JP4219097B2 - Electronics - Google Patents

Electronics Download PDF

Info

Publication number
JP4219097B2
JP4219097B2 JP2001037303A JP2001037303A JP4219097B2 JP 4219097 B2 JP4219097 B2 JP 4219097B2 JP 2001037303 A JP2001037303 A JP 2001037303A JP 2001037303 A JP2001037303 A JP 2001037303A JP 4219097 B2 JP4219097 B2 JP 4219097B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
capacitor
rectifying element
semiconductor integrated
integrated circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001037303A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001291829A (en
Inventor
寛 高橋
豊 斉藤
博之 小田切
勝弘 堀口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2001037303A priority Critical patent/JP4219097B2/en
Publication of JP2001291829A publication Critical patent/JP2001291829A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4219097B2 publication Critical patent/JP4219097B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は電圧変換機能を有する半導体集積回路装置に関するものであり、特には該装置の素子の構成および製造方法に関するものである。
更に、該装置の電気回路上の利用方法に関わって該装置を組み込んだ電子機器装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電圧変換機能(以降コンバータと称することがある)は大別すると、降圧と昇圧の2つに分類できる。従来、降圧機能を有する半導体集積回路装置は各種存在し産業上利用されている。しかしながら、図11に示した従来のEL(エレクトロルミネッセンス)素子の駆動回路のごとく、昇圧に関しては今もってトランスを用いた変換が一般的である。トランスを使用するため、交流から交流(以降AC−ACと称する)の電圧変換においてはもちろん容易でもあり行われていて当然であるが、直流から直流(以降DC−DCと称する)での変換においても一旦発振回路等で交流成分の電流に変換し、トランスを介し昇圧を行いその後、再度整流し直流に戻すという手法がとられている。
【0003】
また、一部の不揮発性メモリ等の半導体集積回路装置では、メモリの書き込み・消去用の高電圧(といってもVddが3Vから5Vに対しての10から20V程度の高電圧である)を得るためMOSを使った昇圧回路を同一半導体集積回路装置内に単一的(以降モノリシックと称する)に作りこんでいるものもある。図はトランスを使わない昇圧回路である電荷輸送法(以降チャージポンプと称する)の回路をダイオード(D1 1001からDn 1003)で構成したものである。ここで図に示すごとく、発振回路で作成した繰り返し信号(以降クロックもしくはCKと称する)とちょうど位相の反対の信号(以降クロックバーもしくはCK反転と称する)を入力することで、出力電圧Vout1004は
Vout=Vin+nVin−(n+1)Vf ・・・(1)
で与えられる。ここでnはダイオードとキャパシタ(C1 1008からCn-1 1010)のペアの段数である。Vfは単体ダイオードの順方向電圧降下分である。
【0004】
従来のPN接合を単一基板に直列配列した例を説明しよう。図12はその従来例の半導体集積回路装置を示す模式的断面図である。それを実効的回路で考えてみると図13のようになる。図は同チャージポンプ回路をMOSトランジスタを用いて構成したものである。図(a)は、図の各MOSトランジスタの電極示した模式図で、MOSトランジスタの出力は図(b)に示した断面構造になっている。即ち、厚い基板1031の表面にソース1034、ドレイン1032が形成されている。この場合(1)式のVfはトランジスタのスレッショルド電圧Vthで置き換えられる。モノリシックの昇圧回路としては、さらに、図10に示したフィボナッチ型スイッチドキャパシタ昇圧回路も知られている。このようにMOSで構成されたものが使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の昇圧回路や昇圧用モノリシックの半導体集積回路装置は前述したような手法を取っているが以下のような解決すべき課題があげられる。
第1の問題として、まずトランスを用いる変換方法としては、大きさの問題がある。衆知のごとく、トランスの大きさは取り出す電力にもよるが、もれ磁束と使用している交流成分の周波数で決定される。周波数を上げていけばトランスは小型化できるが、現在の技術ではまだまだ大きく、厚さ方向の寸法でいっても、数mmはどうしても必要となってしまい、モノリシックの半導体集積回路装置と比べて10倍程度となる。これでは、携帯来機器等に使用した場合、ある程度以上薄くできないということになり、商品性の向上が図れないことになってしまう。また、DC−DC変換においても一旦ACに変換するため、そこでの損失がどうしてもあるという効率の問題がある。また、このような変換(スイッチング方式のDC−DCコンバータと言うが)では、一般に前述したように周波数を上げること、すなわち高周波化すれば小型化と高効率化が図れるとされているが、周辺の電気回路を構成する半導体集積回路装置類の性能もまだまだ充分ではないのが現状である。さらにはスイッチング方式では電流を一旦磁束に変換することになるので必ず幾ばくか電磁波が漏洩することになる、近年の高周波化のなかでこれら漏洩電磁波が問題視されはじめていて、高調波規制として環境面から法規制の動きも取りざたされている。
【0006】
第2の問題として、前述したように一部モノリシックの昇圧用半導体集積回路装置は存在するにはするが、図に示したごとくMOSトランジスタを使用した構成を取っているものである。図のようなダイオードを使用した構成がとれないためである。図12のように同一半導体基板上に形成した複数のPN接合すなわちダイオードは図13のようにそれぞれを完全独立分離できないからである。各整流素子ダイオードはそれぞれカソード(N−型層331)とアノードになるP型基板330でPNダイオード341から343を構成しアノードP型基板共通(コモン)344となる。このようにデイスクリート接続的に考えると最終段のPNダイオード343がその時の昇圧電圧に耐える逆方向耐圧を有していれば、このような昇圧回路が実現可能かのごとく思える。しかしながら、これらは半導体であり、実際にはこの2種類のPN接合は図14に示すようにPNPトランジスタを構成し、図示したような回路構成される。例えば、CK反転360がL(ロー)になった時Tr352にとってはベース電流i353が流れたことになる、この時CK359はH(ハイ)なのでノード357には1段目昇圧された電荷が蓄えられている。しかしながら、この時すなわちPNPトランジスタTr354はオンしベース電流i×hFE分の電流354がコモンのGNDへ流れ出してしまい、実際上昇圧が不可能ということになる。このことが再三単一基板上でのPN接合の配列が困難であると説明している理由である。もちろん、個別部品(デイスクリート)をつなぎあわせればこういった構成は可能であるが、前述したトランスでの大きさの問題と同じことになってしまい、モノリシックにする意味が全くなくなってしまう。さて、MOSトランジスタを配列する構成をとった場合、図(a)、(b)に示すようにMOSトランジスタはその基板(Sub)1031を共通とするものであり、たとえば基板が今接地(GND)だったとすると一段目のトランジスタは良いとしても二段目のトランジスタはそのソースとSubの間に一段昇圧した電位差が生じることになる。こうなると、Vthが上昇し以下のように表される。
【0007】
Vth=Vth(initial)+K[(VB+2φ)1/2−(2φ)1/2]
ここでVB はソースを基準とした基板電圧、Vth(initial) は基板電圧0の時のトランジスタのVth、Kは基板バイアス定数、φはフェルミ準位である。すなわち段数を重ねれば重ねるほどVthは上昇し次第に充分なON動作をしなくなってくる、昇圧電圧が飽和してくるということになる。実験的には、3V入力で10数Vまでの昇圧が実際的な限界である。また、出力電流Iは
