JP3012563B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発振回路を内蔵す
る半導体集積回路に係わり、特に発振回路部の容量素子
が2層ポリシリコン間の下層の第1ポリシリコンを酸化
することにより形成され、この容量素子の容量値が発振
回路の発振特性を決定する半導体集積回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having a built-in oscillation circuit, and more particularly, to a method of forming a capacitor in an oscillation circuit portion by oxidizing a first polysilicon layer below a two-layer polysilicon layer. The present invention relates to a semiconductor integrated circuit whose capacitance value determines the oscillation characteristics of an oscillation circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体集積回路における従来のこの種の
発振回路部の回路図を示した図3を参照すると、この発
振回路部1bは容量素子に2層ポリシリコンを用いた一
例であり、電源電位および接地電位間にPチャネル型M
OSトランジスタ(以下、Pchトランジスタと称す)
P1およびNチャネル型MOSトランジスタ(以下、N
chトランジスタと称す)N1を直列接続し、Pchト
ランジスタP1のゲート電極は接地電位に接続する。そ
れぞれの直列接続点となるドレイン電極は、容量素子C
1を介して接地電位に接続するとともに次段のインバー
タG1の入力端にも接続する。インバータG1の出力端
にはさらにインバータG2を従属接続する。このインバ
ータG2の出力端は、電源電位および接地電位間に直列
接続したPchトランジスタP2およびNchトランジ
スタN2のを直列接続し、NchトランジスタN2のゲ
ート電極に接続する。PchトランジスタP2のゲート
電極は接地電位に接続するとともに直列接続点のドレイ
ン電極は容量素子C2を介して接地電位に接続し、さら
に次段のインバータG3の入力端にも接続する。インバ
ータG3の出力端OUTから発振出力信号を取り出すと
ともにこの信号をNchトランジスタN1のゲート電極
にも接続して構成する回路である。2. Description of the Related Art Referring to FIG. 3 which shows a circuit diagram of a conventional oscillation circuit section of this type in a semiconductor integrated circuit, this oscillation circuit section 1b is an example in which a two-layer polysilicon is used for a capacitive element. P-channel type between potential and ground potential
OS transistor (hereinafter referred to as Pch transistor)
P1 and N-channel MOS transistors (hereinafter referred to as N
N1 are connected in series, and the gate electrode of the Pch transistor P1 is connected to the ground potential. The drain electrode serving as each series connection point is connected to a capacitive element C
1, and to the input terminal of the next-stage inverter G1. The output terminal of the inverter G1 is further cascaded with the inverter G2. The output terminal of the inverter G2 connects the Pch transistor P2 and the Nch transistor N2 connected in series between the power supply potential and the ground potential in series, and connects to the gate electrode of the Nch transistor N2. The gate electrode of the Pch transistor P2 is connected to the ground potential, the drain electrode of the series connection point is connected to the ground potential via the capacitor C2, and further connected to the input terminal of the next-stage inverter G3. This is a circuit that extracts an oscillation output signal from the output terminal OUT of the inverter G3 and connects this signal to the gate electrode of the Nch transistor N1.
【0003】電源端子に電源電圧が供給されると、Pc
hトランジスタP1およびP2はそれぞれのゲート電極
が接地電位に接続されてロウレベルを維持しているた
め、電源電位がしきい値を越えると常に導通状態にあ
り、これらのPchトランジスタP1およびP2をそれ
ぞれ介して対応する容量素子C1およびC2を電源電位
に充電する。When a power supply voltage is supplied to a power supply terminal, Pc
Since the gate electrodes of the h transistors P1 and P2 are connected to the ground potential and maintain the low level, the transistors are always on when the power supply potential exceeds the threshold, and the transistors P1 and P2 are connected through the Pch transistors P1 and P2, respectively. The corresponding capacitance elements C1 and C2 are charged to the power supply potential.
【0004】ここで、ある時点での発振回路部1bの状
態として、NchトランジスタN2が遮断状態である場
合を考える。Here, as a state of the oscillation circuit section 1b at a certain point, a case where the Nch transistor N2 is in a cutoff state is considered.
【0005】容量素子C2はPchトランジスタP2に
より充電され、インバータG3の入力電位は電源電位の
ハイレベルとなる。このとき、インバータG3の出力、
つまり、この発振回路部1bの出力OUTはロウレベル
となっている。[0005] The capacitive element C2 is charged by the Pch transistor P2, and the input potential of the inverter G3 becomes the high level of the power supply potential. At this time, the output of the inverter G3,
That is, the output OUT of the oscillation circuit section 1b is at a low level.
【0006】この出力OUTを入力するように接続され
たNchトランジスタN1は、そのゲート電極の入力が
ロウレベルであるため非導通状態となり、容量素子C1
がPchトランジスタP1により充電される状態にな
る。この充電されたハイレベルによってインバータG1
のゲート電極の電位が上昇し、その電位がインバータG
1のしきい値電圧を超えると、インバータG1の出力電
圧はロウレベル、インバータG2の出力はハイレベルと
なる。The Nch transistor N1 connected to input the output OUT is in a non-conductive state because the input of the gate electrode is at a low level, and the capacitance element C1
Is charged by the Pch transistor P1. The charged high level causes the inverter G1
Of the gate electrode of the inverter G rises, and the potential
When the threshold voltage exceeds 1, the output voltage of the inverter G1 goes low and the output of the inverter G2 goes high.
