JP6030900B2 - Charge pump circuit - Google Patents

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Description

本発明は、チャージポンプ回路に関する。 The present invention relates to a charge pump circuit.

(チャージポンプ回路の構成例)
集積回路等の電子デバイスに入力される電源電圧等を昇圧して高い電源電圧を生成する回路として、チャージポンプ回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。
図11は、チャージポンプ回路の構成を示す図であり、特許文献1からチャージポンプ回路部分を抽出したものである。
図11のチャージポンプ回路は、フライングキャパシタCq、出力キャパシタCvg、MOSトランジスタによる複数のスイッチs1〜s4を備えている。複数のスイッチs1〜s4は、電荷をフライングキャパシタCqに蓄積し、この蓄積した電荷を出力キャパシタCvgに転送するようにスイッチング動作する。
(Configuration example of charge pump circuit)
A charge pump circuit is known as a circuit that generates a high power supply voltage by boosting a power supply voltage or the like input to an electronic device such as an integrated circuit (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the charge pump circuit, in which the charge pump circuit portion is extracted from Patent Document 1. In FIG.
The charge pump circuit of FIG. 11 includes a flying capacitor Cq, an output capacitor Cvg, and a plurality of switches s1 to s4 using MOS transistors. The plurality of switches s1 to s4 perform a switching operation so as to accumulate charges in the flying capacitor Cq and transfer the accumulated charges to the output capacitor Cvg.

P型MOSトランジスタによるスイッチs1は、入力電圧VCが印加される入力電圧端子T1とフライングキャパシタCqのノードCHとの間に設けられている。N型MOSトランジスタによるスイッチs2は、グラウンド電圧PGNDが印加されるグラウンド端子T2とフライングキャパシタCqのノードCLとの間に設けられている。P型MOSトランジスタによるスイッチs3は、入力電圧VMが印加される入力電圧端子T3とフライングキャパシタCqのノードCLとの間に設けられている。P型MOSトランジスタによるスイッチs4は、フライングキャパシタCqのノードCHと出力端子T4との間に設けられている。出力キャパシタCvgは、出力端子T4とグラウンド電圧との間に設けられている。出力キャパシタCvgに蓄えられている電荷による出力電圧VGが、出力端子T4から導出される。   The switch s1 by the P-type MOS transistor is provided between the input voltage terminal T1 to which the input voltage VC is applied and the node CH of the flying capacitor Cq. The switch s2 by the N-type MOS transistor is provided between the ground terminal T2 to which the ground voltage PGND is applied and the node CL of the flying capacitor Cq. The switch s3 by the P-type MOS transistor is provided between the input voltage terminal T3 to which the input voltage VM is applied and the node CL of the flying capacitor Cq. The switch s4 by the P-type MOS transistor is provided between the node CH of the flying capacitor Cq and the output terminal T4. The output capacitor Cvg is provided between the output terminal T4 and the ground voltage. An output voltage VG due to the charge stored in the output capacitor Cvg is derived from the output terminal T4.

スイッチs1のゲートには、クロックCKNの反転信号が入力される。このため、スイッチs1は、クロックCKNがハイレベルの期間に、オン状態になる。
スイッチs2のゲートには、クロックCKNが入力される。このため、スイッチs2は、クロックCKNがハイレベルの期間に、オン状態になる。
スイッチs3のゲートおよびスイッチs4のゲートには、クロックCKの反転信号が入力される。このため、スイッチs3およびスイッチs4は、クロックCKがハイレベルの期間に、オン状態になる。
An inverted signal of the clock CKN is input to the gate of the switch s1. Therefore, the switch s1 is turned on while the clock CKN is at a high level.
The clock CKN is input to the gate of the switch s2. For this reason, the switch s2 is turned on while the clock CKN is at a high level.
An inverted signal of the clock CK is input to the gate of the switch s3 and the gate of the switch s4. For this reason, the switch s3 and the switch s4 are turned on while the clock CK is at a high level.

(チャージポンプ回路の動作例)
図11のように構成されたチャージポンプ回路は、以下のように動作する。すなわち、まず、クロックCKNがハイレベルの期間において、スイッチs1およびスイッチs2がオン状態になる。スイッチs3およびスイッチs4はオフ状態である。すると、入力電圧端子T1とグラウンド端子T2との間に入力電圧VCが印加され、矢印Y11および矢印Y12の電流経路に沿って、フライングキャパシタCqに電荷が蓄えられる。
(Operation example of charge pump circuit)
The charge pump circuit configured as shown in FIG. 11 operates as follows. That is, first, the switch s1 and the switch s2 are turned on during a period in which the clock CKN is at a high level. The switches s3 and s4 are off. Then, the input voltage VC is applied between the input voltage terminal T1 and the ground terminal T2, and charges are stored in the flying capacitor Cq along the current paths indicated by the arrows Y11 and Y12.

次に、クロックCKがハイレベルの期間において、スイッチs3およびスイッチs4がオン状態になる。スイッチs1およびスイッチs2はオフ状態である。すると、入力電圧端子T3の入力電圧VMがフライングキャパシタCqのマイナス側電極に印加され、矢印Y21および矢印Y22の電流経路に沿って、フライングキャパシタCqに蓄えられていた電荷が出力キャパシタCvgに転送される。   Next, the switch s3 and the switch s4 are turned on while the clock CK is at a high level. The switches s1 and s2 are off. Then, the input voltage VM at the input voltage terminal T3 is applied to the negative side electrode of the flying capacitor Cq, and the electric charge stored in the flying capacitor Cq is transferred to the output capacitor Cvg along the current path indicated by the arrows Y21 and Y22. The

図12は、図11のチャージポンプ回路の動作例を示す波形図である。図12は、クロックCKN、および、クロックCKのレベルを示している。本例では、クロックCKとクロックCKNとは位相が180度異なる。図12において、クロックCKNがハイレベルの期間は、充電期間(Charge)であり、クロックCKがハイレベルの期間は、転送期間(Transfer)である。
上述したように、クロックCKNがハイレベルの期間は、スイッチs1、s2がオンしてフライングキャパシタCqに電荷が蓄えられる充電動作が行われる。この充電される電荷は、図12の斜線模様部分に対応する。
FIG. 12 is a waveform diagram showing an operation example of the charge pump circuit of FIG. FIG. 12 shows the clock CKN and the level of the clock CK. In this example, the clock CK and the clock CKN are 180 degrees out of phase. In FIG. 12, a period when the clock CKN is at a high level is a charging period (Charge), and a period when the clock CK is at a high level is a transfer period (Transfer).
As described above, during the period when the clock CKN is at the high level, the charging operation is performed in which the switches s1 and s2 are turned on and charges are stored in the flying capacitor Cq. This charged electric charge corresponds to the hatched portion in FIG.