I∝f・C/n
で表され、ここでfはCKの周波数、Cは単位キャパシタの容量である。したがってIを大きくとるためには、Cを大きくすれば良いことがわかるが、面積もどんどん大きくすることになり経済効果的によくない方向となる。また昇圧電圧を大きくしたい場合、キャパシタにおいて最終出力電圧に見合った絶縁耐圧は確保しなければならずキャパシタの絶縁膜の膜厚を増すことになる、そうすると今度は容量が減少することになる。このように、本方式において出力電流と昇圧電圧はそれぞれ相反する要因を持っているものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、良好なモノリシック昇圧半導体集積回路装置を実現するための手段を以下のように取った。
【0009】
前述してきたごとくモノリシック昇圧半導体集積回路装置の代表例としてチャージポンプ方式があるが、それを構成する基本要素としてはMOSトランジスタ(もしくはダイオード)とキャパシタの対(ペア)である。これらの要素の機能は、MOSトランジスタ(もしくはダイオード)は整流機能(英語で言うとRectifier)でキャパシタは電荷の蓄積および転送であるがキャパシタはキャパシタと言うことにする。
【0010】
整流機能をダイオードとし、該ダイオードがSOI基板(Silicon On Insulatorの略で、半導体基板上に絶縁層を有し該絶縁層上に薄膜の半導体基板を有する構成を取る半導体基板のことである。薄膜の半導体基板の厚さとしては近年では数10オングストロームから数100μmまで各種実現されている。また該半導体基板の製造方法としてもSIMOX法、ZMR法、張り合わせ法、等など各種提案実施されている。)上に形成され、それぞれ電気的に分離されているという構成を取るようにした。キャパシタも同様にSOI基板上に形成される。
【0011】
【作用】
チャージポンプ方式やスイッチトキャパシタ方式の昇圧回路において整流・キャパシタのペアが完全に分離されることになるので、これまでモノリシックでは不可能だった数Vから数100Vまでの高倍率の昇圧用半導体集積回路装置が可能となる。
【0012】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図1は本発明にかかる第1の実施例の半導体集積回路装置を示す整流・キャパシタペアの模式的断面図である。Si層18は今P型の半導体基板でありP型層24を形成していて、N+ 型層19を有しPN接合からなる整流機能を成す、SiO2絶縁層16とロコス酸化膜17とで支持基板であるSi基板15や隣接する他の素子と完全に分離されて整流素子部分Aを形成する。Si層18上にキャパシタ絶縁膜22を有し、さらにキャパシタ電極21を有し同様に他素子と分離されキャパシタ部分Bが形成されている。さらに、整流素子のP+型層20に接続されたアノード電極11とN+型層19に接続されたカソード電極12、およびキャパシタのP+型層20とカソード電極12とを結ぶ配線13とキャパシタ電極21に接続されたCK電極14とを備えている。図2は第1の実施例の半導体集積回路装置を示す電極の模式的平面図である。図3は第1の実施例の半導体集積回路装置を示すチャージポンプ方式の昇圧回路の1つの整流・キャパシタペア(以下ペアと称することがある)を示す模式的ブロック図である。図1で示したような構成は図2で示すような配線で互い接続され図3のような回路を形成する。このペアが図のように多数接続されモノリシックの昇圧用半導体集積回路装置が実現される。
【0013】
本発明の半導体集積回路において、キャパシタの絶縁膜すなわち誘電体膜をシリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の3層構造とすることにより、小さい面積で大容量のコンデンサを得ることができる。さらに、キャパシタの誘電体膜をシリコン酸化膜−タンタル酸化膜(Ta25)チタン酸バリウムストロンチウム{(Bax,Sr1-x)TiO3、(以下BST系膜と称する)}チタン酸ジルコン酸鉛{Pb(Zr,Ti)O3、(以下PZT系膜と称する)}の強誘電体膜構造とすることでより小さい面積で同じ容量のコンデンサを形成できる。また、整流素子とキャパシタ間を電気的に接続する配線が横断する整流素子上の絶縁膜の部分を該キャパシタ素子に使用されている絶縁膜より厚くすることにより寄生容量の効果を減少することができる。配列されたキャパシタ素子の誘電体膜の厚さが少なくともそれぞれ異なる構成を取ることにより(低電圧部を薄い絶縁膜、高電圧部が厚い絶縁膜)コンデンサ面積を小さくできる。
【0014】
図4は本発明にかかる第2の実施例の半導体集積回路装置を示す整流・キャパシタペアの模式的断面図である。Si層18は今P型の半導体基板であり、N+型層19を有しPN接合からなる整流機能を成す、同時にN+型層19上にキャパシタ絶縁膜22を有しさらにキャパシタ電極21を有しキャパシタ部分が形成されている。
【0015】
図5は本実施例の半導体集積回路装置を示す電極の模式的平面図である。このような構成を取ることで第1の実施例で説明したようなペアを同一平面上に形成でき面積的に大幅な節約が可能となる
【0016】
【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及びそれを用いた電子機器装置は次のような効果がある。すなわち、チャージポンプ方式やスイッチトキャパシタ方式の昇圧回路において整流・キャパシタのペアが完全に誘電体分離されることになるので、これまでモノリシックでは不可能だった数Vから数100Vまでの高倍率の昇圧用半導体集積回路装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる第1の実施例の半導体集積回路装置を示す整流・キャパシタペアの模式的断面図である。
【図2】 第1の実施例の半導体集積回路装置を示す電極の模式的平面図である。
【図3】 第1の実施例の半導体集積回路装置を示すチャージポンプ方式の昇圧回路の1つの整流・キャパシタペア(以下ペアと称することがある)を示す模式的回路図である。
【図4】 本発明にかかる第2の実施例の半導体集積回路装置を示す整流・キャパシタペアの模式的断面図である。
【図5】 第2の実施例の半導体集積回路装置を示す電極の模式的平面図である。
【図】 従来のトランスを使わない昇圧回路であるチャージポンプ方式の模式的回路図である。
【図】 従来の昇圧回路におけるCKとCKの反転を示す模式図である。
【図】 従来のチャージポンプ回路をMOSトランジスタを用いて構成した模式的回路図である。
【図】 従来の一般的MOSトランジスタを示す模式図である。
【図10】 従来のフィボナッチ型スイッチドキャパシタ昇圧回路の模式的原理構成を示す回路図である。
【図11】 従来のEL素子駆動回路の例の模式的回路図である。
【図12】 従来の単一基板上に配列されたPN接合を用いた半導体集積回路装置を示す模式的断面図である。
【図13】 従来の単一基板上に配列されたPN接合を用いた半導体集積回路装置をデイスクリート的に考えた模式的回路図である。
【図14】 従来の単一基板上に配列されたPN接合を用いた半導体集積回路装置を実際上の動作を考えた模式的回路図である。
【符号の説明】
11 アノード電極
12 カソード電極
13 配線
14 CK電極
15 Si基板
16 SiO2絶縁層
17 ロコス酸化膜
18 Si層
19 N+型層
20 P+型層
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device having a voltage conversion function, and more particularly, to a device configuration and a manufacturing method of the device.
Further, the present invention relates to an electronic device apparatus in which the apparatus is incorporated in connection with a method of using the apparatus on an electric circuit.
[0002]
[Prior art]
