JPH01209818A - 変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はモノリシック集積回路にコンデンサを形成する
ことに関するものであシ、更に詳しくいえば、希望の動
作範囲にわたって非常に正確な値を持たなければならな
いモノリシック集積回路におけるコンデンサに関するも
のである。

〔従来の技術〕

バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタをペー
スとするモノリシック集積回路が製造されてきた期間の
ほとんどにわたって、それらのモノリシック集積回路に
コンデンサが設けられてきた。製造時と種々の動作環境
におけるそれらのコンデンサのパラメータの面における
それらのコンデンサの品質が着実に向上している。半導
体ｐｎ接合を基にしたそれらのコンデンサでは集積回路
の主面に占める与えられた面積において大きな容量を持
つことができるが、金属−酸化物一半導体（ＭＯＳ）型
コンデンサは、はるかに正確な値のパラメータを持つも
のを製造できる。

更に、容量比を、その容量比を構成するどのような絶対
容量値よりもはるかに正確な値に維持できる。したがっ
て、含まれているコンデンサの絶対容量値ではなくて、
それらのコンデンサの容量比に依存して設計された回路
は、非常に正確で、再現できるアナログ回路動作を行う
ことができる。

アナログ−デジタル変換器、アナログ、ゲート、減衰制
御回路および各種のフィルタを含めた多くのアナログ回
路はそのようにして製造できる。

ＭＯＳコンデンサ型のコンデンサは何種類かの構造で製
造できるが、全て本質的には、ある種の誘電体により隔
てられた一対の導電性平行極板を有する「平行極板」コ
ンデンサである。そのコンデンサの下側の極板、すなわ
ち、半導体物質の主ボデーと、その上の誘電体の第１の
部分との間の境界に最も近い極板は、その境界から少し
離れた所に設けられるドープされた多結晶シリコンまた
は金属で構成できる。あるいは、その下側樋板は、ｐｎ
接合または誘電体により半導体物質のボデーの一方の部
分から電気的に分離されているその半導体物質のボデー
の別の部分で構成できる。

上側極板、すなわち、前記覆っている半導体物質のボデ
ー内に前記境界から多少能れた所に設けられている極板
は、金属または多結晶シリコンで構成できる。それらの
極板を分離する誘電体は典型的には二酸化シリコンであ
るが、その代シに窒化シリコンまたはそれらの物質とそ
の他の物質の混合物で構成することもできる。

ＭＯＳコンデンサのパラメータの値の正確さは著るしく
高い。その理由は、そのＭＯＳコンデンサの製造に起因
するものであって、コンデンサの動作環境における種々
の要因の範囲にわたって維持される。しかし、そのコン
デンサも、温度および印加電圧に応じて容量が変化する
というように、動作環境にある程度依存する。たとえば
、第１図は、各極板がシんを高濃度にドープされた多結
晶シリコンで構成されたＭＯＳコンデンサの印加電圧に
対する容量の変化を正規化して示したものである。

各極板は約６００オングストロームの厚さの二酸化シリ
コンにより互いに分離される。

第１図かられかるように、そのコンデンサの容量はコン
デンサの選択された向きに印加された電圧の上昇に伴っ
て単調に、またはほぼ単調に減少していることがわかる
。容量の変化は印加電圧の１ボルトの変化に対して容量
の１００万分の１００のオーダーである。

〔課題〕

第１図に示すように印加電圧の変化に応じて容量が変化
するコンデンサは、そのパラメータを制御するためには
比較的良いコンデンサである。しかし、アナログ回路の
性能で極めて高い正確さを達成するための進歩した回路
設計は、動作環境において十分に小さい容量変化を示す
容量を必要とする。更に、そのよう々コンデンサは、そ
れらのコンデンサを製造するために現在用いられている
方法の変更をできるだけ少くした方法で製造できるもの
でなくてはならｋい。

〔発明の概要〕

本発明は、１個のコンデンサの下側の極板を別のコンデ
ンサの上側極板に接続して複合コンデンサを構成し、そ
の複合コンデンサの下側のコンデンサのうちの１個のコ
ンデンサのある種のパラメータの望ましくない変化が、
下側の他のコンデンサにおけるそれらのパラメータの変
化により補償されて、複合コンデンサのそのパラメータ
の変化を小さくするものである。

モノリシック集積回路内に形成され、はぼ単調に変化す
るパラメータを有するＭＯ８形コンデンサにおけるパラ
メータの変化に対しては、そのよう表パラメータの変化
を減少させるような複合コンデンサを形成できる。その
ような複合コンデンサは少くとも２個の下側コンデンサ
を用いて構成できる。この場合には、一方の下側コンデ
ンサの下側極板が他方の下側コンデンサの上側極板へ電
気的に接続され、一方の下側コンデンサの上側極板が他
方の下側コンデンサの下側極板へ接続される。