【0007】このインバータG2の出力のハイレベルに
よって、次段のNchトランジスタN2はそのゲート電
極の電位が上昇し、その電位がNchトランジスタN2
のしきい値電圧を超えると導通状態となる。Due to the high level of the output of the inverter G2, the potential of the gate electrode of the Nch transistor N2 in the next stage rises, and the potential of the Nch transistor N2 rises.
When the threshold voltage is exceeded, the transistor becomes conductive.
【0008】ここで、NchトランジスタN2の駆動能
力がPchトランジスタP2の駆動能力よりも十分に大
きく設計されている場合には、容量素子C2に充電され
た電荷はNchトランジスタN2を通して接地電位に放
電され、インバータG3のゲート電極の電位は低下し、
その電位がインバータG3のしきい値電圧を下回るとイ
ンバータG3の出力電圧、および発振回路部1bの出力
OUTはロウレベルからハイレベルへと変化する。If the driving capability of the Nch transistor N2 is designed to be sufficiently larger than the driving capability of the Pch transistor P2, the electric charge charged in the capacitor C2 is discharged to the ground potential through the Nch transistor N2. , The potential of the gate electrode of the inverter G3 decreases,
When the potential falls below the threshold voltage of the inverter G3, the output voltage of the inverter G3 and the output OUT of the oscillation circuit section 1b change from a low level to a high level.
【0009】更に、出力OUTがハイレベルへ変化した
ことにより、この出力OUTを入力するNchトランジ
スタN1も、そのゲート電極の電位がハイレベルとなる
ため導通状態となり、同様にインバータG1の出力もロ
ウレベルからハイレベルへ、インバータG2の出力はハ
イレベルからロウレベルへと変化する。Further, when the output OUT changes to the high level, the Nch transistor N1 to which the output OUT is input also becomes conductive because the potential of the gate electrode thereof becomes the high level, and similarly, the output of the inverter G1 also becomes the low level. From the high level to the high level, and the output of the inverter G2 changes from the high level to the low level.
【0010】このインバータG2の出力ロウレベルによ
って、次段のNchトランジスタN2はそのゲート電極
の電位も低下し、その電位がNchトランジスタN2の
しきい値電圧以下になると再び非導通状態となり、発振
回路の出力OUTもロウレベルとなる。Due to the output low level of the inverter G2, the potential of the gate electrode of the next-stage Nch transistor N2 also decreases. When the potential falls below the threshold voltage of the Nch transistor N2, the Nch transistor N2 is turned off again, and the oscillation circuit is turned off. The output OUT also goes low.
【0011】上述した動作を繰り返すことにより、出力
OUTはハイレベルとロウレベルを繰り返すことになり
発振が行われる。By repeating the above-described operation, the output OUT repeats the high level and the low level, and oscillation is performed.
【0012】この時の発振特性は、容量素子C1,C2
の充放電時間により決定され、容量素子C1,C2の容
量値が大きいほど充放電時間が長くなり発振周波数は低
くなる。容量素子C1,C2の容量値が小さいと容量素
子C1,C2の充放電時間は短くなり発振周波数は高く
なる。従って、発振回路部1b1の発振特性は容量素子
C1,C2の容量値に大きく依存することになる。The oscillation characteristics at this time are determined by the capacitance elements C1 and C2.
, The larger the capacitance value of the capacitance elements C1 and C2, the longer the charge and discharge time and the lower the oscillation frequency. When the capacitance values of the capacitance elements C1 and C2 are small, the charge / discharge time of the capacitance elements C1 and C2 becomes short and the oscillation frequency becomes high. Therefore, the oscillation characteristics of the oscillation circuit section 1b1 greatly depend on the capacitance values of the capacitors C1 and C2.
【0013】次に、この発振回路を構成する容量素子を
2層ポリシリコンの層間容量にて形成する方法を説明す
る。Next, a description will be given of a method of forming a capacitance element constituting this oscillation circuit with an interlayer capacitance of two-layer polysilicon.
【0014】この発振回路部1bを構成する容量素子C
1,C2の等化回路と2層との関係を示す図4(a)お
よびその断面図を示した図4(b)を参照すると、半導
体基板6上に、第1ポリシリコン3と第2ポリシリコン
4は絶縁膜5により絶縁され、容量素子C1またはC2
を形成している。この時、絶縁膜5は第1ポリシリコン
3を酸化することにより形成されている。The capacitive element C constituting the oscillation circuit section 1b
Referring to FIG. 4A showing the relationship between the equalizer circuit of FIG. 1 and C2 and the two layers and FIG. 4B showing the sectional view thereof, the first polysilicon 3 and the second polysilicon 3 are formed on the semiconductor substrate 6. The polysilicon 4 is insulated by the insulating film 5, and the capacitance element C1 or C2
Is formed. At this time, the insulating film 5 is formed by oxidizing the first polysilicon 3.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の2層ポ
リシリコン、すなわち第1ポリシリコンおよび第2ポリ
シリコン間の層間容量によって形成された容量値を用い
る発振回路部を内蔵する半導体集積回路では、半導体製
造工程の変動により層間容量値がばらつき、そのため発
振特性が大きく変動してしまうという欠点を有してい
る。In the above-described conventional semiconductor integrated circuit having a built-in oscillation circuit portion using a two-layer polysilicon, that is, a capacitance value formed by an interlayer capacitance between the first polysilicon and the second polysilicon. In addition, there is a drawback that the interlayer capacitance value varies due to a variation in the semiconductor manufacturing process, and the oscillation characteristics greatly vary.