Voltage conversion functions (hereinafter sometimes referred to as converters) can be roughly classified into two types, step-down and step-up. Conventionally, various types of semiconductor integrated circuit devices having a step-down function exist and are used in industry. However, as in the conventional EL (electroluminescence) element drive circuit shown in FIG. 11 , conversion using a transformer is still common for boosting. Since a transformer is used, voltage conversion from alternating current to alternating current (hereinafter referred to as AC-AC) is of course easy and naturally performed, but in conversion from direct current to direct current (hereinafter referred to as DC-DC). Also, there is a method in which the current is once converted into an alternating current component by an oscillation circuit or the like, boosted through a transformer, and then rectified again to return to direct current.
[0003]
Further, in some semiconductor integrated circuit devices such as a nonvolatile memory, a high voltage for writing / erasing the memory (although Vdd is a high voltage of about 10 to 20 V from 3 V to 5 V) is used. In some cases, a booster circuit using MOS is formed in a single (hereinafter referred to as monolithic) in the same semiconductor integrated circuit device. FIG. 6 shows a circuit of a charge transport method (hereinafter referred to as a charge pump), which is a booster circuit that does not use a transformer, constituted by diodes (D1 1001 to Dn 1003). Here, as shown in FIG. 7 , the output voltage Vout 1004 is obtained by inputting a repetitive signal (hereinafter referred to as clock or CK) created by the oscillation circuit and a signal having a phase opposite to that of the repetitive signal (hereinafter referred to as clock or CK inversion). Vout = Vin + nVin− (n + 1) Vf (1)
Given in. Here, n is the number of stages of pairs of diodes and capacitors (C1 1008 to Cn-1 1010). Vf is the forward voltage drop of a single diode.
[0004]
An example in which conventional PN junctions are arranged in series on a single substrate will be described. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor integrated circuit device. It Considering in effective circuit is shown in Figure 13. FIG. 8 shows the charge pump circuit configured using MOS transistors. 9 (a) is in the schematic view showing the electrodes of each MOS transistor of FIG. 8, the output of the MOS transistor is in the cross-sectional structure shown in Figure 9 (b). That is, the source 1034 and the drain 1032 are formed on the surface of the thick substrate 1031. In this case, Vf in the equation (1) is replaced with the threshold voltage Vth of the transistor. As a monolithic booster circuit, a Fibonacci type switched capacitor booster circuit shown in FIG. 10 is also known. In this way, those composed of MOS are used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional booster circuits and monolithic semiconductor integrated circuit devices for boosting use the above-described method, but there are the following problems to be solved.
As a first problem, there is a size problem as a conversion method using a transformer. As is well known, the size of the transformer depends on the power to be extracted, but is determined by the leakage flux and the frequency of the AC component used. If the frequency is increased, the transformer can be reduced in size. However, the current technology is still large, and even if it has a dimension in the thickness direction, several mm is inevitably necessary, which is 10 times that of a monolithic semiconductor integrated circuit device. It will be about double. In this case, when used in a portable device or the like, it cannot be made thinner than a certain degree, and the merchantability cannot be improved. In addition, since the DC-DC conversion is once converted to AC, there is a problem of efficiency that there is a loss there. In addition, in such conversion (referred to as a switching type DC-DC converter), it is generally said that if the frequency is increased as described above, that is, if the frequency is increased, the size and efficiency can be improved. At present, the performance of semiconductor integrated circuit devices constituting the electric circuit is still insufficient. Furthermore, in the switching method, the current is once converted into magnetic flux, so electromagnetic waves always leak. Some of these leaked electromagnetic waves are beginning to be regarded as a problem in recent high frequency operation. Since then, the movement of laws and regulations has been dealt with.