そのような構造においては、それらの下側コンデンサの
一方のコンデンサのパラメータの変化は他方の下側コン
デンサのパラメータの変化で平衡されて複合コンデンサ
のそのパラメータの全体の変化を減少させる。

典型的には、下側コンデンサを２個用いる場合には、複
合コンデンサの希望の容量の約半分を各下側コンデンサ
の容量が寄与する。もつと多くの下側コンデンサを用い
て複合コンデンサを構成したとすると、各下側コンデン
サが寄与する容量の割合が各下側コンデンサのそれぞれ
の極板の面積に比例して減少するのが普通である。この
ようにして、１個の下側コンデンサの容量のほぼ等しい
大きさの変化を用いて、他の下側の容量の変化を打消す
ことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２Ａ図ないし第３Ｂ図に示されている構造の複合コン
デンサを形成するために２個のコンデンサを相互に接続
する。第２Ｂ図は、集積回路の他の部分における装置の
必要を基にして希望の抵抗軍を持たせるために、ドナー
不純物またはアクセグタ不純物を希望の濃度にドープし
たシリコン基板１０を示す。基板１０は主半導体物質ポ
デーとすることができ、または主半導体物質ポデー上に
形成されたエピタキシャル層とすることもできる。

基板１０は主面１１を有し、その主面の上に、相互接続
ネットワーク部分、極板およびその他の構造を含む絶縁
構造体が設けられる。

基板１０の導電形とは逆の導電形の２つの下側極板領域
１３．１４が主面１１を交差して設けられる。基板１０
の導電形とは逆の導電形で、コンデンサに関連する寄生
抵抗値を低くするために実際的に高い導電率を持たせる
ため、それらの領域は高濃度にドープされる。そのドー
ピング濃度は１０１８原子／ｄ以上である。絶縁構造体
１２の一部が極板領域１３と１４の上に設けられる。そ
の絶縁構造体１２は二酸化シリコンで構成される。

主面１１から更に離れている２つの上側極板１５゜１６
はチタン−タングステン層の上に付着された、銅を４％
含むアルミニウム合金で構成される。領域１３．１４へ
電気的に接続するために、金属が絶縁層内のバイアス（
ｖｉａｓ）を通って延びる場合には、アルミニウム合金
の下側のチタン−タングステン層と、極板１３と１４の
シリコン基板部分との間に珪化パラジウム遷移領域が設
けられる。

５　Ｘ　１０’″’　ｐｆ／−のオーダーの容量を得る
ためには、下側極板１３と上側極板１５の間の距離、お
よび下側極板１４と上側極板１６の間の距離は、絶縁構
造体部分１２により典型的には６００オングストローム
にされる。

第２Ａ図は第２Ｂ図の平面図である。この平面図を線１
７に沿って切断して第２Ｂ図の断面図を得る。第２Ａ図
に示されている構造において、絶縁構造体の部分の下側
にある部分を示すために破線は用いられていない。第２
Ａ図には２つの金属複合コンデンサ終端領域１８，１９
が示されている。それらの終端領域から相互接続ネット
ワークを介して集積回路中の回路の他の部分に相互接続
が行われる。

図かられかるように、上側極板１５は金属製の相互接続
ネットワークにより形成され、終端領域１８と一緒にな
って下側極板１４に接続が行われる。同様に、上側極板
１６は金属製の相互接続ネットワークによ多形成され、
終端領域１９と一緒に碌って下側極板１３に接続が行わ
れる。とのような構造とすることＫより、極板１３と１
５によ多構成されているコンデンサのような一方のコン
デンサの、印加電圧の変化による、第１図に示されてい
るような性質の容量変化を、極板１４　、１６で構成さ
れたコンデンサの容量変化から差し引くことができる。

第３Ｂ図はシリコン基板２０を示す。モノリシック集積
回路の他の部分における装置の必要を基にして希望の導
電形および希望の導電率を得るためにドープされる。基
板２０のうち第３Ｂ図に示されている部分、は主半導体
物質ボデー、またはその上に形成されたエピタキシャル
層とすることができる。また、基板２０は主面２１を有
し、その主面の上に、相互接続ネットワークと、コンデ
ンサ極板と、その他の構造とを含む絶縁構造体が形成さ
れる。

