodiment of the present invention.
【0069】〔第3の実施の形態の説明:図3〕図3の
断面図に示すように、半導体基板7の表面に、第1の電
極の低濃度の拡散領域9と、第1の電極の高濃度の拡散
領域11と、ゲート絶縁膜13と、第2の電極15とか
らなるMOS型コンデンサを構成する。このMOS型コ
ンデンサが、図4に示す可変容量3である。[Explanation of Third Embodiment: FIG. 3] As shown in the sectional view of FIG. 3, a low concentration diffusion region 9 of a first electrode and a first electrode , A MOS type capacitor including the high concentration diffusion region 11, the gate insulating film 13, and the second electrode 15. This MOS type capacitor is the variable capacitor 3 shown in FIG.
【0070】また、第2の電極15の上に、層間絶縁膜
21と、第3の電極23とからなるコンデンサを構成す
る。このコンデンサが、図4に示す固定容量1である。On the second electrode 15, a capacitor comprising the interlayer insulating film 21 and the third electrode 23 is formed. This capacitor is the fixed capacitance 1 shown in FIG.
【0071】さらに、フィールド酸化膜17の上に、適
度な不純物を含む多結晶シリコン膜からなる入力抵抗5
を構成する。Further, on the field oxide film 17, an input resistor 5 made of a polycrystalline silicon film containing appropriate impurities is formed.
Is configured.
【0072】第2の電極15と入力抵抗5とは、金属配
線膜などで接続されるが、煩雑になるのを避けるため
に、図3では電気回路的な結線として示している。ま
た、保護膜などの記載も省略している。The second electrode 15 and the input resistor 5 are connected by a metal wiring film or the like, but are shown as electrical circuit connections in FIG. 3 to avoid complication. Also, descriptions of a protective film and the like are omitted.
【0073】図3に示す第3の実施の形態と、図1に示
す第1の実施の形態との相違は、第2の電極15の上面
の形状であり、第3の実施の形態の第2の電極15の上
面は非平面形状になっている。The difference between the third embodiment shown in FIG. 3 and the first embodiment shown in FIG. 1 lies in the shape of the upper surface of the second electrode 15, which is different from the first embodiment shown in FIG. The upper surface of the second electrode 15 has a non-planar shape.
【0074】そして、層間絶縁膜21および第3の電極
23は、第2の電極15の上面に沿って形成するから、
これらの膜は平坦ではなく凹凸形状になっている。Since the interlayer insulating film 21 and the third electrode 23 are formed along the upper surface of the second electrode 15,
These films are not flat but uneven.
【0075】第2の電極15の上面を非平面にする理由
は、表面積を増やして固定容量1の容量値を増加させる
ためである。The reason why the upper surface of the second electrode 15 is made non-planar is to increase the surface area to increase the capacitance value of the fixed capacitor 1.
【0076】固定容量1は可変容量3に直列に接続する
から、固定容量1の容量値が大きいほど、可変容量回路
としての容量変化率は大きくなる。Since the fixed capacitance 1 is connected in series to the variable capacitance 3, the larger the capacitance value of the fixed capacitance 1, the larger the rate of change in capacitance as a variable capacitance circuit.
【0077】しかし、固定容量1は可変容量3に積層す
るから、平面に投影した面積を比較すると、可変容量3
の方が固定容量1よりも大きくなる。However, since the fixed capacitor 1 is laminated on the variable capacitor 3, the area projected on the plane is
Is larger than the fixed capacity 1.
【0078】このような条件で固定容量1の容量値を大
きくするには、層間絶縁膜21の膜厚を薄くするか、第
2の電極15の上面を非平面にして実効面積を増やすし
か方法はない。In order to increase the capacitance value of the fixed capacitor 1 under such conditions, it is necessary to reduce the thickness of the interlayer insulating film 21 or increase the effective area by making the upper surface of the second electrode 15 non-planar. There is no.
【0079】図3に示す第3の実施の形態は、このうち
の後者の方法の一つの例を示したものである。The third embodiment shown in FIG. 3 shows one example of the latter method.
【0080】なお、第2の電極15の上面を非平面にす
る方法は種々のものがある。たとえば、マスクを用いて
選択的にエッチングして凹凸状にしたり、多結晶シリコ
ン膜で結晶粒界のエッチレートが速いことを利用したウ
ェットエッチングで粒状にしたりするなどの方法があ
る。There are various methods for making the upper surface of the second electrode 15 non-planar. For example, there are a method of selectively etching into a concavo-convex shape using a mask, and a method of wet-etching utilizing a high etch rate of a crystal grain boundary in a polycrystalline silicon film.
【0081】以上のように実施の形態に基づき本発明を
具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
の変更が可能であることは言うまでもない。As described above, the present invention has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. Needless to say,
【0082】たとえば、図3に示す第3の実施の形態に
おいては、可変容量3はMOS型コンデンサとしている
が、第2の電極の上面を非平面にした可変容量ダイオー
ドでもよい。For example, in the third embodiment shown in FIG. 3, the variable capacitor 3 is a MOS capacitor, but it may be a variable capacitor diode in which the upper surface of the second electrode is non-planar.