次に、クロックCKがハイレベルの期間は、スイッチs3、s4がオンしてフライングキャパシタCqに蓄積されていた電荷が放電されて出力キャパシタCvgに転送される放電動作が行われる。この放電される電荷は、図12の格子模様部分に対応する。
上記動作を繰り返すことで、出力端子T4には、入力電圧VC及びVMよりも高い、昇圧された出力電圧VGが出力される。
Next, during the period when the clock CK is at a high level, the discharge operation is performed in which the switches s3 and s4 are turned on to discharge the charges accumulated in the flying capacitor Cq and transfer them to the output capacitor Cvg. This discharged electric charge corresponds to the lattice pattern portion in FIG.
By repeating the above operation, a boosted output voltage VG higher than the input voltages VC and VM is output to the output terminal T4.

特開2007−330007号公報JP 2007-330007 A

ところで、上述したチャージポンプ回路の容量素子であるフライングキャパシタCqを集積回路上に実現すると、フライングキャパシタCqの各電極と半導体基板との間に寄生容量が形成される。
図13は、寄生容量も含めたチャージポンプ回路の回路図である。図13において、寄生容量Cplは、フライングキャパシタCqの低電圧側のノードCLと半導体基板、つまりグラウンドとの間に形成される寄生容量である。寄生容量Cphは、フライングキャパシタCqの高電圧側のノードCHと半導体基板との間に形成される寄生容量である。
By the way, when the flying capacitor Cq, which is the capacitive element of the charge pump circuit, is realized on an integrated circuit, a parasitic capacitance is formed between each electrode of the flying capacitor Cq and the semiconductor substrate.
FIG. 13 is a circuit diagram of the charge pump circuit including the parasitic capacitance. In FIG. 13, a parasitic capacitance Cpl is a parasitic capacitance formed between the node CL on the low voltage side of the flying capacitor Cq and the semiconductor substrate, that is, the ground. The parasitic capacitance Cph is a parasitic capacitance formed between the node CH on the high voltage side of the flying capacitor Cq and the semiconductor substrate.

このような構成において、スイッチs1、s2がオンすると、矢印Y11、Y12およびY22bの電流経路に沿って、寄生容量Cphと入力電圧端子T1に印加される入力電圧VCによって、フライングキャパシタCqに電荷が充電される。また、矢印Y21bの電流経路に沿って、寄生容量Cplからグラウンドへ電荷が放電される。次に、スイッチs3、s4がオンすると、矢印Y21、Y22およびY22aの電流経路に沿って、ノードCLに印加される入力電圧VMによって、フライングキャパシタCqの電荷が出力キャパシタCvgと寄生容量Cphとに転送される。また、入力電圧端子T3の入力電圧VMにより、矢印Y21aの電流経路に沿って、寄生容量Cplに電荷が充電される。   In such a configuration, when the switches s1 and s2 are turned on, the flying capacitor Cq is charged by the parasitic capacitance Cph and the input voltage VC applied to the input voltage terminal T1 along the current paths of the arrows Y11, Y12, and Y22b. Charged. In addition, electric charge is discharged from the parasitic capacitance Cpl to the ground along the current path indicated by the arrow Y21b. Next, when the switches s3 and s4 are turned on, the charge of the flying capacitor Cq is transferred to the output capacitor Cvg and the parasitic capacitance Cph by the input voltage VM applied to the node CL along the current paths of the arrows Y21, Y22, and Y22a. Transferred. In addition, the input voltage VM of the input voltage terminal T3 charges the parasitic capacitor Cpl along the current path indicated by the arrow Y21a.

図14は、図13のチャージポンプ回路の動作例を示す波形図である。図14は、クロックCKN、および、クロックCKのレベルを示している。本例では、クロックCKとクロックCKNとは位相が180度異なる。図14において、クロックCKNがハイレベルの期間は、充電期間(Charge)であり、クロックCKがハイレベルの期間は、転送期間(Transfer)である。
上述したように、クロックCKNがハイレベルの期間にスイッチs1、s2がオンしてフライングキャパシタCqに電荷が蓄えられる。この電荷は、図14の斜線模様部分に対応する。また、寄生容量Cplからグラウンドへ電荷が放電される。このグラウンドへ放電される電荷は、図14のドット模様部分に対応する。
FIG. 14 is a waveform diagram showing an operation example of the charge pump circuit of FIG. FIG. 14 shows the level of the clock CKN and the clock CK. In this example, the clock CK and the clock CKN are 180 degrees out of phase. In FIG. 14, a period when the clock CKN is at a high level is a charging period (Charge), and a period when the clock CK is at a high level is a transfer period (Transfer).
As described above, the switches s1 and s2 are turned on while the clock CKN is at a high level, and charges are stored in the flying capacitor Cq. This charge corresponds to the hatched pattern in FIG. Further, electric charges are discharged from the parasitic capacitance Cpl to the ground. The electric charge discharged to the ground corresponds to the dot pattern portion of FIG.

次に、クロックCKがハイレベルの期間にスイッチs3、s4がオンしてフライングキャパシタCqに蓄積されていた電荷が出力キャパシタCvgと寄生容量Cphとに転送される。この電荷は、図14の格子模様部分に対応する。
以上の動作において、スイッチs3、s4がオンしてフライングキャパシタCqから寄生容量Cphに充電された電荷は、スイッチs1、s2がオンしたときに再びフライングキャパシタCqに戻される。しかし、スイッチs3、s4がオンして入力電圧VMから寄生容量Cplに充電された電荷は、スイッチs1、s2がオンしたときにグラウンドへ放電されてしまう。つまり、寄生容量Cplに蓄えられたエネルギーは、スイッチs2のオン抵抗によって熱エネルギとして消費されてしまう。つまり、寄生容量Cplに流れる電流は、昇圧動作とは関係ない無効電流である。
Next, when the clock CK is at a high level, the switches s3 and s4 are turned on, and the charges accumulated in the flying capacitor Cq are transferred to the output capacitor Cvg and the parasitic capacitance Cph. This charge corresponds to the lattice pattern portion of FIG.
In the above operation, the charges charged to the parasitic capacitance Cph from the flying capacitor Cq when the switches s3 and s4 are turned on are returned to the flying capacitor Cq again when the switches s1 and s2 are turned on. However, the charges charged in the parasitic capacitance Cpl from the input voltage VM when the switches s3 and s4 are turned on are discharged to the ground when the switches s1 and s2 are turned on. That is, the energy stored in the parasitic capacitance Cpl is consumed as thermal energy by the on-resistance of the switch s2. That is, the current flowing through the parasitic capacitance Cpl is a reactive current that is not related to the boosting operation.

(一般的な容量素子のレイアウト例)
ここで、集積回路上に実現するキャパシタとしては、一般に、フリンジキャパシタ、ポリシリコン層を用いたpoly−poly CAPや、金属層(Metal)、絶縁体層(Insulator)、金属層(Metal)の連続構造によって形成されるMIM CAPなどが知られている。
(General capacitor element layout example)
Here, as a capacitor realized on an integrated circuit, generally, a fringe capacitor, a poly-poly CAP using a polysilicon layer, a metal layer (Metal), an insulator layer (Insulator), and a metal layer (Metal) are continuous. A MIM CAP formed by a structure is known.