【0016】その理由を図4(b)およびその発振特性
を示した図5を参照しながら説明する。図5において図
5(a)は第1ポリシリコンの不純物濃度に対する第1
ポリシリコン酸化後の絶縁膜膜厚の変化を示した図であ
り、図5(b)は絶縁膜に対する層間容量値の変化を示
した図である。図5(c)は第1ポリシリコンの不純物
濃度に対する層間容量値の変化を示した図であり、図5
(d)は第1ポリシリコンの不純物濃度に対する第1ポ
リシリコンの層抵抗の変化を示した図である。図5
(e)は第1ポリシリコンの不純物濃度に対する発振周
波数の変化を示した図である。The reason will be described with reference to FIG. 4B and FIG. 5 showing its oscillation characteristics. In FIG. 5, FIG. 5 (a) shows the first polysilicon with respect to the impurity concentration of the first polysilicon.
FIG. 5B is a diagram illustrating a change in the thickness of the insulating film after polysilicon oxidation, and FIG. 5B is a diagram illustrating a change in the interlayer capacitance value with respect to the insulating film. FIG. 5C is a diagram showing a change in the interlayer capacitance value with respect to the impurity concentration of the first polysilicon.
(D) is a diagram showing a change in the layer resistance of the first polysilicon with respect to the impurity concentration of the first polysilicon. FIG.
(E) is a diagram showing a change in the oscillation frequency with respect to the impurity concentration of the first polysilicon.
【0017】図4(b)を参照すると、容量素子の断面
構造において、容量素子C1,C2の容量値は、第2層
ポリシリコン4の面積、および絶縁膜5の膜厚により決
定される。Referring to FIG. 4B, in the sectional structure of the capacitive element, the capacitance values of capacitive elements C1 and C2 are determined by the area of second-layer polysilicon 4 and the thickness of insulating film 5.
【0018】前述したように、絶縁膜5は第1層ポリシ
リコン3を酸化することにより形成されるが、この第1
層ポリシリコン中の不純物濃度と、第1層ポリシリコン
を酸化した場合に形成される絶縁膜の膜厚との関係は、
図5(a)を参照すると、不純物濃度が高くなるほど膜
厚が厚くなることが知られている。As described above, the insulating film 5 is formed by oxidizing the first-layer polysilicon 3.
The relationship between the impurity concentration in the layer polysilicon and the thickness of the insulating film formed when the first layer polysilicon is oxidized is:
Referring to FIG. 5A, it is known that the film thickness increases as the impurity concentration increases.
【0019】また、図5(b)を参照すると、絶縁膜の
膜厚が厚くなるほど容量値は小さくなる。つまり、2層
ポリシリコンを用いて形成される容量素子C1,C2の
容量値は、図5(c)を参照すると、第1層ポリシリコ
ン中の不純物濃度が高くなるほど小さくなる傾向を持っ
ている。Referring to FIG. 5B, as the thickness of the insulating film increases, the capacitance value decreases. That is, referring to FIG. 5C, the capacitance values of the capacitance elements C1 and C2 formed using the two-layer polysilicon tend to decrease as the impurity concentration in the first-layer polysilicon increases. .
【0020】このため、半導体製造工程の変動により第
1ポリシリコンの不純物濃度が変化した場合、容量素子
C1,C2の容量値も変動することになる。この時、前
述したように、この発振回路部1bの発振特性は、容量
素子C1,C2の容量値に大きく依存するため、発振特
性にも変動が生じてしまうという欠点がある(図5(e)
の従来例の特性値)。Therefore, when the impurity concentration of the first polysilicon changes due to a change in the semiconductor manufacturing process, the capacitance values of the capacitors C1 and C2 also change. At this time, as described above, since the oscillation characteristics of the oscillation circuit section 1b greatly depend on the capacitance values of the capacitors C1 and C2, there is a disadvantage that the oscillation characteristics also vary (FIG. 5E )
Of the conventional example).
【0021】本発明の目的は、上述した従来の欠点に鑑
みなされたものであり、発振特性を決定する容量素子が
2層ポリシリコンのうち、下層である第1ポリシリコン
を酸化することにより形成された容量素子を用いた発振
回路部を内蔵する半導体集積回路において、半導体製造
工程の変動に伴って生じる発振特性の変動を抑制するこ
とにより、信頼性の高い高性能の製品を提供することに
ある。An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the related art, and a capacitive element for determining oscillation characteristics is formed by oxidizing a first polysilicon which is a lower layer of a two-layer polysilicon. In a semiconductor integrated circuit that incorporates an oscillation circuit unit that uses a built-in capacitance element, by suppressing fluctuations in oscillation characteristics caused by fluctuations in the semiconductor manufacturing process, it is possible to provide a highly reliable and high-performance product. is there.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、半導体基板上の第1および第2のポリシリコン層で
形成される複数の容量素子の充放電で発振する発振回路
手段を内蔵した半導体集積回路において、前記発振回路
手段が、前記第1および前記第2のポリシリコン層のう
ち下層の第1ポリシリコン層の層抵抗で形成した抵抗素
子を有して電源電位から前記容量素子に流れる充電電流
量を制御する制御手段を発振回路部とは別にさらに備え
るとともに、製造工程の変動により前記第1および前記
第2のポリシリコン層の濃度が変動し前記容量素子の容
量値および前記抵抗素子の抵抗値が予め定めた設計値の
範囲からずれた状態で内蔵されているとき、電源電圧の
供給に応答して、前記制御手段が、予め定めた前記設計
値から抵抗値がずれた前記抵抗素子により前記第2のポ
リシリコン層濃度の前記変動分を相殺する方向に前記発
振回路部を制御してその発振回路部に内蔵された前記容
量素子の前記容量値のずれを抑制する機能を有すること
を特徴とする。A semiconductor integrated circuit according to the present invention comprises a first and a second polysilicon layer on a semiconductor substrate.