[0006]
As a second problem, although monolithic boosting semiconductor integrated circuit device portion as described above for the present, but is taking a configuration using MOS transistors as shown in FIG. This is because the configuration using the diode as shown in FIG. 8 cannot be taken. A plurality of PN junction i.e. a diode formed on the same semiconductor substrate as shown in FIG. 12 is can not be completely independent isolates each as shown in Figure 13. Each of the rectifying element diodes is composed of PN diodes 341 to 343 with a P-type substrate 330 which becomes a cathode (N-type layer 331) and an anode, and serves as a common (common) 344 for the anode P-type substrate. Considering such a discrete connection, it seems that such a booster circuit can be realized if the PN diode 343 at the final stage has a reverse breakdown voltage that can withstand the boosted voltage at that time. However, it is semiconductor, in fact the two kinds of PN junction in constitute a PNP transistor as shown in FIG. 14, the circuit configured as shown. For example, when the CK inversion 360 becomes L (low), the base current i353 flows to the Tr 352. At this time, since the CK 359 is H (high), the charge boosted in the first stage is stored in the node 357. ing. However, at this time, that is, the PNP transistor Tr354 is turned on, and the current 354 corresponding to the base current i × hFE flows out to the common GND, so that it is impossible to actually increase the pressure. This is the reason why it is difficult to arrange PN junctions on a single substrate. Of course, such a configuration is possible if individual parts (discrete) are connected together, but this becomes the same problem as the size of the transformer described above, and the meaning of monolithic is completely lost. Now, when taking the structure of arranging the MOS transistor, FIG. 9 (a), MOS transistors as shown in (b) are for the common its substrate (Sub) 1031, for example, grounding the substrate is now (GND ), Even if the first-stage transistor is good, the second-stage transistor has a one-step boosted potential difference between its source and Sub. When this happens, Vth increases and is expressed as follows.
[0007]
Vth = Vth (initial) + K [(V B + 2φ) 1/2 − (2φ) 1/2 ]
Here, VB is the substrate voltage with reference to the source, Vth (initial) is the Vth of the transistor when the substrate voltage is 0, K is the substrate bias constant, and φ is the Fermi level. That is, as the number of stages is increased, Vth increases and gradually does not perform sufficient ON operation, and the boosted voltage becomes saturated. Experimentally, boosting up to several tens of volts with 3V input is a practical limit. The output current I is
If∝ · C / n
Where f is the frequency of CK and C is the capacitance of the unit capacitor. Therefore, it can be seen that in order to increase I, it is sufficient to increase C. However, the area becomes larger and the economic effect is not good. If it is desired to increase the boosted voltage, the dielectric breakdown voltage corresponding to the final output voltage must be ensured in the capacitor, and the film thickness of the insulating film of the capacitor is increased. In this case, the capacitance is decreased. As described above, in this method, the output current and the boosted voltage have opposite factors.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To solve the problems described above, it took the means to achieve good monolithic boosting semiconductor integrated circuit device as follows.