その絶縁構造体の絶縁構造体部分２２は主面２１に向き
合い、典型的にはシん原子を用いて１０′８原子／−を
こえる濃度まで、高い導電率を持つようにドープされた
多結晶シリコン（ポリシリコン）で形成される。同様に
、上記のようにドープされた多結晶シリコンによって２
つの上側極板２５゜２６が形成される。１つのコンデン
サを構成している極板２３．２５と、別の１つのコンデ
ンサを構成している極板２４．２６が、厚さが６００オ
ングストロームである二酸化シリコンの絶縁構造体部分
２２により互いに分離される。単位面積当シの容量が、
第２Ａ図および第２Ｂ図に示されている構造と同様にし
て得られる。

、上側極板と下側極板は電気的相互接続系の金属部分に
より相互に接続され、したがって、この図においては上
側極板は、第２図に示されているのとは異って、その金
属製相互接続系によっては形成されない。一方の金属相
互接続部分３０が上側極板２５と下側極板２４を電気的
に相゛互接続する。

それらの金属相互接続部は、チタン−タングステン層の
上の銅４％とアルミニウムの合金で形成される。その金
属相互接続部分の下側を珪化白金が、多結晶板相互接続
点における二酸化シリコン中のバイアスを通って延びる
。

第３Ａ図は第３Ｂ図の平面図である。この平面図を線２
７に沿って切断すると第２Ｂ図の断面図が得られる。第
３Ａ図には一対の終端領域２８゜２９が示されている。

それらの終端領域を通じて複合コンデンサは模集積回路
内の他の回路へ電気的に相互接続される。絶縁体の下側
の部分を示すために破線を用いていないことに再び注意
されたい。一方の下側コンデンサの印加電圧の変化に伴
う容量変化が（１つのそのような下側コンデンサについ
て第１図に示すように）他方の下側コンデンサの印加電
圧の変化に伴う容量変化によυ打消されるから、複合コ
ンデンサの印加電圧による容量変化は下側コンデンサの
いずれか一方の容量変化よυ小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＯＳコンデンサの容量の印加電圧による変化
の様子を示すグラフ、第２Ａ図および第２Ｂ図は本発明
のコンデンサの一実施例を示す略図、第３Ａ図および第
３Ｂ図は本発明のコンデンサの別の実施例を示す略図で
ある。 １０．２０・・・・基板、１１．２１・・・・基板の主
面、１２．２２・・・・絶縁構造体、１３゜１４　、２
３　、２４・・・−下側極板、１５．１６，２５　。 ２６・・φ・上側極板、１８．１９，２８．２９・・・
・終端領域、３０・・・・金属相互接続部分。 特許出願人　　ハネウェル・インコーボレーテッド復代
理人　山　用政樹　（ほか２名） Ｆｉｇ、　３Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変換されるべき入力電圧に応じて充電される少くとも１
   つのコンデンサを含む、デジタル・アナログまたはアナ
   ログ・デジタル変換用の変換回路であつて、 第１の主面を有し、選択された部分を除いて第１の導電
   形の半導体物質のボデーと、 おのおのが導電体であつて、互いに電気的に分離されて
   おり、前記第１の主面に比較的近く配置された第１の表
   面近極板と第２の表面近極板を含む複数の表面近極板と
   、 おのおのが導電体であつて、互いに電気的に分離されて
   おり、前記複数の表面近極板と前記第１の主面の距離よ
   り比較的遠く配置された第１の表面遠極板と第２の表面
   遠極板を含む、前記半導体物質のボデーの外側の複数の
   表面遠極板と、おのおの電気絶縁体として機能する第１
   の絶縁層部分と第２の絶縁層部分を含み、前記第１の絶
   縁層部分は前記第１の表面近極板を前記第１の表面遠極
   板から分離し、前記第１の表面近極板と前記第１の表面
   遠極板は前記第１の絶縁層部分の両側において互いに向
   き合い、前記第２の絶縁層部分は前記第２の表面近極板
   を前記第２の表面遠極板から分離し、前記第２の表面近
   極板と前記第２の表面遠極板は前記第２の絶縁層部分の
   両側において互いに向き合う、一対の絶縁層部分と、電
   気的相互接続ネットワークにして、その少くとも一部が
   前記第１の表面近極板を前記第２の表面遠極板へ電気的
   に接続して、前記コンデンサの第１の終端領域として機
   能し、前記電気的相互接続ネットワークの他の部分が前
   記第２の表面近極板を前記第１の表面遠極板へ電気的に
   接続して、前記の第２の終端領域として機能する、電気
   的相互接続ネットワークとを備え、 前記入力電圧は前記第１の終端領域に選択的に印加され
   、基準電圧が前記第２の終端領域に選択的に印加される
   ことを特徴とする変換回路。