Oscillation circuit that oscillates by charging and discharging a plurality of formed capacitive elements
In the semiconductor integrated circuit with a built-in unit, the oscillation circuit
Means include the first and second polysilicon layers.
A resistance element formed by a layer resistance of a lower first polysilicon layer
Charge current flowing from the power supply potential to the capacitive element
Control means for controlling the amount is provided separately from the oscillation circuit section.
And the first and the above due to the variation of the manufacturing process.
The concentration of the second polysilicon layer fluctuates, and the capacitance of the capacitor element changes.
The amount and the resistance of the resistance element are set to predetermined design values.
If the built-in power supply is out of range ,
In response to the supply, the control means may determine the predetermined design
The second element is caused by the resistance element having a resistance value deviated from the second value.
The emission in a direction to offset the variation in the concentration of the silicon layer.
Controlling the oscillation circuit section and the above-described capacitor built in the oscillation circuit section.
It has a function of suppressing the displacement of the capacitance value of the quantum element .
【0023】また、前記制御手段は、電源電位および接
地電位間に前記抵抗素子およびゲートを電源電位に接続
したNチャネル型MOSトランジスタを直列接続して構
成し、前記抵抗素子および前記Nチャネル型MOSトラ
ンジスタそれぞれの抵抗値で決まる分圧電圧により前記
発振回路部を構成する縦続接続された複数のインバータ
それぞれのPチャネル型MOSトランジスタの駆動能力
を制御することができる。Further, the control means includes a power supply potential and a connection potential.
Connect the resistance element and gate to the power supply potential between the ground potential
Connected N-channel MOS transistors in series.
The resistance element and the N-channel MOS transistor.
The divided voltage determined by the resistance value of each transistor
Multiple cascaded inverters that make up the oscillation circuit section
Driving capability of each P-channel MOS transistor
Can be controlled .
【0024】さらに、前記発振回路部で充放電される複
数の発振用容量素子は、前記制御手段で制御された前記
駆動能力に応じてそれぞれ充電することもできる。Further, a plurality of charge / discharge circuits in the oscillating circuit section are provided.
The number of oscillation capacitance elements is controlled by the control means.
Each can be charged according to the driving ability .
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】本発明の半導体集積回路に内蔵す
る発振回路部は、発振特特性を決定する容量素子が、上
下2層のポリシリコンの下層である第1ポリシリコンを
酸化することにより形成された発振回路であって、下層
の第1ポリシリコンの不純物濃度の変動にともない容量
素子の容量値も変化し、その結果発振特性も変動する従
来の発振回路に対し、第1ポリシリコンを抵抗素子とし
て用いる制御手段により発振回路部の制御を行い発振特
性の変動を相殺する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An oscillation circuit section incorporated in a semiconductor integrated circuit according to the present invention is characterized in that a capacitance element for determining oscillation characteristics is obtained by oxidizing a first polysilicon layer which is a lower layer of upper and lower polysilicon layers. In the oscillation circuit that is formed, the first polysilicon is replaced with a conventional oscillation circuit in which the capacitance value of the capacitive element also changes with the change in the impurity concentration of the lower first polysilicon and, as a result, the oscillation characteristic also changes. The oscillation circuit section is controlled by a control means used as a resistance element, thereby canceling fluctuations in oscillation characteristics.
【0028】まず、本発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図1は本発明の実施の形態を示す回路
図である。同図を参照すると、この半導体集積回路は発
振回路部1aと、この発振回路部1aを制御する制御回
路部2とを有する。発振回路部1aは、電源電位および
接地電位間にPchトランジスタP1およびNchトラ
ンジスタN1を直列接続し、それぞれの直列接続点とな
るドレイン電極は、容量素子C1を介して接地電位に接
続するとともに次段のインバータG1の入力端にも接続
する。First, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, this semiconductor integrated circuit has an oscillation circuit section 1a and a control circuit section 2 for controlling the oscillation circuit section 1a. The oscillation circuit section 1a connects a Pch transistor P1 and an Nch transistor N1 in series between a power supply potential and a ground potential, and connects a drain electrode serving as a series connection point to the ground potential via a capacitive element C1 and to the next stage. To the input terminal of the inverter G1.
【0029】インバータG1の出力端にはさらにインバ
ータG2を従属接続する。このインバータG2の出力端
は、電源電位および接地電位間に直列接続したPchト
ランジスタP2およびNchトランジスタN2のうち
の、NchトランジスタN2のゲート電極に接続すると
ともに、直列接続点のドレイン電極は容量素子C2を介
して接地電位に接続し、かつ次段に接続するインバータ
G3の入力端にも接続する。The output terminal of the inverter G1 is further cascaded with an inverter G2. The output terminal of the inverter G2 is connected to the gate electrode of the Nch transistor N2 of the Pch transistor P2 and the Nch transistor N2 connected in series between the power supply potential and the ground potential. And to the input terminal of the inverter G3 connected to the next stage.
【0030】このインバータG3の出力端OUTから発
振出力信号を取り出すとともにこの出力端のOUTをN
chトランジスタN1のゲート電極にも接続する。さら
にPchトランジスタP1,P2のゲート電極は制御回
路部2の出力端に接続して構成する。An oscillation output signal is extracted from the output terminal OUT of the inverter G3, and the output terminal OUT is connected to N
It is also connected to the gate electrode of the channel transistor N1. Further, the gate electrodes of the Pch transistors P1 and P2 are configured to be connected to the output terminal of the control circuit unit 2.