図15は、フリンジキャパシタと呼ばれている容量素子のレイアウト例を示す斜視図である。この容量素子は、一方の電極を形成する金属配線と他方の電極を形成する金属配線とを櫛形形状に形成し、各電極の櫛が入れ子になっている。また、この容量素子は、上下二層に形成された電極が、ビアホール(Via hole)によって接続された構成になっている。なお、図15において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。   FIG. 15 is a perspective view showing a layout example of a capacitive element called a fringe capacitor. In this capacitive element, a metal wiring that forms one electrode and a metal wiring that forms the other electrode are formed in a comb shape, and the comb of each electrode is nested. In addition, this capacitive element has a configuration in which electrodes formed in two upper and lower layers are connected by a via hole. In FIG. 15, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.

半導体基板100に近い側である一層目(下層)には、ノードCHの電極に対応する金属配線201と、ノードCLの電極に対応する金属配線301とが略平行に設けられている。そして、ノードCHの電極に対応する金属配線201から、金属配線301の方向に向かって金属配線202、203がそれぞれ延びている。金属配線202と金属配線203とは、略平行に設けられている。また、ノードCLの電極に対応する金属配線301から、金属配線201の方向に向かって金属配線302、303がそれぞれ延びている。金属配線302と金属配線303とは、略平行に設けられている。なお、ノードCHの電極に対応する金属配線201と、ノードCLの電極に対応する金属配線301とは電気的に接触していない。   On the first layer (lower layer) on the side close to the semiconductor substrate 100, a metal wiring 201 corresponding to the electrode of the node CH and a metal wiring 301 corresponding to the electrode of the node CL are provided substantially in parallel. Metal wires 202 and 203 extend from the metal wire 201 corresponding to the electrode of the node CH toward the metal wire 301. The metal wiring 202 and the metal wiring 203 are provided substantially in parallel. In addition, metal wirings 302 and 303 extend from the metal wiring 301 corresponding to the electrode of the node CL toward the metal wiring 201, respectively. The metal wiring 302 and the metal wiring 303 are provided substantially in parallel. Note that the metal wiring 201 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wiring 301 corresponding to the electrode of the node CL are not in electrical contact.

半導体基板100から遠い側である二層目(上層)には、ノードCHの電極に対応する金属配線401と、ノードCLの電極に対応する金属配線501とがほぼ平行に設けられている。そして、ノードCHの電極に対応する金属配線401から、金属配線501の方向に向かって金属配線402、403がそれぞれ延びている。金属配線402と金属配線403とは、略平行に設けられている。また、ノードCLの電極に対応する金属配線501から、金属配線401の方向に向かって金属配線502、503がそれぞれ延びている。金属配線502と金属配線503とは、略平行に設けられている。なお、ノードCHの電極に対応する金属配線401と、ノードCLの電極に対応する金属配線501とは電気的に接触していない。   In the second layer (upper layer) on the side far from the semiconductor substrate 100, a metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH and a metal wiring 501 corresponding to the electrode of the node CL are provided substantially in parallel. Then, metal wirings 402 and 403 extend from the metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH toward the metal wiring 501, respectively. The metal wiring 402 and the metal wiring 403 are provided substantially in parallel. In addition, metal wirings 502 and 503 extend from the metal wiring 501 corresponding to the electrode of the node CL toward the metal wiring 401, respectively. The metal wiring 502 and the metal wiring 503 are provided substantially in parallel. Note that the metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wiring 501 corresponding to the electrode of the node CL are not in electrical contact.

上述した一層目の金属配線201と二層目の金属配線401とは、ビアホール31、32、33および34によって電気的に接続されている。同様に、上述した一層目の金属配線301と二層目の金属配線501とは、ビアホール41、42、43および44によって電気的に接続されている。
このように構成された容量素子において、ノードCHの電極に対応する金属配線201〜203および401〜403と、ノードCLの電極に対応する金属配線301〜303および501〜503との間に容量が形成され、この容量をチャージポンプ回路のフライングキャパシタCqとして用いることができる。
The first-layer metal wiring 201 and the second-layer metal wiring 401 are electrically connected by via holes 31, 32, 33 and 34. Similarly, the first-layer metal wiring 301 and the second-layer metal wiring 501 described above are electrically connected by via holes 41, 42, 43 and 44.
In the capacitive element configured as described above, there is a capacitance between the metal wirings 201 to 203 and 401 to 403 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wirings 301 to 303 and 501 to 503 corresponding to the electrode of the node CL. This capacitance is formed and can be used as the flying capacitor Cq of the charge pump circuit.

ところで、図15のように構成された容量素子において、半導体基板100からの距離が近い、最下層に、ノードCLの電極に対応する金属配線が存在すると、寄生容量Cphと同等の寄生容量Cplが現れる。したがって、このような容量素子をチャージポンプ回路のフライングキャパシタCqとして用いると、ノードCLに接続された電極から半導体基板100に見える寄生容量Cplが大きくなる。寄生容量Cplが大きくなると、チャージポンプ回路の無効電流が増え、つまりエネルギの損失が大きくなる。   By the way, in the capacitive element configured as shown in FIG. 15, when a metal wiring corresponding to the electrode of the node CL exists in the lowermost layer at a short distance from the semiconductor substrate 100, a parasitic capacitance Cpl equivalent to the parasitic capacitance Cph is obtained. appear. Therefore, when such a capacitive element is used as the flying capacitor Cq of the charge pump circuit, the parasitic capacitance Cpl that is visible to the semiconductor substrate 100 from the electrode connected to the node CL increases. When the parasitic capacitance Cpl increases, the reactive current of the charge pump circuit increases, that is, energy loss increases.

特に、近年半導体プロセスの微細化に伴い、容量素子の半導体基板に対する寄生容量が増しているため、このような無効電流によるエネルギの損失は無視できない問題である。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、一方の電極と半導体基板との間の寄生容量が小さな容量素子を用いたエネルギの損失が小さなチャージポンプ回路を提供することである。
In particular, with the recent miniaturization of the semiconductor process, the parasitic capacitance of the capacitive element with respect to the semiconductor substrate has increased, and thus energy loss due to such reactive current cannot be ignored.
The present invention has been made in view of the above, an object of the loss of energy parasitic capacitance with small capacitance element between the one electrode and the semiconductor substrate to provide a small charge pump circuit That is.