[0009]
As described above, a charge pump system is a typical example of a monolithic step-up semiconductor integrated circuit device. A basic element constituting the device is a MOS transistor (or diode) and capacitor pair. The function of these elements is that a MOS transistor (or a diode) is a rectifier function (Rectifier in English), a capacitor is charge storage and transfer, but a capacitor is a capacitor.
[0010]
A rectifying function is a diode, and the diode is an SOI substrate (abbreviation of Silicon On Insulator, a semiconductor substrate having an insulating layer on a semiconductor substrate and a thin semiconductor substrate on the insulating layer). the thickness of the semiconductor substrate are various implementations to several 100μm several tens angstroms in recent years. the SIMOX method as the manufacturing method of the semiconductor substrate, ZMR method, are subjected bonding method, various proposals actual such like .) are formed on, and so each takes the configuration that are electrically isolated. The capacitor is similarly formed on the SOI substrate.
[0011]
[Action]
Since the rectifier / capacitor pair is completely separated in the charge pump type or switched capacitor type booster circuit, the semiconductor integrated circuit for boosting the high magnification from several volts to several hundred volts, which has been impossible with monolithic so far. The device becomes possible.
[0012]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rectifier / capacitor pair showing a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention. The Si layer 18 is now a P-type semiconductor substrate, forms a P-type layer 24, has an N + -type layer 19 and forms a rectifying function consisting of a PN junction. The SiO 2 insulating layer 16 and the LOCOS oxide film 17 The rectifying element portion A is formed by being completely separated from the Si substrate 15 as a supporting substrate and other adjacent elements. A capacitor insulating film 22 is provided on the Si layer 18, and further a capacitor electrode 21 is provided. Similarly, a capacitor portion B is formed separated from other elements. Further, the anode electrode 11 connected to the P + type layer 20 of the rectifying element and the cathode electrode 12 connected to the N + type layer 19, the wiring 13 connecting the P + type layer 20 of the capacitor and the cathode electrode 12, and the capacitor electrode 21 And a connected CK electrode 14. FIG. 2 is a schematic plan view of electrodes showing the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment. FIG. 3 is a schematic block diagram showing one rectifier / capacitor pair (hereinafter sometimes referred to as a pair) of a charge pump type booster circuit showing the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment. The configuration as shown in FIG. 1 is connected to each other by wiring as shown in FIG. 2 to form a circuit as shown in FIG. Many pairs are connected as shown in FIG. 6 to realize a monolithic step-up semiconductor integrated circuit device.
[0013]
In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the capacitor insulating film, that is, the dielectric film has a three-layer structure of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film, whereby a large-capacity capacitor can be obtained with a small area. Further, the dielectric film of the capacitor is a silicon oxide film-tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) barium strontium titanate {(Ba x , Sr 1-x ) TiO 3 (hereinafter referred to as a BST film)} zircon titanate. By using a ferroelectric film structure of lead oxide {Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as PZT film)}, a capacitor having the same capacity can be formed