【0031】制御回路部2は、電源電位および接地電位
間に抵抗素子R1およびNchトランジスタN3を直列
接続し、このNchトランジスタN3のゲート電極を電
源電位に接続するとともに、NchトランジスタN3の
ドレイン電極を制御信号の出力端として構成する回路で
ある。The control circuit unit 2 connects the resistance element R1 and the Nch transistor N3 in series between the power supply potential and the ground potential, connects the gate electrode of the Nch transistor N3 to the power supply potential, and connects the drain electrode of the Nch transistor N3 to the power supply potential. This is a circuit configured as a control signal output terminal.
【0032】上述した制御回路部2に用いる抵抗素子の
構造断面図を示した図2を参照すると、この抵抗素子R
1は、一般的なCMOS製造工程を用いて、第1層ポリ
シリコン3を半導体基板6上に成膜し、この第1層ポリ
シリコン上面に形成した絶縁膜8を選択的に除去し、こ
の除去した部分に電極9を形成し、この電極9と第1ポ
リシリコン層を接続することによって抵抗素子R1を形
成する(図2の抵抗素子等価回路のR1)。Referring to FIG. 2 showing a sectional view of the structure of the resistance element used in the control circuit section 2 described above, this resistance element R
1, a first-layer polysilicon 3 is formed on a semiconductor substrate 6 by using a general CMOS manufacturing process, and an insulating film 8 formed on the first-layer polysilicon is selectively removed. An electrode 9 is formed in the removed portion, and a resistance element R1 is formed by connecting the electrode 9 and the first polysilicon layer (R1 in the resistance element equivalent circuit of FIG. 2).
【0033】発振回路部1aの基本的な動作は、前述し
た従来例の発振回路部1aと同様である。従って、半導
体製造工程の変動により、第1ポリシリコンの不純物濃
度が当初の設計値からずれた状態で製品化された場合、
この半導体集積回路を動作させると、容量素子C1,C
2の容量値は予め予定していた設計値から変動し、この
変動に伴い発振回路部1aの発振特性も変動する。The basic operation of the oscillation circuit section 1a is the same as that of the above-described conventional oscillation circuit section 1a. Therefore, when a product is manufactured in a state where the impurity concentration of the first polysilicon deviates from the original design value due to a change in the semiconductor manufacturing process,
When this semiconductor integrated circuit is operated, the capacitance elements C1, C
The capacitance value of No. 2 fluctuates from a previously designed value, and with this fluctuation, the oscillation characteristic of the oscillation circuit section 1a also fluctuates.
【0034】前述した発振特性を示した図5を再び参照
すると、本実施例の動作においては、制御回路部2を構
成する抵抗素子R1も第1ポリシリコンによって形成さ
れているため、例えば、第1ポリシリコンの不純物濃度
が高くなると第1ポリシリコンの層抵抗は低くなり(図
5(d))、したがって抵抗素子R1の抵抗値も低い状
態で製品化されていることになる。Referring again to FIG. 5 showing the above-mentioned oscillation characteristics, in the operation of this embodiment, since the resistance element R1 constituting the control circuit section 2 is also formed of the first polysilicon, for example, As the impurity concentration of 1 polysilicon increases, the layer resistance of the first polysilicon decreases (FIG. 5D), and therefore, the resistance element R1 is commercialized with a low resistance value.
【0035】制御回路2を構成するNchトランジスタ
N3は、そのゲート電極が電源電位に固定されているた
め、常時、導通状態である。したって動作時には、制御
回路部2の出力電圧は抵抗素子R1の抵抗値とNchト
ランジスタN3のオン抵抗値によって電源電圧VDDを
分圧した電圧値となり、抵抗素子R1の抵抗値が低くな
ると制御回路部2の出力電圧は電源電圧VDD側に上昇
し、抵抗素子R1の抵抗値が高くなると制御回路部2の
出力電圧は接地電位側に低下する。The Nch transistor N3 constituting the control circuit 2 is always in a conductive state because its gate electrode is fixed to the power supply potential. Therefore, during operation, the output voltage of the control circuit unit 2 becomes a voltage value obtained by dividing the power supply voltage VDD by the resistance value of the resistance element R1 and the on-resistance value of the Nch transistor N3, and when the resistance value of the resistance element R1 decreases, the control circuit The output voltage of the section 2 rises to the power supply voltage VDD side, and when the resistance value of the resistance element R1 increases, the output voltage of the control circuit section 2 drops to the ground potential side.
【0036】前述したように、発振回路部1aの発振特
性は、容量素子C1,C2の容量値により変動し、容量
素子C1,C2の容量値は、容量素子を構成する第1ポ
リシリコンの不純物濃度により変動する。As described above, the oscillation characteristics of the oscillation circuit section 1a vary depending on the capacitance values of the capacitance elements C1 and C2, and the capacitance values of the capacitance elements C1 and C2 are determined by the impurity of the first polysilicon constituting the capacitance element. Varies with concentration.
【0037】ここで、容量素子C1,C2を構成する第
1ポリシリコン3の不純物濃度が高くなっていると、前
述したように、容量素子C1,C2の容量値が小さくな
り、発振回路部1aの発振動作において容量素子C1,
C2の充放電時間が短くなるため発振動作のオンオフ動
作周期が短くなり、したがって発振周波数を高くする方
向に作用する。Here, when the impurity concentration of the first polysilicon 3 forming the capacitance elements C1 and C2 is high, the capacitance values of the capacitance elements C1 and C2 decrease as described above, and the oscillation circuit section 1a In the oscillation operation of the capacitor C1,
Since the charge / discharge time of C2 is shortened, the on / off operation cycle of the oscillating operation is shortened, and therefore, it acts in the direction of increasing the oscillation frequency.