本発明のある態様によるチャージポンプ回路は、第1のノードと第2のノードとを有する容量素子と、前記第1のノードを基準電圧端子に接続し、前記第2のノードを第1の入力電圧端子に接続して前記容量素子に電荷を充電する充電動作と、前記第1のノードを第2の入力電圧端子に接続し、前記第2のノードを出力電圧端子に接続して前記容量素子に充電された電荷を前記出力電圧端子に放電する放電動作とを実現するための複数のスイッチと、を備え、前記基準電圧端子は前記第1の入力電圧端子及び前記第2の入力電圧端子よりも低電圧であるチャージポンプ回路であって、前記容量素子は、第1の導電層と、前記第1の導電層と同一平面上で、前記第1の導電層の側面の少なくとも一部を囲むように形成された第2の導電層と、前記第2の導電層に接続され、前記第1の導電層と半導体基板との間に平面視で前記第1の導電層を覆うように形成された第3の導電層と、を有し、前記第1の導電層は、前記第1のノードに接続されて第1の電極を形成し、前記第2及び第3の導電層は、前記第2のノードに接続されて第2の電極を形成していることを特徴とする。 A charge pump circuit according to an aspect of the present invention includes a capacitive element having a first node and a second node, connecting the first node to a reference voltage terminal, and connecting the second node to a first input. A charging operation for connecting the voltage element to charge the capacitor element; and connecting the first node to a second input voltage terminal; connecting the second node to an output voltage terminal; A plurality of switches for realizing a discharging operation for discharging the charge charged to the output voltage terminal to the output voltage terminal, wherein the reference voltage terminal is more than the first input voltage terminal and the second input voltage terminal. A charge pump circuit having a low voltage, wherein the capacitor element surrounds at least a part of a side surface of the first conductive layer on the same plane as the first conductive layer and the first conductive layer. A second conductive layer formed as described above, and A third conductive layer connected to the second conductive layer and formed between the first conductive layer and the semiconductor substrate so as to cover the first conductive layer in plan view, and The first conductive layer is connected to the first node to form a first electrode, and the second and third conductive layers are connected to the second node to form a second electrode It is characterized by that.

この構成によれば、一方の電極の下部を他方の電極が覆うように導電層を形成し、かつ、一方の電極の側面の少なくとも一部を囲むように導電層を形成して容量素子を構成し、一方の電極と半導体基板との間の寄生容量を小さくすることができる。
また、前記第1のノードを基準電圧端子に接続し、前記第2のノードを第1の入力電圧端子に接続して前記容量素子に電荷を充電する充電動作と、前記第1のノードを第2の入力電圧端子に接続し、前記第2のノードを出力電圧端子に接続して前記容量素子に充電された電荷を前記出力電圧端子に放電する放電動作とを実現するための複数のスイッチと、を備えたチャージポンプ回路を構成すれば、寄生容量の小さな電極を低電圧側のノードとし、無効電流を抑え、エネルギの損失を小さくすることができる。
前記第1及び第2の導電層は、櫛形状であり、前記第1及び第2の導電層の櫛が互いに入れ子になるように形成されていてもよい。この構成によれば、一方の電極の側面の少なくとも一部を囲むように導電層を形成でき、半導体基板との間の寄生容量を小さくすることができる。
According to this configuration, the capacitive element is configured by forming the conductive layer so that the other electrode covers the lower part of the one electrode, and forming the conductive layer so as to surround at least a part of the side surface of the one electrode. In addition, the parasitic capacitance between the one electrode and the semiconductor substrate can be reduced.
A charging operation in which the first node is connected to a reference voltage terminal, the second node is connected to a first input voltage terminal, and the capacitor element is charged; and the first node is connected to a first voltage terminal. A plurality of switches that are connected to two input voltage terminals, connect the second node to an output voltage terminal, and discharge the charge charged in the capacitive element to the output voltage terminal; If the charge pump circuit having the above is configured, an electrode having a small parasitic capacitance can be used as a node on the low voltage side, the reactive current can be suppressed, and the energy loss can be reduced.
The first and second conductive layers may have a comb shape, and may be formed so that the combs of the first and second conductive layers are nested in each other. According to this configuration, the conductive layer can be formed so as to surround at least a part of the side surface of the one electrode, and the parasitic capacitance with the semiconductor substrate can be reduced.

前記第1及び第2の導電層は、渦巻形状であり、前記第2の導電層の渦巻よりも内側に前記第1の導電層の渦巻が入れ子になるように形成されていてもよい。この構成によれば、一方の電極の側面の少なくとも一部を囲むように導電層を形成でき、半導体基板との間の寄生容量を小さくすることができる。
前記第2の導電層に接続され、前記第1の導電層の上方に平面視で前記第1の導電層を覆うように形成された第4の導電層を更に備え、前記第2乃至第4の導電層が、前記第2のノードに接続されて前記第2の電極を形成してもよい。この構成によれば、第1の導電層の上部から半導体基板への寄生容量を小さくすることができ、半導体基板との間の寄生容量をより小さくすることができる。
The first and second conductive layers may have a spiral shape, and may be formed so that the spiral of the first conductive layer is nested inside the spiral of the second conductive layer. According to this configuration, the conductive layer can be formed so as to surround at least a part of the side surface of the one electrode, and the parasitic capacitance with the semiconductor substrate can be reduced.
A second conductive layer connected to the second conductive layer and formed above the first conductive layer so as to cover the first conductive layer in a plan view; The conductive layer may be connected to the second node to form the second electrode. According to this configuration, the parasitic capacitance from the upper part of the first conductive layer to the semiconductor substrate can be reduced, and the parasitic capacitance between the first conductive layer and the semiconductor substrate can be further reduced.

本発明によれば、一方の電極の下部を他方の電極が覆うように導電層を形成し、かつ、一方の電極の側面の少なくとも一部を囲むように導電層を形成して容量素子を構成したため、一方の電極と半導体基板との間の寄生容量を小さくすることができる。また、本発明によれば、チャージポンプ回路において、寄生容量の小さな電極を低電圧側のノードとしたため、無効電流を抑え、エネルギの損失を小さくすることができる。   According to the present invention, a conductive layer is formed so that the lower part of one electrode is covered with the other electrode, and the conductive layer is formed so as to surround at least a part of the side surface of the one electrode, thereby forming the capacitive element. Therefore, the parasitic capacitance between one electrode and the semiconductor substrate can be reduced. Further, according to the present invention, in the charge pump circuit, the electrode having a small parasitic capacitance is used as the node on the low voltage side, so that the reactive current can be suppressed and the energy loss can be reduced.

本発明の第1の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the capacitive element by the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態による容量素子の形成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the formation method of the capacitive element by 1st Embodiment. 第1の実施形態による容量素子の形成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the formation method of the capacitive element by 1st Embodiment. 図3の構成の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the structure of FIG. 本発明の第2の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the capacitive element by the 2nd Embodiment of this invention. 図5の構成の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the structure of FIG. 本発明の第3の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the capacitive element by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the capacitive element by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the capacitive element by the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the capacitive element by the 6th Embodiment of this invention. チャージポンプ回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a charge pump circuit. 図11のチャージポンプ回路の動作例を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing an operation example of the charge pump circuit of FIG. 11. 寄生容量も含めたチャージポンプ回路の回路図である。It is a circuit diagram of a charge pump circuit including a parasitic capacitance. 図13のチャージポンプ回路の動作例を示す波形図である。FIG. 14 is a waveform diagram showing an operation example of the charge pump circuit of FIG. 13. フリンジキャパシタと呼ばれている容量素子のレイアウト例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a layout of the capacitive element called a fringe capacitor.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に参照する各図において、他の図と同等部分は同一符号を付し、同等部分の説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。なお、図1において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing referred to below, the same parts as those in the other figures are denoted by the same reference numerals, and the description of the equivalent parts will be omitted as appropriate.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a capacitive element according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.