with a smaller area. Further, the effect of the parasitic capacitance can be reduced by making the insulating film portion on the rectifying element traversed by the wiring electrically connecting the rectifying element and the capacitor thicker than the insulating film used in the capacitor element. it can. By taking a configuration in which the thicknesses of the dielectric films of the arranged capacitor elements are different from each other (the low voltage portion is a thin insulating film and the high voltage portion is a thick insulating film), the capacitor area can be reduced.
[0014]
FIG. 4 is a schematic sectional view of a rectifier / capacitor pair showing a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention. The Si layer 18 is now a P-type semiconductor substrate, has an N + type layer 19 and has a rectifying function consisting of a PN junction. At the same time, the Si layer 18 has a capacitor insulating film 22 on the N + type layer 19, and further has a capacitor electrode 21 A capacitor portion is formed.
[0015]
FIG. 5 is a schematic plan view of electrodes showing the semiconductor integrated circuit device of this example. By adopting such a configuration, a pair as described in the first embodiment can be formed on the same plane, and a large area saving can be achieved.
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor integrated circuit of the present invention and the electronic equipment using the same have the following effects. In other words, since the rectifier / capacitor pair is completely dielectrically separated in the charge pump type or switched capacitor type booster circuit, boosting at a high magnification from several volts to several hundred volts, which was impossible with monolithic so far. Semiconductor integrated circuit devices can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rectifier / capacitor pair showing a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic plan view of an electrode showing the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing one rectifier / capacitor pair (hereinafter sometimes referred to as a pair) of a charge pump type booster circuit showing the semiconductor integrated circuit device of the first embodiment;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a rectifier / capacitor pair showing a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a schematic plan view of electrodes showing a semiconductor integrated circuit device according to a second embodiment;
FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a charge pump system that is a booster circuit that does not use a conventional transformer.
FIG. 7 is a schematic diagram showing inversion of CK and CK in a conventional booster circuit.
FIG. 8 is a schematic circuit diagram in which a conventional charge pump circuit is configured using MOS transistors.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional general MOS transistor.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a schematic principle configuration of a conventional Fibonacci type switched capacitor booster circuit;
FIG. 11 is a schematic circuit diagram of an example of a conventional EL element driving circuit.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor integrated circuit device using PN junctions arranged on a single substrate.
FIG. 13 is a schematic circuit diagram of a conventional semiconductor integrated circuit device using PN junctions arranged on a single substrate in a discrete manner.
FIG. 14 is a schematic circuit diagram considering the actual operation of a conventional semiconductor integrated circuit device using PN junctions arranged on a single substrate.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Anode electrode 12 Cathode electrode 13 Wiring 14 CK electrode 15 Si substrate 16 SiO2 insulating layer 17 Locos oxide film 18 Si layer 19 N + type layer 20 P + type layer