【0038】この時、第1ポリシリコン3の不純物濃度
が高くなることによって抵抗素子R1の抵抗値は小さく
なるため、制御回路部2の出力電圧は電源電位レベルに
上昇する。この制御回路部2の出力端から出力する制御
信号の出力電圧が上昇することによって、発振回路部1
aを構成するPchトランジスタP1,P2のゲート電
極の入力電位もそれぞれ上昇し、ソース・ドレイン間の
電流が減少していくので電流駆動能力が低下する。At this time, since the resistance value of the resistance element R1 is reduced by increasing the impurity concentration of the first polysilicon 3, the output voltage of the control circuit unit 2 rises to the power supply potential level. When the output voltage of the control signal output from the output terminal of the control circuit unit 2 rises, the oscillation circuit unit 1
The input potentials of the gate electrodes of the Pch transistors P1 and P2 constituting a also increase, and the current between the source and the drain decreases, so that the current driving capability decreases.
【0039】ここで、ある時点での発振回路部1aの状
態としてNchトランジスタN2が遮断状態である場合
を例にして説明する。第1ポリシリコンの不純物濃度が
高くなっているので容量値が小さくなった容量素子C2
は電流駆動能力の低下したPchトランジスタP2によ
り充電期間が長くなった状態で充電され、インバータG
3の入力電位は電源電位のハイレベルとなる。このと
き、インバータG3の出力、つまり、この発振回路部1
aの出力OUTはロウレベルとなっている。Here, a case where the Nch transistor N2 is in a cut-off state as an example of the state of the oscillation circuit section 1a at a certain point will be described. The capacitance element C2 having a reduced capacitance value because the impurity concentration of the first polysilicon is high.
Are charged by the Pch transistor P2 having a reduced current driving capability in a state where the charging period is long, and the inverter G
The input potential of No. 3 is at the high level of the power supply potential. At this time, the output of the inverter G3, that is, the oscillation circuit unit 1
The output OUT of a is at a low level.
【0040】この出力OUTを入力するように接続され
たNchトランジスタN1は、そのゲート電極の入力が
ロウレベルであるため非導通状態となり、容量素子C1
がPchトランジスタP1により充電される状態になる
が、前述したように、電流駆動能力が低下しているPc
hトランジスタP1を介して対応する容量素子C1を電
源電位に充電することになる。The Nch transistor N1 connected to input the output OUT is in a non-conductive state because the input of the gate electrode is at the low level, and the capacitance element C1
Is charged by the Pch transistor P1, but as described above, Pc having a reduced current drive capability
The corresponding capacitive element C1 is charged to the power supply potential via the h transistor P1.
【0041】PchトランジスタP1の電流駆動能力も
低下しているので、容量素子C1の充電時間も長くなる
ため発振動作のオンオフ動作周期が長くなり、したがっ
て、発振周波数を低くする方向に作用する。Since the current drive capability of the Pch transistor P1 is also reduced, the charging time of the capacitor C1 is also increased, so that the on / off operation cycle of the oscillating operation is lengthened, thus acting to lower the oscillating frequency.
【0042】この充電時間が長くなる状態で充電された
ハイレベルによってインバータG1のゲート電極の電位
が上昇し、その電位がインバータG1のしきい値電圧を
超えると、インバータG1の出力電圧はロウレベル、イ
ンバータG2の出力はハイレベルとなる。The potential of the gate electrode of the inverter G1 rises due to the high level charged while the charging time is prolonged, and when the potential exceeds the threshold voltage of the inverter G1, the output voltage of the inverter G1 goes low. The output of the inverter G2 becomes high level.
【0043】このインバータG2の出力のハイレベルに
よって、次段に接続されたNchトランジスタN2はそ
のゲート電極の電位が上昇し、その電位がNchトラン
ジスタN2のしきい値電圧を超えると導通状態となる。Due to the high level of the output of the inverter G2, the potential of the gate electrode of the Nch transistor N2 connected to the next stage rises, and when the potential exceeds the threshold voltage of the Nch transistor N2, it becomes conductive. .
【0044】NchトランジスタN2の駆動能力がPc
hトランジスタP2の駆動能力よりも十分に大きく設計
されているので、容量値が小さくなっている容量素子C
2に充電された電荷はNchトランジスタN2を通して
接地電位に放電され、したがってインバータG3のゲー
ト電極の電位はロウレベルに向かって低下していき、そ
の電位がインバータG3のしきい値電圧を下回るとイン
バータG3の出力電圧、および発振回路部1aの出力O
UTはロウレベルからハイレベルへと変化する。The driving capability of Nch transistor N2 is Pc
Since the driving capacity of the transistor P2 is designed to be sufficiently larger than that of the
2 is discharged to the ground potential through the Nch transistor N2. Therefore, the potential of the gate electrode of the inverter G3 decreases toward the low level. And the output O of the oscillation circuit section 1a.
The UT changes from a low level to a high level.
【0045】更に、発振回路部1aの出力OUTがハイ
レベルへ変化したことにより、この出力OUTを入力す
るNchトランジスタN1も、そのゲート電極の電位が
ハイレベルとなるため導通状態となり、同様にインバー
タG1の出力もロウレベルからハイレベルへ、インバー
タG2の出力はハイレベルからロウレベルへとそれぞれ
変化する。Further, when the output OUT of the oscillation circuit section 1a changes to the high level, the Nch transistor N1 to which the output OUT is input also becomes conductive because the potential of the gate electrode thereof becomes the high level. The output of G1 also changes from low level to high level, and the output of inverter G2 changes from high level to low level.