図1において、第1の実施形態による容量素子は、ノードCLの電極に対応する金属配線600と、半導体基板100との間に、平板状の金属配線200を設けて導電層を形成した構成になっている。さらに、平板状の金属配線200は、ビアホール31〜34を介して、ノードCHの電極に対応する金属配線401に接続されている。金属配線401は、金属配線600と同じ層に形成されている。また、金属配線401には、同じ層に形成された金属配線402が接続されている。この金属配線402は、金属配線401の端部から、金属配線600の側面の一部を囲むように延びた形状になっている。そして、金属配線401と金属配線200とはビアホール31〜34によって電気的に接続され、さらに金属配線401は金属配線402と電気的に接続されている。   In FIG. 1, the capacitive element according to the first embodiment has a configuration in which a conductive layer is formed by providing a flat metal wiring 200 between a metal wiring 600 corresponding to an electrode of a node CL and a semiconductor substrate 100. It has become. Further, the flat metal wiring 200 is connected to the metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH through the via holes 31 to 34. The metal wiring 401 is formed in the same layer as the metal wiring 600. The metal wiring 401 is connected to a metal wiring 402 formed in the same layer. The metal wiring 402 has a shape extending from the end of the metal wiring 401 so as to surround a part of the side surface of the metal wiring 600. The metal wiring 401 and the metal wiring 200 are electrically connected by via holes 31 to 34, and the metal wiring 401 is electrically connected to the metal wiring 402.

つまり、第1の実施形態による容量素子では、ノードCLの電極に対応する金属配線600と半導体基板100との間に平板状の金属配線200を設けて導電層を形成している。このとき、金属配線200は、平面視で金属配線600を覆うように形成されている。
さらに、第1の実施形態による容量素子では、ノードCLの電極に対応する金属配線600の側面の一部を、ノードCHの電極に対応する金属配線402が囲む構成になっている。このような構成になっているため、第1の実施形態による容量素子によれば、ノードCLの電極に対応する金属配線600と半導体基板100との間の寄生容量Cplを小さくすることができる。
That is, in the capacitive element according to the first embodiment, the conductive layer is formed by providing the flat metal wiring 200 between the metal wiring 600 corresponding to the electrode of the node CL and the semiconductor substrate 100. At this time, the metal wiring 200 is formed so as to cover the metal wiring 600 in a plan view.
Furthermore, in the capacitive element according to the first embodiment, a part of the side surface of the metal wiring 600 corresponding to the electrode of the node CL is surrounded by the metal wiring 402 corresponding to the electrode of the node CH. With this configuration, according to the capacitive element according to the first embodiment, the parasitic capacitance Cpl between the metal wiring 600 corresponding to the electrode of the node CL and the semiconductor substrate 100 can be reduced.

(形成方法)
図1の他に、図2および図3を参照して、第1の実施形態による容量素子の形成方法について説明する。図1〜図3においては、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
まず、図2のように、半導体基板100の上方に、平板状の金属配線200を形成する。その後、図3のように、金属配線200の上方に、ビアホール31〜34を形成する。さらに、その上方に金属配線401および金属配線402を形成するとともに、これら金属配線401および402と同じ層に平板状の金属配線600を形成する。以上により、図1を参照して説明した容量素子を得ることができる。
(Formation method)
In addition to FIG. 1, the method for forming the capacitive element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In FIG. 1 to FIG. 3, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.
First, as shown in FIG. 2, a flat metal wiring 200 is formed above the semiconductor substrate 100. Thereafter, as shown in FIG. 3, via holes 31 to 34 are formed above the metal wiring 200. Further, a metal wiring 401 and a metal wiring 402 are formed thereabove, and a flat metal wiring 600 is formed in the same layer as the metal wirings 401 and 402. As described above, the capacitive element described with reference to FIG. 1 can be obtained.

なお、図4のように、金属配線401と同じ層に形成された金属配線404を追加してもよい。図4は、図3の構成の変形例を示す図である。図4において、金属配線404は、金属配線401に接続されている。この金属配線404は、金属配線401の端部から、金属配線600の側面の他の一部を囲むように延びた形状になっている。そして、金属配線401と金属配線200とはビアホール31〜34によって電気的に接続され、さらに金属配線401は金属配線402と電気的に接続されている。このような構成になっているため、図4の容量素子によれば、ノードCLの電極に対応する金属配線600と半導体基板100との間の寄生容量Cplをより小さくすることができる。   As shown in FIG. 4, a metal wiring 404 formed in the same layer as the metal wiring 401 may be added. FIG. 4 is a diagram showing a modification of the configuration of FIG. In FIG. 4, the metal wiring 404 is connected to the metal wiring 401. The metal wiring 404 has a shape extending from the end of the metal wiring 401 so as to surround another part of the side surface of the metal wiring 600. The metal wiring 401 and the metal wiring 200 are electrically connected by via holes 31 to 34, and the metal wiring 401 is electrically connected to the metal wiring 402. With such a configuration, according to the capacitive element in FIG. 4, the parasitic capacitance Cpl between the metal wiring 600 corresponding to the electrode of the node CL and the semiconductor substrate 100 can be further reduced.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。なお、図5において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
図5において、第2の実施形態による容量素子は、ノードCLの電極に対応する金属配線501〜503と、半導体基板100との間に、平板状の金属配線200を設けて導電層を形成した構成になっている。さらに、平板状の金属配線200は、ビアホール31〜34を介して、ノードCHの電極に対応する金属配線401に接続されている。金属配線401は、金属配線501〜503と同じ層に形成されている。また、金属配線401には、同じ層に形成された金属配線402が接続されている。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the capacitive element according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.
In FIG. 5, in the capacitive element according to the second embodiment, a flat metal wiring 200 is provided between the metal wiring 501 to 503 corresponding to the electrode of the node CL and the semiconductor substrate 100 to form a conductive layer. It is configured. Further, the flat metal wiring 200 is connected to the metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH through the via holes 31 to 34. The metal wiring 401 is formed in the same layer as the metal wirings 501 to 503. The metal wiring 401 is connected to a metal wiring 402 formed in the same layer.