【0083】[0083]
【発明の効果】以上のように、1つの電極を共有するよ
うに可変容量と固定容量とを積層し、かつ、固定容量の
電極の投影面が可変容量の投影面内にあるようにするこ
とにより、寄生容量と電極抵抗とをなくすことができ、
半導体集積回路に形成する可変容量回路の容量変化率の
減少を抑制することができる。As described above, the variable capacitance and the fixed capacitance are stacked so as to share one electrode, and the projection surface of the fixed capacitance electrode is located within the variable capacitance projection surface. As a result, the parasitic capacitance and the electrode resistance can be eliminated,
A decrease in the rate of change in capacitance of the variable capacitance circuit formed in the semiconductor integrated circuit can be suppressed.
【0084】さらに、共有する電極の固定容量側の面を
非平面にして面積を増加させ、固定容量の容量値を増加
させることにより、容量変化率を大きくすることもでき
る。Furthermore, the capacitance change rate can be increased by increasing the area of the fixed electrode by making the surface on the fixed capacitance side of the shared electrode non-planar and increasing the capacitance value of the fixed capacitance.
【0085】したがって、温度補償型水晶発振器に適用
すれば温度補償範囲を拡大することができ、また電圧制
御型水晶発振器に適用すれば周波数可変幅を拡大するこ
とができ、その効果は非常に大きい。Therefore, when applied to a temperature-compensated crystal oscillator, the temperature compensation range can be expanded, and when applied to a voltage-controlled crystal oscillator, the frequency variable width can be increased, and the effect is very large. .
【図1】本発明の第1の実施の形態における可変容量回
路の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態における可変容量回
路の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施の形態における可変容量回
路の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance circuit according to a third embodiment of the present invention.
【図4】従来技術における可変容量回路の構成を示す回
路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a variable capacitance circuit according to the related art.
【図5】従来技術における可変容量回路の構成を示す断
面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance circuit according to the related art.
【図6】従来技術における可変容量回路の実際上の回路
図である。FIG. 6 is a practical circuit diagram of a variable capacitance circuit according to the related art.
9:第1の電極の低濃度の拡散領域 11:第1の電極の高濃度の拡散領域 13:ゲート絶縁膜 15:第2の電極 21:層間絶縁膜 23:第3の電極 9: Low concentration diffusion region of the first electrode 11: High concentration diffusion region of the first electrode 13: Gate insulating film 15: Second electrode 21: Interlayer insulating film 23: Third electrode
Claims (3)
物を含む半導体からなる第1の電極と、 第1の電極の低濃度部分に絶縁膜を挟んで対向し、金属
膜または高濃度の不純物を含む半導体膜からなる第2の
電極と、 第2の電極に絶縁膜を挟んで対向し、金属膜または高濃
度の不純物を含む半導体膜からなる第3の電極とを備
え、 第3の電極の投影面の全部または大部分が第2の電極の
投影面の内側にあり、 第2の電極の投影面の全部または大部分が第1の電極の
投影面の内側にあることを特徴とする可変容量回路。A first electrode made of a semiconductor containing low-concentration and high-concentration impurities of the same conductivity type is opposed to a low-concentration portion of the first electrode with an insulating film interposed therebetween. A second electrode made of a semiconductor film containing an impurity, and a third electrode made of a metal film or a semiconductor film containing a high concentration of an impurity opposed to the second electrode with an insulating film interposed therebetween; All or most of the projection surface of the electrode is inside the projection surface of the second electrode, and all or most of the projection surface of the second electrode is inside the projection surface of the first electrode. Variable capacitance circuit.
物を含む半導体からなる第1の電極と、 第1の電極の低濃度部分に接し、反対導電形の高濃度の
不純物を含む半導体からなる第2の電極と、 第2の電極に絶縁膜を挟んで対向し、金属膜または高濃
度の不純物を含む半導体膜からなる第3の電極とを備
え、 第3の電極の投影面の全部または大部分が第2の電極の
投影面の内側にあり、 第2の電極の投影面の全部または大部分が第1の電極の
低濃度部分の内側にあることを特徴とする可変容量回
路。2. A semiconductor device comprising: a first electrode formed of a semiconductor containing low-concentration and high-concentration impurities of the same conductivity type; and a semiconductor contacting a low-concentration portion of the first electrode and containing high-concentration impurities of an opposite conductivity type. And a third electrode made of a metal film or a semiconductor film containing a high-concentration impurity that is opposed to the second electrode with an insulating film interposed therebetween, and the entire projection surface of the third electrode is provided. Alternatively, the variable capacitance circuit is characterized in that most of the projection surface of the second electrode is inside the projection surface of the second electrode, and all or most of the projection surface of the second electrode is inside the low concentration portion of the first electrode.
量回路において、 前記第3の電極に対向する前記第2の電極面は、凹凸状
または粒状の非平面であることを特徴とする可変容量回
路。3. The variable capacitance circuit according to claim 1, wherein the second electrode surface facing the third electrode has a non-planar or irregular non-planar surface. Variable capacitance circuit.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11113434A JP2000307129A (en) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | Variable capacitor circuit |
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JP11113434A JP2000307129A (en) | 1999-04-21 | 1999-04-21 | Variable capacitor circuit |
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-
1999
- 1999-04-21 JP JP11113434A patent/JP2000307129A/en active Pending
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