【0046】以上の動作を繰り返すことにより製造工程
の変動により容量素子の容量が小さくなっているにもか
かわらずそれを相殺するように、すなわち発振周期を長
くする方向に発振が行われる。By repeating the above operation, the oscillation is performed in such a manner that the capacitance of the capacitive element is reduced even if the capacitance of the capacitive element is reduced due to a variation in the manufacturing process, that is, the oscillation cycle is lengthened.
【0047】また、容量素子を構成する第1ポリシリコ
ンの不純物濃度が低くなっていた場合は、容量素子C
1,C2の容量値は大きくなり、発振周波数を低くする
方向に作用するが、制御回路部2の出力電圧は第1ポリ
シリコンの層抵抗値が大きくなり、抵抗素子R1とNc
hトランジスタN3との分圧電圧、すなわち、制御回路
部2の出力電圧は接地電位側に低下する。この接地電位
への低下によりPchトランジスタP1,P2は活性化
されるように動作するので、電流駆動能力が上昇し、発
振周波数を高くする方向に作用する。When the impurity concentration of the first polysilicon constituting the capacitor is low, the capacitance of the capacitor C
1, the capacitance value of C2 increases and acts in the direction of lowering the oscillation frequency. However, the output voltage of the control circuit unit 2 increases the layer resistance value of the first polysilicon, and the resistance elements R1 and Nc
The divided voltage with the h transistor N3, that is, the output voltage of the control circuit unit 2 drops to the ground potential side. Since the Pch transistors P1 and P2 operate so as to be activated by the decrease to the ground potential, the current driving capability is increased and the oscillation frequency is increased.
【0048】この動作も上述した動作と同様に繰り返さ
れるので、上述した動作説明において、容量素子C1,
C2の容量値は大→充電時間は短く→発振周期は短く、
とそれぞれ読み替えれば同様に動作することが理解でき
るので、ここでの説明は省略する。したがって、製造工
程の変動により容量素子の容量が大きくなっているにも
かかわらずそれを相殺するように、すなわち発振周期を
短くする方向に発振が行われ、発信周波数は高くなるよ
うに制御され、予め予定した周波数に落ち着く。This operation is also repeated in the same manner as the above-described operation.
The capacitance value of C2 is large → charging time is short → oscillation cycle is short,
It can be understood that the same operation is performed by reading each of the above, and the description is omitted here. Therefore, even though the capacitance of the capacitive element is increased due to a variation in the manufacturing process, oscillation is performed in such a manner as to cancel the capacitance, that is, oscillation is performed in a direction to shorten the oscillation period, and the oscillation frequency is controlled so as to increase. Settle down to a pre-determined frequency.
【0049】上述した制御動作により、制御回路部2は
容量素子を形成する第1ポリシリコンの不純物濃度が変
動した状態で製品化されていても、発振回路部1aの発
振特性が変動することを抑制する働きを行う(図5
(e)の本発明の特性値)。従って、周波数は一定に保
たれる。By the above-described control operation, the control circuit section 2 can check that the oscillation characteristics of the oscillation circuit section 1a fluctuate even if the control circuit section 2 is commercialized with the impurity concentration of the first polysilicon forming the capacitance element fluctuated. Performs the suppression function (Fig. 5
(E) Characteristic value of the present invention). Therefore, the frequency is kept constant.
【0050】なお、制御回路部2はNチャネル型MOS
トランジスタN3を常時導通状態にしてあるため電源電
位から接地電位に電流が流れた状態になるが、抵抗素子
R1の抵抗値を大きく、Nチャネル型MOSトランジス
タN3のオン抵抗値も大きく設計しておけば、消費電流
を少なくすることが出来る。The control circuit 2 is an N-channel type MOS.
Since the transistor N3 is always in a conductive state, a current flows from the power supply potential to the ground potential. However, the resistance value of the resistance element R1 and the ON resistance value of the N-channel MOS transistor N3 can be designed to be large. Thus, current consumption can be reduced.
【0051】[0051]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路は、発振特性を決定する容量素子を複数含んでな
る発振回路部を内蔵した半導体集積回路であって、半導
体基板上の2層ポリシリコンを用いてなる容量素子と2
層ポリシリコンのうち下層の第1ポリシリコンの層抵抗
を用いてなる抵抗素子とを備え、抵抗素子の層抵抗およ
び容量素子の容量値が製造工程の変動により所定値から
ずれた状態で内蔵されているとき、このずれを動作時に
電圧変化として取り出し、その電圧変化に応答して発振
回路部の発振特性の変動を抑える制御手段を有し、この
制御手段は、第1ポリシリコン中の不純物濃度の変動に
より複数の容量素子の容量値がそれぞれ変化して発振特
性も変動するとき、同時に変動する抵抗値に対応した電
圧変化に応答して容量素子それぞれの充電時間を制御し
変動前の発振周波数と等しくなるように容量値の変動を
それぞれ相殺するので、半導体製造工程の変動により設
計値の範囲から変動する発振回路部の発振特性の変動を
抑制する。As described above, the semiconductor integrated circuit of the present invention is a semiconductor integrated circuit having a built-in oscillating circuit section including a plurality of capacitive elements for determining oscillation characteristics. Capacitive element using polysilicon and 2
A resistance element using a layer resistance of a lower first polysilicon layer of the layer polysilicon, wherein the layer resistance of the resistance element and the capacitance value of the capacitance element are embedded in a state deviated from predetermined values due to fluctuations in the manufacturing process. And a control means for taking out this shift as a voltage change at the time of operation and suppressing a change in the oscillation characteristic of the oscillation circuit unit in response to the voltage change, the control means comprising an impurity concentration in the first polysilicon. When the capacitance value of a plurality of capacitance elements changes due to fluctuations in the oscillation characteristics, the charging time of each capacitance element is controlled in response to a voltage change corresponding to the simultaneously changing resistance value, and the oscillation frequency before the fluctuation Since the fluctuation of the capacitance value is canceled out so as to be equal to the above, the fluctuation of the oscillation characteristic of the oscillation circuit section which fluctuates from the range of the design value due to the fluctuation of the semiconductor manufacturing process is suppressed.
