JP2014120615A - 容量素子、容量アレイおよびa/d変換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板1上に設けられた少なくとも1つの配線層METAL2,METAL3において、同心状で交互に配置され、それぞれ閉ループ形状を有する第1電極NAおよび第2電極NBを有する。これにより、容量電極の端部で生じる虞のある欠損の影響を排除することができ、容量素子を均一に形成することが可能になる。
【選択図】図8
Description
まず、逐次比較A/D変換器を説明する。逐次比較A/D変換器は、内部のD/A変換器(Digital-to-Analog Converter:容量DAC)と比較器、並びに、逐次比較制御のためのデジタル回路を含む。
次に、デルタシグマA/D変換器を説明する。デルタシグマA/D変換器は、デルタシグマ変調器と信号処理を担うデジタル回路を含む。
比較的分解能の高いA/D変換器に用いる容量素子の構造には、平行平板構造と櫛形構造がある。電極間の電界は、ウェハー断面から見て、平行平板構造では縦方向で、櫛形構造では横方向になる。
まず、櫛形容量には、PIP容量やMIM容量に比べて相対精度が劣るという課題がある。すなわち、PIP容量やMIM容量は平行平板で構造が単純なため、比較的均一に製造することができるが、櫛形容量は構造が複雑で不均一が生じやすいため、相対精度が劣ることになる。
次に、櫛形容量には、基板を突き抜ける電界が基板の電位分布を変化させ、それが容量の電圧依存性として現れるという課題もある。ここで、容量素子の電圧依存性は、A/D変換器の直線性に影響し、歪みを生じる原因になる。
さらに、A/D変換器に適用する容量素子の配置に関する要件を説明し、従来の櫛形構造容量を配置した場合の課題を示す。図5は、逐次比較A/D変換器の一例を示すブロック図である。
(付記1)
基板上に設けられた少なくとも1つの配線層において、同心状で交互に配置され、それぞれ閉ループ形状を有する第1電極および第2電極を有する、ことを特徴とする容量素子。
前記第1電極および前記第2電極は、複数の配線層の対応する位置に形成される、
ことを特徴とする付記1に記載の容量素子。
前記複数の配線層において、基板側の最下層の配線層における前記第1および第2電極に対して、同じ固定電位を印加する、
ことを特徴とする付記1または付記2に記載の容量素子。
さらに、
基板側の最下層の配線層と前記基板の間に形成され、前記基板に形成されたトランジスタのゲート電極として使用するポリシリコン層を有し、
前記ポリシリコン層に対して固定電位を印加する、
ことを特徴とする付記1または付記2に記載の容量素子。
前記固定電位を印加するポリシリコン層は、前記同心状で交互に配置された第1電極および第2電極に対応する同心形状とされている、
ことを特徴とする付記4に記載の容量素子。
さらに、
前記基板側の最下層の配線層と、前記基板の間に形成された素子間分離用酸化膜を有し、
前記素子間分離用酸化膜に対して不純物質をドーピングして不純物領域とし、該不純物領域の表面をシリサイド化して固定電位を印加する、
ことを特徴とする付記1または付記2に記載の容量素子。
前記同心状で交互に配置された第1電極および第2電極の内、少なくとも最外周の電極に対して固定電位を印加する、
ことを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1項に記載の容量素子。
前記同心状は、同心円状、または、同心多角形状である、
ことを特徴とする付記1乃至付記7のいずれか1項に記載の容量素子。
前記第1および第2電極は、銅配線プロセスで形成される、
ことを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1項に記載の容量素子。
前記第1電極および第2電極は、それぞれ端部を有しない、
ことを特徴とする付記1乃至付記9のいずれか1項に記載の容量素子。
アレイ状に配列された複数の単位容量を有し、複数の容量素子の容量値の相対的な比率に従って、前記各容量素子として使用する前記単位容量の数の規定する容量アレイであって、
前記複数の容量素子に共通する電極の配線を行う第1配線層と、
前記複数の容量素子のそれぞれに対する前記単位容量の接続を行う第2配線層と、
を有し、
前記複数の単位容量の各々は、
基板上に設けられた少なくとも1つの配線層において、同心状で交互に配置され、それぞれ閉ループ形状を有する第1電極および第2電極を有する、
ことを特徴とする容量アレイ。
前記容量アレイの最外周に配置された前記単位容量は、前記複数の容量素子に使用する単位容量として使用しないダミー容量とする、
ことを特徴とする付記11に記載の容量アレイ。
前記複数の容量素子に使用する単位容量は、前記容量アレイにおいて分散した位置の単位容量が選択される、
ことを特徴とする付記11または付記12に記載の容量アレイ。
前記第1配線層は、基板側の最下層の配線層であり、
前記第2配線層は、基板上の最上層の配線層である、
ことを特徴とする付記11至付記13のいずれか1項に記載の容量アレイ。
前記複数の単位容量の各々は、それぞれ付記2乃至付記10のいずれか1項に記載の容量素子である、
ことを特徴とする付記11乃至付記14のいずれか1項に記載の容量アレイ。
付記11乃至付記15のいずれか1項に記載の容量アレイと、
前記容量アレイの周辺部に配置され、前記複数の容量素子に対応して設けられた複数のスイッチと、