ノードCHの電極に対応する金属配線401と、ノードCLの電極に対応する金属配線501とは略平行に設けられている。そして、ノードCHの電極に対応する金属配線401から、金属配線501の方向に向かって金属配線402、403がそれぞれ延びている。金属配線402と金属配線403とは、略平行に設けられている。また、ノードCLの電極に対応する金属配線501から、金属配線401の方向に向かって金属配線502、503がそれぞれ延びている。金属配線502と金属配線503とは、略平行に設けられている。なお、ノードCHの電極に対応する金属配線401と、ノードCLの電極に対応する金属配線501とは電気的に接触していない。   The metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wiring 501 corresponding to the electrode of the node CL are provided substantially in parallel. Then, metal wirings 402 and 403 extend from the metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH toward the metal wiring 501, respectively. The metal wiring 402 and the metal wiring 403 are provided substantially in parallel. In addition, metal wirings 502 and 503 extend from the metal wiring 501 corresponding to the electrode of the node CL toward the metal wiring 401, respectively. The metal wiring 502 and the metal wiring 503 are provided substantially in parallel. Note that the metal wiring 401 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wiring 501 corresponding to the electrode of the node CL are not in electrical contact.

このように、金属配線401〜403と、金属配線501〜503とは、同じ層に形成され、櫛形状電極の櫛歯部分が互いに入れ子状態になっており、櫛形電極をかみ合わせた構成を有している。
この第2の実施形態による容量素子では、ノードCLの電極に対応する金属配線501〜503と、半導体基板100との間に、平板状の金属配線200を設けて導電層を形成している。このとき、金属配線200は、平面視で金属配線501〜503を覆うように形成されている。
As described above, the metal wirings 401 to 403 and the metal wirings 501 to 503 are formed in the same layer, and the comb-tooth portions of the comb-shaped electrode are nested with each other, and the comb-shaped electrode is engaged. ing.
In the capacitive element according to the second embodiment, a flat metal wiring 200 is provided between the metal wirings 501 to 503 corresponding to the electrode of the node CL and the semiconductor substrate 100 to form a conductive layer. At this time, the metal wiring 200 is formed so as to cover the metal wirings 501 to 503 in plan view.

さらに、第2の実施形態による容量素子では、ノードCLの電極に対応する金属配線502、503の側面の一部を、ノードCHの電極に対応する金属配線401〜403が囲む構成になっている。このような構成になっているため、第2の実施形態による容量素子は、第1の実施形態の場合よりも、寄生容量Cplを小さくでき、かつ、小面積で各電極間の容量値すなわちフライングキャパシタCqの容量を大きくすることができる。
図5を参照して説明した第2の実施形態による容量素子は、図2および図3を参照して説明したように、半導体基板100の上方に平板状の金属配線200を設け、さらに、ビアホール31〜34を設け、さらに金属配線401〜403、および、金属配線501〜503を設けることによって、形成することができる。
Furthermore, in the capacitive element according to the second embodiment, the metal wirings 502 and 503 corresponding to the electrode of the node CL are partially surrounded by the metal wirings 401 to 403 corresponding to the electrode of the node CH. . Due to such a configuration, the capacitive element according to the second embodiment can make the parasitic capacitance Cpl smaller than that of the first embodiment, and has a small area and capacitance value between the electrodes, that is, flying. The capacity of the capacitor Cq can be increased.
As described with reference to FIGS. 2 and 3, the capacitor according to the second embodiment described with reference to FIG. 5 is provided with the flat metal wiring 200 above the semiconductor substrate 100, and further via holes. It can be formed by providing 31 to 34 and further providing metal wirings 401 to 403 and metal wirings 501 to 503.

なお、図6のように、金属配線401と同じ層に形成された金属配線404を追加してもよい。図6は、図5の構成の変形例を示す図である。図6において、金属配線404は、金属配線401に接続されている。この金属配線404は、金属配線401の端部から、金属配線502の側面の一部を囲むように延びた形状になっている。そして、金属配線401と金属配線200とはビアホール31〜34によって電気的に接続され、さらに金属配線401は金属配線404と電気的に接続されている。このような構成になっているため、図6の容量素子によれば、ノードCLの電極に対応する金属配線501〜503と半導体基板100との間の寄生容量Cplをより小さくすることができる。   Note that a metal wiring 404 formed in the same layer as the metal wiring 401 may be added as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a modification of the configuration of FIG. In FIG. 6, the metal wiring 404 is connected to the metal wiring 401. The metal wiring 404 has a shape extending from the end of the metal wiring 401 so as to surround a part of the side surface of the metal wiring 502. The metal wiring 401 and the metal wiring 200 are electrically connected by via holes 31 to 34, and the metal wiring 401 is electrically connected to the metal wiring 404. Because of such a configuration, according to the capacitive element of FIG. 6, the parasitic capacitance Cpl between the metal wirings 501 to 503 corresponding to the electrode of the node CL and the semiconductor substrate 100 can be further reduced.

(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。なお、図7において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
図7において、第3の実施形態による容量素子は、ノードCHの電極に対応する金属配線400と、ノードCLの電極に対応する金属配線500とが平行に並んだ状態で渦巻形状になっている。そして、この渦巻形状において、ノードCHの電極に対応する金属配線400よりも、ノードCLの電極に対応する金属配線500が内側に位置している。この結果、金属配線400と金属配線500とは、金属配線400の渦巻の内側に、金属配線500の渦巻が入れ子になっている位置関係になっている。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the capacitive element according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 7, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.
In FIG. 7, the capacitive element according to the third embodiment has a spiral shape with the metal wiring 400 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wiring 500 corresponding to the electrode of the node CL aligned in parallel. . In this spiral shape, the metal wiring 500 corresponding to the electrode of the node CL is located inside the metal wiring 400 corresponding to the electrode of the node CH. As a result, the metal wiring 400 and the metal wiring 500 are in a positional relationship in which the spiral of the metal wiring 500 is nested inside the spiral of the metal wiring 400.

さらに、第3の実施形態による容量素子では、金属配線400および500と、半導体基板100との間に、平板状の金属配線200を設けて導電層を形成している。このとき、金属配線200は、平面視で金属配線400および500を覆うように形成されている。
さらに、第3の実施形態による容量素子では、金属配線が渦巻形状になっているので、ノードCLの電極に対応する金属配線500の側面の大部分が、ノードCHの電極に対応する金属配線400で囲まれた構成になる。
Furthermore, in the capacitive element according to the third embodiment, a flat metal wiring 200 is provided between the metal wirings 400 and 500 and the semiconductor substrate 100 to form a conductive layer. At this time, the metal wiring 200 is formed so as to cover the metal wirings 400 and 500 in plan view.
Furthermore, in the capacitive element according to the third embodiment, the metal wiring has a spiral shape, so that most of the side surface of the metal wiring 500 corresponding to the electrode of the node CL is the metal wiring 400 corresponding to the electrode of the node CH. It becomes the configuration surrounded by.