Claims (1)

アノードである第1電極とカソードである第2電極を有する整流素子と第1電極と第2電極を有するキャパシタからなり、前記整流素子の第2電極と前記キャパシタの第2電極を接続した構成から成る前記整流素子と前記キャパシタの対を、整流素子の第2電極が、異なる対の整流素子の第1電極に接続され、キャパシタの第1電極が一対おきに接続しあうように、複数の対を直列に接続してなる昇圧回路を有する電子機器において、前記対を支持基板の上に絶縁膜を介して設け互いに絶縁分離されたP型の半導体膜のそれぞれに、前記整流素子の第1電極が接続されるP + 型層と、前記整流素子の第2電極が接続されるN+型層とを設け、なおかつ、前記整流素子の第2電極が前記キャパシタの第2電極となり、前記N+型層表面に形成したキャパシタ絶縁膜を介して前記キャパシタの第1電極を設けて、整流素子とキャパシタを形成し、かつ整流素子をダイオードとし、前記N+型層の周辺を、P型の不純物領域で囲ったことを特徴とする電子機器。A rectifying element having a first electrode as an anode and a second electrode as a cathode, a capacitor having a first electrode and a second electrode, and a structure in which the second electrode of the rectifying element and the second electrode of the capacitor are connected. The rectifying element and the capacitor pair are formed of a plurality of pairs such that the second electrode of the rectifying element is connected to the first electrode of a different pair of rectifying elements, and the first electrodes of the capacitors are connected in pairs. In the electronic device having the booster circuit formed by connecting the first and second electrodes in series, the first electrode of the rectifying element is provided on each of the P-type semiconductor films provided on the support substrate via the insulating film and insulated from each other. and the P + -type layer but connected, the N + -type layer and a second electrode thereof is coupled to the rectifying element is provided, yet, a second electrode of the rectifying element is a second electrode of the capacitor, the N + -type Formed on the layer surface And via a capacitor insulating film provided with the first electrode of the capacitor, forming a rectifying element and a capacitor, and the rectifier element and a diode, characterized in that the periphery of the N + -type layer, surrounded by a P-type impurity region Electronic equipment.
JP2001037303A 1993-02-17 2001-02-14 Electronics Expired - Lifetime JP4219097B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001037303A JP4219097B2 (en) 1993-02-17 2001-02-14 Electronics