【0052】したがって、発振周波数の安定した高性能
の製品を提供することができる。Therefore, a high-performance product having a stable oscillation frequency can be provided.
【図1】本発明の実施形態を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の発振回路部を構成する抵抗素子の断面
構造図である。FIG. 2 is a sectional structural view of a resistance element constituting the oscillation circuit section of the present invention.
【図3】従来の発振回路部の一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a conventional oscillation circuit unit.
【図4】(a)容量素子の等価回路図である。 (b)その断面構造図である。FIG. 4A is an equivalent circuit diagram of a capacitive element. (B) is a sectional structural view thereof.
【図5】従来例および本発明の動作説明に用いる発振特
性の図である。FIG. 5 is a diagram of oscillation characteristics used for explaining the operation of the conventional example and the present invention.
1a,1b 発振回路部 2 制御回路部 3 第1ポリシリコン 4 第2ポリシリコン 5 絶縁膜 6 半導体基板 8 絶縁膜 9 電極 P1,P2, Pchトランジスタ N1,N2,N3 Nchトランジスタ G1,G2,G3 インバータ C1,C2 容量素子 R1 抵抗素子 OUT 発振回路の出力 1a, 1b Oscillation circuit section 2 Control circuit section 3 First polysilicon 4 Second polysilicon 5 Insulating film 6 Semiconductor substrate 8 Insulating film 9 Electrode P1, P2, Pch transistor N1, N2, N3 Nch transistor G1, G2, G3 Inverter C1, C2 Capacitance element R1 Resistance element OUT Output of oscillation circuit
Claims (3)
リコン層で形成される複数の容量素子の充放電で発振す
る発振回路手段を内蔵した半導体集積回路において、前記発振回路手段が、前記第1および前記第2のポリシ
リコン層のうち下層の第1ポリシリコン層の層抵抗で形
成した抵抗素子を有して電源電位から前記容量素子に流
れる充電電流量を制御する制御手段を発振回路部とは別
にさらに備えるとともに、 製造工程の変動により前記第
1および前記第2のポリシリコン層の濃度が変動し前記
容量素子の容量値および前記抵抗素子の抵抗値が予め定
めた設計値の範囲からずれた状態で内蔵されていると
き、電源電圧の供給に応答して、前記制御手段が、予め
定めた前記設計値から抵抗値がずれた前記抵抗素子によ
り前記第2のポリシリコン層濃度の前記変動分を相殺す
る方向に前記発振回路部を制御してその発振回路部に内
蔵された前記容量素子の前記容量値のずれを抑制する機
能を有することを特徴とする半導体集積回路。 1. A first and second policy on a semiconductor substrate.
Oscillates due to charging and discharging of multiple capacitance elements formed by the recon layer
In a semiconductor integrated circuit having a built-in oscillating circuit means, the oscillating circuit means comprises the first and second policies.
Formed by the layer resistance of the lower first polysilicon layer of the recon layer
Having a resistance element formed and flowing from the power supply potential to the capacitance element.
Control means for controlling the amount of charging current is
In addition to the above,
The concentration of the first and second polysilicon layers fluctuates,
The capacitance value of the capacitance element and the resistance value of the resistance element are predetermined.
The control means responds to the supply of the power supply voltage by
The resistance element whose resistance value deviates from the determined design value
Offset the variation in the concentration of the second polysilicon layer.
Control the oscillation circuit section in the direction
A device for suppressing a deviation of the capacitance value of the stored capacitance element
A semiconductor integrated circuit having a function .
位間に前記抵抗素子およびゲートを電源電位に接続した
Nチャネル型MOSトランジスタを直列接続して構成
し、前記抵抗素子および前記Nチャネル型MOSトラン
ジスタそれぞれの抵抗値で決まる分圧電圧により前記発
振回路部を構成する縦続接続された複数のインバータそ
れぞれのPチャネル型MOSトランジスタの駆動能力を
制御する請求項1記載の半導体集積回路。2. The control means according to claim 1, wherein said control means comprises a power supply potential and a ground potential.
The resistance element and the gate are connected to the power supply potential
Constructed by connecting N-channel MOS transistors in series
The resistance element and the N-channel MOS transistor
The above voltage is generated by the divided voltage determined by the resistance value of each transistor.
Cascaded inverters and
The driving capability of each P-channel MOS transistor
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, which controls .
振用容量素子は、前記制御手段で制御された前記駆動能
力に応じてそれぞれ充電される請求項2記載の半導体集
積回路。3. A plurality of oscillators charged and discharged by said oscillation circuit section.
The transfer capacitance element is provided with the driving capability controlled by the control means.
The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein that will be charged respectively in response to a force.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP9188494A JP3012563B2 (en) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | Semiconductor integrated circuit |
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---|---|---|---|
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JP4223375B2 (en) * | 2003-11-14 | 2009-02-12 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device |
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