JP2679450B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2679450B2
JP2679450B2 JP3147743A JP14774391A JP2679450B2 JP 2679450 B2 JP2679450 B2 JP 2679450B2 JP 3147743 A JP3147743 A JP 3147743A JP 14774391 A JP14774391 A JP 14774391A JP 2679450 B2 JP2679450 B2 JP 2679450B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、更
に詳しくは、容量素子を備えるモノリシック構造の半導
体集積回路装置に関する。
【0002】モノリシック構造の半導体集積回路装置に
おいては、容量素子(キャパシタ)が、共通に接続され
たソース及びドレインを有するMOSトランジスタによ
って構成される例がある。このような容量素子は、一般
にデプレッション形MOSトランジスタから構成され、
MOSトランジスタの共通に接続されたソース及びドレ
インとゲートとの間に寄生容量が形成されており、この
共通に接続されたソース及びドレインとゲートとがこの
容量素子の双方の端子を成している。
【0003】
【従来の技術】図6に従来のMOSトランジスタから構
成される容量素子によって遅延時間を発生させる遅延時
間生成回路の例を示す。同図において、入力端5からの
信号はインバータ6及び8を介して同相の信号として伝
達されるものであるが、MOSトランジスタから成る容
量素子7が双方のインバータ6、8の入出力間のノード
Aと接地間に設けられており、この容量素子7によって
入力端5から出力端9迄の信号伝達に所定の遅延時間
(t1−to)が設けられている。容量素子7は、Nチ
ャネルMOSトランジスタから構成され、そのソース及
びドレインが共通に接続され、このソース及びドレイン
とゲートとが一対の端子を成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般にMOSトランジ
スタでは、ソース・ゲート間に印加される電圧に従って
チャネルが形成され、またチャネル幅が変化するため、
MOSトランジスタから成る容量素子では、ゲート−ソ
ース・ドレイン間の端子間電圧に依存して静電容量(容
量値)が変化する。従って、かかる容量素子によって一
定の遅延時間を得る前記遅延時間生成回路の場合、正確
な遅延時間を事前に計算してこれを得ることが困難とい
う問題がある。
【0005】図7は、この形式のNチャネルトランジス
タから成る容量素子における電圧依存性を説明する図で
ある。Nチャネルトランジスタは図6のごとく、ゲート
に入力電圧を与えられ、ソース・ドレインが共通にGN
D端子に接続されている。図7は、ゲート端子に印加さ
れる電圧の変化が速い場合(例えば100Hz以上)の
容量値の電圧特性図であり、容量値(pF)を縦軸に、
ゲートに印加される入力電圧(V)、即ちゲート−ソー
ス・ドレイン間電圧を横軸にとって示したものである。
同図に示されているように、この容量素子では端子電圧
が低下するに従い容量値が減少し、特にスレッシュホー
ルド電圧以下に端子電圧が低下する場合には、寄生容量
がゲートとソース・ドレインを形成する基板との間の容
量となり、容量値が大きく低下する。
【0006】上記電圧特性図にも示されているように、
この容量素子が、遅延時間生成回路等に使用される場
合、又はその外に、端子間電圧がMOSトランジスタの
スレッシュホールド電圧をまたいで正負方向に変化する
別の回路に使用される場合には特に、所望の正確な容量
値が得られないという問題がある。ところが、従来かか
る点に着目して、平坦な電圧特性を有する容量値を得る
ことが可能なMOSトランジスタから成る容量素子は知
られていなかった。
【0007】本発明は、上記問題に鑑み、MOSトラン
ジスタから成る容量素子を備える半導体装置において、
容量素子の端子間に印加される電圧値及びその極性の変
化に対して容量値の変化が小さな容量素子を得て、例え
ば遅延時間生成回路において正確な遅延時間を得ること
が可能な容量素子を備える半導体装置を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を達成するための手段】図1は本発明の原理図で