このような構成になっているため、第3の実施形態による容量素子は、第1の実施形態の場合よりも、寄生容量Cplを小さくでき、かつ、小面積で各電極間の容量値すなわちフライングキャパシタCqの容量を大きくすることができる。
図7を参照して説明した第3の実施形態による容量素子は、図2および図3を参照して説明したように、半導体基板100の上方に平板状の金属配線200を設け、さらに、ビアホール31〜34を設け、さらに金属配線400、および、金属配線500を設けることによって、形成することができる。
Due to such a configuration, the capacitive element according to the third embodiment can make the parasitic capacitance Cpl smaller than in the case of the first embodiment, and has a small area and a capacitance value between the electrodes, that is, flying. The capacity of the capacitor Cq can be increased.
As described with reference to FIGS. 2 and 3, the capacitor according to the third embodiment described with reference to FIG. 7 is provided with the flat metal wiring 200 above the semiconductor substrate 100, and further via holes. It can be formed by providing 31 to 34 and further providing the metal wiring 400 and the metal wiring 500.

(第4の実施形態)
図8は、本発明の第4の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。なお、図8において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
この第4の実施形態は、図4の構成において、ノードCLの電極に対応する金属配線600の上方を覆うように、金属配線700を追加した構成である。金属配線700と金属配線401とはビアホール41〜45によって電気的に接続されている。このような構成になっているため、図8の容量素子によれば、ノードCLの電極に対応する金属配線600の上部から半導体基板への寄生容量を小さくすることができ、ノードCLの電極に対応する金属配線600と半導体基板100との間の寄生容量Cplをより小さくすることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the capacitive element according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.
In the fourth embodiment, a metal wiring 700 is added so as to cover the metal wiring 600 corresponding to the electrode of the node CL in the configuration of FIG. The metal wiring 700 and the metal wiring 401 are electrically connected by via holes 41 to 45. With this configuration, according to the capacitive element of FIG. 8, the parasitic capacitance from the upper part of the metal wiring 600 corresponding to the electrode of the node CL to the semiconductor substrate can be reduced, and the electrode of the node CL can be reduced. Parasitic capacitance Cpl between corresponding metal interconnection 600 and semiconductor substrate 100 can be further reduced.

(第5の実施形態)
図9は、本発明の第5の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。なお、図9において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
この第5の実施形態は、図6の構成において、ノードCLの電極に対応する金属配線501〜503の上方を覆うように、金属配線700を追加した構成である。金属配線700と金属配線401とはビアホール41〜45によって電気的に接続されている。このような構成になっているため、図9の容量素子によれば、ノードCLの電極に対応する金属配線501〜503の上部から半導体基板への寄生容量を小さくすることができ、ノードCLの電極に対応する金属配線501〜503と半導体基板100との間の寄生容量Cplをより小さくすることができる。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the capacitive element according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the oxide film is not shown for convenience of explanation.
In the fifth embodiment, a metal wiring 700 is added to cover the metal wirings 501 to 503 corresponding to the electrodes of the node CL in the configuration of FIG. The metal wiring 700 and the metal wiring 401 are electrically connected by via holes 41 to 45. Because of such a configuration, according to the capacitive element of FIG. 9, the parasitic capacitance from the upper part of the metal wirings 501 to 503 corresponding to the electrode of the node CL to the semiconductor substrate can be reduced, and the capacitance of the node CL The parasitic capacitance Cpl between the metal wirings 501 to 503 corresponding to the electrodes and the semiconductor substrate 100 can be further reduced.

(第6の実施形態)
図10は、本発明の第6の実施形態による容量素子の構成を示す斜視図である。なお、図10において、説明の都合上、酸化膜の図示は省略してある。
この第6の実施形態は、図7の構成において、ノードCHの電極に対応する金属配線400およびノードCLの電極に対応する金属配線500の上方を覆うように、金属配線700を追加した構成である。金属配線700と金属配線400とはビアホール41〜44によって電気的に接続されている。このような構成になっているため、図10の容量素子によれば、ノードCLの電極に対応する金属配線500の上部から半導体基板への寄生容量を小さくすることができ、ノードCLの電極に対応する金属配線500と半導体基板100との間の寄生容量Cplをより小さくすることができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the capacitive element according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the illustration of the oxide film is omitted for convenience of explanation.
In the sixth embodiment, in the configuration of FIG. 7, a metal wiring 700 is added so as to cover the metal wiring 400 corresponding to the electrode of the node CH and the metal wiring 500 corresponding to the electrode of the node CL. is there. The metal wiring 700 and the metal wiring 400 are electrically connected by via holes 41 to 44. With this configuration, according to the capacitive element of FIG. 10, the parasitic capacitance from the upper part of the metal wiring 500 corresponding to the electrode of the node CL to the semiconductor substrate can be reduced, and the electrode of the node CL The parasitic capacitance Cpl between the corresponding metal wiring 500 and the semiconductor substrate 100 can be further reduced.

上述した第4の実施形態から第6の実施形態までの容量素子は、ノードCHの電極を成す金属配線を最下層の導電層(メタル層)で実現し、その直上の導電層でノードCLの電極を成す金属配線を実現し、さらにその直上の導電層でノードCLの電極を平面視で覆うようにノードCHの電極を成す金属配線を実現した。
しかし、これらの構成に限らず、ノードCHの電極を成す金属配線を最下層の導電層(メタル層)で実現し、その導電層よりも上の異なる階層の導電層でノードCLの電極を成す金属配線を実現し、この金属配線よりも上の導電層でノードCLの電極を平面視で覆うようにノードCHの電極を成す金属配線を実現してもよい。つまり、ノードCLの電極を成す金属配線を異なる複数の階層の導電層で形成して、ノードCLの電極を平面視で覆い且つ挟み込むようにノードCHの電極を実現してもよい。この場合も、第4の実施形態から第6の実施形態までの容量素子と、同様の効果が得られる。
In the capacitive elements from the fourth embodiment to the sixth embodiment described above, the metal wiring forming the electrode of the node CH is realized by the lowermost conductive layer (metal layer), and the conductive layer directly above it is used for the node CL. The metal wiring forming the electrode was realized, and further, the metal wiring forming the electrode of the node CH so as to cover the electrode of the node CL in plan view with the conductive layer immediately above it was realized.
However, the present invention is not limited to this configuration, and the metal wiring forming the electrode of the node CH is realized by the lowermost conductive layer (metal layer), and the electrode of the node CL is formed by the conductive layer of a different hierarchy above the conductive layer. A metal wiring may be realized, and a metal wiring that forms an electrode of the node CH so as to cover the electrode of the node CL in a plan view with a conductive layer above the metal wiring may be realized. In other words, the metal wiring that forms the electrode of the node CL may be formed of conductive layers of a plurality of different levels, and the electrode of the node CH may be realized so as to cover and sandwich the electrode of the node CL in plan view. Also in this case, the same effect as the capacitive elements from the fourth embodiment to the sixth embodiment can be obtained.