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2826593 1993-02-17
JP3230993 1993-02-22
JP5-28265 1993-03-16
JP5-56206 1993-03-16
JP5620693 1993-03-16
JP5-62256 1993-03-16
JP5-32309 1993-03-16
JP6225693 1993-03-22
JP2001037303A JP4219097B2 (en) 1993-02-17 2001-02-14 Electronics

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5335424A Division JPH06334119A (en) 1993-02-17 1993-12-28 Boosting semiconductor integrated circuit and electronic apparatus using said semiconductor integrated circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001291829A JP2001291829A (en) 2001-10-19
JP4219097B2 true JP4219097B2 (en) 2009-02-04

Family

ID=27521022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001037303A Expired - Lifetime JP4219097B2 (en) 1993-02-17 2001-02-14 Electronics

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4219097B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340479A (en) * 2004-05-26 2005-12-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100988430B1 (en) 2004-08-23 2010-10-19 사천홍시현시기건유한공사 The precharge current of an organic light emitting diode stabilizing apparatus according to driving frequency
CN108141152B (en) * 2015-09-04 2021-09-07 皇家飞利浦有限公司 Power generation device and generation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001291829A (en) 2001-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7190211B2 (en) Semiconductor device equipped with a voltage step-up circuit
US5691556A (en) Step-up semiconductor integrated circuit and electronic equipment using the semiconductor integrated circuit
US6130572A (en) NMOS negative charge pump
US5166858A (en) Capacitor formed in three conductive layers
JP6031883B2 (en) Semiconductor integrated circuit and power supply circuit
JP2003197791A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4074064B2 (en) Semiconductor device
JP2003197790A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US10236768B2 (en) Switched-capacitor charge pump with reduced diode threshold voltage and on state resistance
JP2003197793A (en) Charge pump device
KR20010102412A (en) High-voltage capacitor voltage divider circuit having a high-voltage silicon-on-insulator (soi) capacitor
JP4219097B2 (en) Electronics
US20190165673A1 (en) Semiconductor device
US6734475B2 (en) Charge pump device
EP0865149B1 (en) High current CMOS charge pump, particularly for flash EEPROM memories
US7692478B2 (en) Semiconductor device and booster circuit
JP2013187488A (en) Semiconductor relay device
JP4730638B2 (en) Semiconductor device
JPS62150597A (en) Boosting circuit
JPH09266281A (en) Step-up circuit
JPH0923639A (en) Voltage converter
JPH0240946A (en) Semiconductor integrated circuit
US6552397B1 (en) Charge pump device formed on silicon-on-insulator and operation method
JP2003297936A (en) Semiconductor device having booster circuit
Liu et al. Fully-integrated charge pumps without oxide breakdown limitation

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20040303

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040713

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050215

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050418

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050816

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051017

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051216

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20060210

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081006

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20091108

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121

Year of fee payment: 3

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121

Year of fee payment: 5

EXPY Cancellation because of completion of term