ある。同図において、1及び2は夫々第一及び第二のM
OSトランジスタ、3及び4は夫々キャパシタの端子で
ある。
【0009】前記目的を達成するため、本発明の半導体
装置は、図2に示したように、ソースとドレインとがそ
れぞれ共通接続されたPチャネルMOSトランジスタ及
びNチャネルMOSトランジスタの双方の前記共通接続
端相互及びゲート電極相互がそれぞれ接続されてなるキ
ャパシタを有し、前記キャパシタの静電容量が、前記接
続されたゲート電極と接続された共通接続端との間に印
加される電圧値に依存せず略一定値となるように形成さ
れていることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明の半導体装置のキャパシタでは、Pチャ
ネルMOSトランジスタ1、及びNチャネルMOSトラ
ンジスタ2からなる各容量を相互に並列に接続して形成
し、それぞれのMOSトランジスタの電圧変化に依存す
る静電容量の変化に際してこのキャパシタの静電容量が
略一定になるように構成することで、端子電圧に依存す
ることなく略一定の容量値を有するキャパシタとするこ
とができる。
【0011】
【実施例】図2を参照して、本発明の第一の実施例の半
導体装置における容量素子の構成について説明する。図
2は、この容量素子の構成を示す回路図である。同図に
おいて、この容量素子はPチャネル及びNチャネルトM
OSランジスタ1、2を夫々並列に、即ち双方のゲート
を相互に接続して一方の端子3と成し、双方の共通に接
続されたソース・ドレインを相互に接続して他方の端子
とする構成である。
【0012】図5は、図2に示された容量素子部分の断
面及びその配線接続構成を略図として示すものである。
同図において、p形基板11上にフィールド酸化膜12
を挟んでPチャネル及びNチャネルMOSトランジスタ
13、14が対となって形成されている。Pチャネルト
ランジスタ13から成る容量素子部分では、Pチャネル
トランジスタを形成するためのN−ウエル(n-領域)
15が形成され、ゲートG直下のチャネル16部分には
スレッシュホールド電圧Vth2を低く設定するため、極
く僅かな濃度のB(ホウ素)のみが打込まれている。
【0013】チャネル16上には、酸化シリコン17を
介してゲート電極を成す多結晶シリコン18が薄層とし
て形成されており、また、N−ウエル15内にはソース
S及びドレインDを成すp+層がイオン注入により形成
されている。
【0014】Nチャネルトランジスタ14から成る容量
素子部分では、基板11のp-領域のフィールド酸化膜
で分離された部分がそのままNチャネルトランジスタを
形成する領域となり、チャネル19部分にスレッシュホ
ールド電圧Vth1を高く設定するため極く微量のP(リ
ン)のみが打込まれており、チャネル19上にはゲート
G部分がPチャネルトランジスタのゲート部分と同様に
形成され、更に、ソースS及びドレインDを成すn+層
がやはりイオン打込みによって形成されている。
【0015】Pチャネル及びNチャネルトランジスタ1
3、14の双方のゲートGはアルミ電極により共通に接
続され、また双方の各ソースS及びドレインDも相互に
接続されると共に夫々のトランジスタ13、14の相互
に接続されたソースS及びドレインDが共通に接続さ
れ、夫々の共通に接続されたノード20、21から延長
してこの容量素子の一対の端子22、23が形成され
る。
【0016】上記実施例の半導体装置の容量素子の作用
について図4を参照して説明する。図4において、曲線
A、B及びCは夫々、Nチャネルトランジスタから成る
容量素子部分の容量特性、Pチャネルトランジスタから
成る容量素子部分の容量特性、及び合成した本発明の容
量素子の容量特性を夫々例示する曲線である。なお、従
来図で説明したと同様に、電圧変化の周波数は100H
z以上で且つ電圧極性はゲートにかかる電圧を正方向に
とってある。
【0017】図4に示したように、夫々のトランジスタ
の容量特性A、Bは端子間電圧に依存するが、双方のト
ランジスタの電圧特性によって相殺されるため、これら
を合成した容量素子全体の電圧特性Cはほぼ平坦にな
り、容量値の電圧依存性が小さくなる。なお、容量値を
平坦にするには、双方のトランジスタの容量特性A、B
の和が一定値になるように各トランジスタの寄生容量の