(チャージポンプ回路)
上述した第1の実施形態から第6の実施形態までの容量素子は、チャージポンプ回路のフライングキャパシタCqとして用いることができる。具体的には、上述した第1の実施形態から第6の実施形態までの容量素子を、図11および図13を参照して説明した、チャージポンプ回路のフライングキャパシタCqとして用いることができる。第1の実施形態から第6の実施形態までの容量素子を用いれば、寄生容量Cplをより小さくすることができる。このため、図13の矢印Y21bの電流経路に沿って、グラウンドへ放電される電荷が小さくなり、エネルギの損失を小さくすることができる。
(Charge pump circuit)
The capacitive elements from the first embodiment to the sixth embodiment described above can be used as the flying capacitor Cq of the charge pump circuit. Specifically, the capacitive elements from the first embodiment to the sixth embodiment described above can be used as the flying capacitor Cq of the charge pump circuit described with reference to FIGS. If the capacitive elements from the first embodiment to the sixth embodiment are used, the parasitic capacitance Cpl can be further reduced. For this reason, the electric charge discharged to the ground is reduced along the current path indicated by the arrow Y21b in FIG. 13, and the loss of energy can be reduced.

(まとめ)
以上説明したように、チャージポンプ回路のフライングキャパシタ等に用いられる容量素子において、一方の電極の下部を他方の電極が覆うように導電層を形成し、かつ、一方の電極の側面の少なくとも一部を囲むように導電層を形成して容量素子を構成することにより、一方の電極と半導体基板との間の寄生容量を小さくすることができる。また、このような容量素子を、チャージポンプ回路に用い、寄生容量の小さな電極を低電圧側のノードとすることにより、無効電流を抑え、エネルギの損失を小さくすることができる。
(Summary)
As described above, in a capacitive element used for a flying capacitor or the like of a charge pump circuit, a conductive layer is formed so that the other electrode covers the lower part of one electrode, and at least a part of the side surface of the one electrode By forming a capacitor element by forming a conductive layer so as to surround the substrate, the parasitic capacitance between one electrode and the semiconductor substrate can be reduced. Further, by using such a capacitor element in a charge pump circuit and using an electrode having a small parasitic capacitance as a node on the low voltage side, it is possible to suppress a reactive current and to reduce energy loss.

31〜34、41〜45 ビアホール
100 半導体基板
200〜203、301〜303
400〜404、500〜503、600、700 金属配線
Cph、Cpl 寄生容量
Cq フライングキャパシタ
Cvg 出力キャパシタ
s1〜s4 スイッチ
T1、T3 入力電圧端子
T2 グラウンド端子
T4 出力端子
31-34, 41-45 Via hole 100 Semiconductor substrate 200-203, 301-303
400 to 404, 500 to 503, 600, 700 Metal wiring Cph, Cpl Parasitic capacitance Cq Flying capacitor Cvg Output capacitor s1 to s4 Switch T1, T3 Input voltage terminal T2 Ground terminal T4 Output terminal

Claims (4)

第1のノードと第2のノードとを有する容量素子と、
前記第1のノードを基準電圧端子に接続し、前記第2のノードを第1の入力電圧端子に接続して前記容量素子に電荷を充電する充電動作と、前記第1のノードを第2の入力電圧端子に接続し、前記第2のノードを出力電圧端子に接続して前記容量素子に充電された電荷を前記出力電圧端子に放電する放電動作とを実現するための複数のスイッチと、
を備え、前記基準電圧端子は前記第1の入力電圧端子及び前記第2の入力電圧端子よりも低電圧であるチャージポンプ回路であって、
前記容量素子は、
第1の導電層と、
前記第1の導電層と同一平面上で、前記第1の導電層の側面の少なくとも一部を囲むように形成された第2の導電層と、
前記第2の導電層に接続され、前記第1の導電層と半導体基板との間に平面視で前記第1の導電層を覆うように形成された第3の導電層と、
を有し、
前記第1の導電層は、前記第1のノードに接続されて第1の電極を形成し、
前記第2及び第3の導電層は、前記第2のノードに接続されて第2の電極を形成していることを特徴とするチャージポンプ回路。
A capacitive element having a first node and a second node ;
A charging operation in which the first node is connected to a reference voltage terminal, the second node is connected to a first input voltage terminal to charge the capacitor element, and the first node is connected to a second voltage A plurality of switches for realizing a discharge operation of connecting to the input voltage terminal, connecting the second node to the output voltage terminal, and discharging the charge charged in the capacitive element to the output voltage terminal;
And the reference voltage terminal is a charge pump circuit having a lower voltage than the first input voltage terminal and the second input voltage terminal,
The capacitive element is
A first conductive layer;
A second conductive layer formed on the same plane as the first conductive layer and surrounding at least a part of a side surface of the first conductive layer;
A third conductive layer connected to the second conductive layer and formed to cover the first conductive layer in plan view between the first conductive layer and the semiconductor substrate;
Have
The first conductive layer is connected to the first node to form a first electrode;
The charge pump circuit, wherein the second and third conductive layers are connected to the second node to form a second electrode .
前記第1及び第2の導電層は、
櫛形状であり、前記第1及び第2の導電層の櫛が互いに入れ子になるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ回路
The first and second conductive layers are:
2. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the charge pump circuit has a comb shape, and is formed such that combs of the first and second conductive layers are nested.
前記第1及び第2の導電層は、
渦巻形状であり、前記第2の導電層の渦巻よりも内側に前記第1の導電層の渦巻が入れ子になるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ回路
The first and second conductive layers are:
2. The charge pump circuit according to claim 1, wherein the charge pump circuit has a spiral shape and is formed so that a spiral of the first conductive layer is nested inside a spiral of the second conductive layer.
前記第2の導電層に接続され、前記第1の導電層の上方に平面視で前記第1の導電層を覆うように形成された第4の導電層を更に備え、
前記第2乃至第4の導電層は、前記第2のノードに接続されて前記第2の電極を形成していることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のチャージポンプ回路
A fourth conductive layer connected to the second conductive layer and formed above the first conductive layer so as to cover the first conductive layer in plan view;
4. The device according to claim 1, wherein the second to fourth conductive layers are connected to the second node to form the second electrode. 5. Charge pump circuit .
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06351229A (en) * 1993-06-08 1994-12-22 Sony Corp Charge pump type booster circuit having output voltage stabilizing function
JPH0864764A (en) * 1994-08-25 1996-03-08 Nippon Motorola Ltd Unit capacitor
JPH1198868A (en) * 1997-09-12 1999-04-09 Terumo Corp Electrostatic power generation device
SE9801118D0 (en) * 1998-03-30 1998-03-30 Astra Ab Electrical device
JP4133155B2 (en) * 2002-09-19 2008-08-13 株式会社リコー Electrostatic drive type device, optical switch, optical scanner and inkjet head
JP2005005647A (en) * 2003-06-16 2005-01-06 Seiko Epson Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP4933036B2 (en) * 2003-07-03 2012-05-16 パナソニック株式会社 Differential capacitance element, differential antenna element, and differential resonance element
JP4908175B2 (en) * 2006-12-12 2012-04-04 ローム株式会社 CONTROL CIRCUIT AND METHOD FOR CHARGE PUMP CIRCUIT, CHARGE PUMP CIRCUIT USING THEM, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5086030B2 (en) * 2007-10-22 2012-11-28 ローム株式会社 Overvoltage protection circuit and electronic device using the same

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