前記容量アレイの周辺部に配置され、前記複数のスイッチで選択された容量素子による電圧と、入力電圧を比較するコンパレータと、を有し、
前記入力電圧のアナログ・デジタル変換を行うことを特徴とするA/D変換器。
1C,2C,4C,8C 容量値
2 素子間分離用酸化膜(STI:酸化膜)
C0',C0〜C3 容量素子
CMP コンパレータ
Cp 寄生容量
G,GND 接地電位(接地ノード)
METAL1〜METAL6 配線層(金属配線層)
NA 第1電極(第1ノード)
NB 第2電極(第2ノード)
NC 最外周の電極
SAR 逐次比較制御回路
SW,S0',S0〜S3 スイッチ
TOP トッププレート
VIN 入力アナログ電圧(入力ノード)
VREF 基準電圧(基準ノード)
比較的分解能の高いA/D変換器に用いる容量素子の構造には、並行平板構造と櫛形構造がある。電極間の電界は、ウェハー断面から見て、並行平板構造では縦方向で、櫛形構造では横方向になる。
まず、櫛形容量には、PIP容量やMIM容量に比べて相対精度が劣るという課題がある。すなわち、PIP容量やMIM容量は並行平板で構造が単純なため、比較的均一に製造することができるが、櫛形容量は構造が複雑で不均一が生じやすいため、相対精度が劣ることになる。
さらに、
前記基板側の最下層の配線層の下側の前記基板の間に形成された不純物領域を有し、
前記不純物領域は、シリサイド化された領域を含み、
前記シリサイド化された領域に対して固定電位を印加する、
ことを特徴とする付記1または付記2に記載の容量素子。
アレイ状に配列された複数の単位容量を有し、複数の容量素子の容量値の相対的な比率に従って、前記各容量素子として使用する前記単位容量の数を規定する容量アレイであって、
前記複数の容量素子に共通する電極の配線を行う第1配線層と、
前記複数の容量素子のそれぞれに対する前記単位容量の接続を行う第2配線層と、
を有し、
前記複数の単位容量の各々は、
基板上に設けられた少なくとも1つの配線層において、同心状で交互に配置され、それぞれ閉ループ形状を有する第1電極および第2電極を有する、
ことを特徴とする容量アレイ。
Claims (11)
- 基板上に設けられた少なくとも1つの配線層において、同心状で交互に配置され、それぞれ閉ループ形状を有する第1電極および第2電極を有する、ことを特徴とする容量素子。
- 前記第1電極および前記第2電極は、複数の配線層の対応する位置に形成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の容量素子。 - 前記複数の配線層において、基板側の最下層の配線層における前記第1および第2電極に対して、同じ固定電位を印加する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の容量素子。 - さらに、
基板側の最下層の配線層と前記基板の間に形成され、前記基板に形成されたトランジスタのゲート電極として使用するポリシリコン層を有し、
前記ポリシリコン層に対して固定電位を印加する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の容量素子。 - さらに、
前記基板側の最下層の配線層と、前記基板の間に形成された素子間分離用酸化膜を有し、
前記素子間分離用酸化膜に対して不純物質をドーピングして不純物領域とし、該不純物領域の表面をシリサイド化して固定電位を印加する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の容量素子。 - 前記同心状で交互に配置された第1電極および第2電極の内、少なくとも最外周の電極に対して固定電位を印加する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の容量素子。 - 前記第1電極および第2電極は、それぞれ端部を有しない、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の容量素子。 - アレイ状に配列された複数の単位容量を有し、複数の容量素子の容量値の相対的な比率に従って、前記各容量素子として使用する前記単位容量の数の規定する容量アレイであって、
前記複数の容量素子に共通する電極の配線を行う第1配線層と、
前記複数の容量素子のそれぞれに対する前記単位容量の接続を行う第2配線層と、
を有し、
前記複数の単位容量の各々は、
基板上に設けられた少なくとも1つの配線層において、同心状で交互に配置され、それぞれ閉ループ形状を有する第1電極および第2電極を有する、
ことを特徴とする容量アレイ。 - 前記第1配線層は、基板側の最下層の配線層であり、
前記第2配線層は、基板上の最上層の配線層である、
ことを特徴とする請求項8に記載の容量アレイ。 - 前記複数の単位容量の各々は、それぞれ請求項2乃至請求項6のいずれか1項に記載の容量素子である、
ことを特徴とする請求項8に記載の容量アレイ。 - 請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の容量アレイと、
前記容量アレイの周辺部に配置され、前記複数の容量素子に対応して設けられた複数のスイッチと、
前記容量アレイの周辺部に配置され、前記複数のスイッチで選択された容量素子による電圧と、入力電圧を比較するコンパレータと、を有し、
前記入力電圧のアナログ・デジタル変換を行うことを特徴とするA/D変換器。
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