電圧依存性を所望の特性となるように形成する。Nチャ
ネル及びPチャネルの双方のトランジスタのスレッシュ
ホールド電圧Vth1、Vth2は、プロセス条件を適当に設
定することにより、拡散層の濃度を調整することで夫々
独立に再現性良く設定制御することが可能であるので、
図2に示したC曲線における突出部mは、例えばNチャ
ネルトランジスタのスレッシュホールド電圧Vth1を、
同図に示したものよりも僅かに高くすることによって、
更に小さくすることが可能である。
【0018】MOSトランジスタから成る容量素子は、
半導体装置の他のトランジスタ部分を形成する工程と同
時に行うことができ、製造工程が少なくてすむため半導
体装置の製作コストの低減が可能であるので、最近多く
用いられるようになっており、本実施例のPチャネル及
びNチャネルトランジスタから成る容量値の電圧依存性
が小さな容量素子の応用範囲は極めて大きい。
【0019】図3は本発明の第二の実施例の半導体装置
における容量素子の回路図である。同図に示したよう
に、この実施例では、第一及び第二のMOSトランジス
タが何れもNチャネルMOSトランジスタとして構成さ
れている。この場合、第一のMOSトランジスタのゲー
トと、共通に接続されたソース及びドレインとを夫々、
第二のMOSトランジスタの共通に接続されたソース及
びドレインとゲートとに接続することで、双方のトラン
ジスタを逆並列に接続している。この構成により双方の
トランジスタにおける端子電圧に依存して変化する容量
値は相互に補償し合い、全体として容量素子の容量値が
一定となる。
【0020】なお、第二の実施例に代えて第一及び第二
のMOSトランジスタを何れもPチャネルトランジスタ
として構成し、双方のトランジスタをこの第二の実施例
の場合と同様に逆並列に接続することもできる。第二の
実施例の場合、Pチャネル及びNチャネルトランジスタ
の何れを採用しても、トランジスタの寄生容量の容量特
性は、ソース・ドレインの拡散層濃度の設定、トランジ
スタのゲート長或いはゲート幅を夫々変えることによっ
て様々に設定可能である。即ち、ゲート幅による設定
は、ゲート幅に対するしきい値の依存性が生ずることと
なる短チャネル効果を利用することで、MOSトランジ
スタのしきい値を変えるものである。この場合、MOS
容量として構成するものであるから、通常のスイッチン
グ素子として動作するものではなく、短チャネル効果に
よる問題も生じない。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、静
電容量の電圧依存性が小さなMOSトランジスタから成
るキャパシタを提供でき、遅延時間生成回路等を含む半
導体装置の設計を容易化したという顕著な効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】第一の実施例半導体装置の容量素子の回路図で
ある。
【図3】第二の実施例の半導体装置の容量素子の回路図
である。
【図4】図2の容量素子の容量特性を説明するための作
用説明図である。
【図5】図2の容量素子部分の構造を示す断面及び配線
構成を示す略図である。
【図6】従来の遅延時間生成回路の回路図である。
【図7】従来の半導体装置の容量素子の容量特性の説明
図である。
【符号の説明】
1:第一のMOSトランジスタ 2:第二のMOSトランジスタ 3、4、22、23:端子 7:容量素子(キャパシタ) 11 :P形基板 13:Pチャネルトランジスタ 14:Nチャネルトランジスタ 15:Nウエル 16、19:チャネル S:ソース D:ドレイン G:ゲート

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ソースとドレインとがそれぞれ共通接続さ
    れたPチャネルMOSトランジスタ及びNチャネルMO
    Sトランジスタの双方の前記共通接続端相互及びゲート
    電極相互がそれぞれ接続されてなるキャパシタを有し、 前記キャパシタの静電容量が、前記接続されたゲート電
    極と接続された共通接続端との間に印加される電圧値に
    依存せず略一定値となるように形成されていることを特
    徴とする半導体装置。
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