JPH05235289A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

Info

Publication number
JPH05235289A
JPH05235289A JP4031786A JP3178692A JPH05235289A JP H05235289 A JPH05235289 A JP H05235289A JP 4031786 A JP4031786 A JP 4031786A JP 3178692 A JP3178692 A JP 3178692A JP H05235289 A JPH05235289 A JP H05235289A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit device
mos
capacitor
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.)
Withdrawn
Application number
JP4031786A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Kuboki
茂雄 久保木
Takehiro Ota
武廣 太田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP4031786A priority Critical patent/JPH05235289A/ja
Publication of JPH05235289A publication Critical patent/JPH05235289A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】低電圧振幅レベルにおいても電圧による変動が
少なく、高精度のMOS構造容量を提供する。 【構成】通常のゲート電極10,ゲート酸化膜11,ソ
ースまたはドレイン電極14からなるMOS容量におい
て、ゲート酸化膜下シリコン表面近くを常時全入力電圧
範囲に渡って反転層が形成されるようにVthを制御す
る。チョッパ形コンパレータの入力容量への応用では、
|Vth|>Vcc/2となるように制御する。上記シリコ
ン表面近くを蓄積状態に設定するようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置(以
後、LSIと略する)に関し、特にチョッパ形コンパレ
ータやA/D変換器に適用するに好適な、全入力電圧範
囲において容量値の変動が小さいMOS容量の構成に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIにおいては、容量素子とし
てMOS構造容量が小型化,プロセス簡易化の観点から
広く使われている。該MOS構造容量(以後、MOS容
量と略する)は、ゲート電極とシリコン表面間の容量を
利用するもので、文献(「CMOS集積回路」武石,金山
監訳 p98〜104 近代科学社)に詳述されてい
る。
【0003】MOS容量の断面図を図2に示す。MOS
容量はゲート電極を構成するポリシリコン層10,ゲー
ト酸化膜(SiO2 )11,ソース,ドレイン電極を形
成するP+ 拡散層14,NWELL層12、それにNW
ELL電極を形成するN+ 拡散層15,P型基板13か
ら成る。なお、16はコンパレータを構成する初段イン
バータ、17は同CMOSスイッチであり、詳細は後述
する。本MOS容量は論理シンボルで書くと図4のよう
に表される。MC1はPMOS容量を、MC2はNMO
S容量を示す。なお、以後、前出の物と同等、あるいは
同一物については同一符号にて示すものとする。
【0004】しかし、MOS容量は電圧依存性を持つ。
図3にPチャンネルMOS(PMOSと略する)容量の容量
値CG 対ゲート電圧VGS依存性を示す。表面近くのシリ
コンの電気的性質は、蓄積,空乏,反転状態に分けられ
る。各状態は、表面における可動電荷密度が半導体内部
の電荷密度と比較して大きい,小さい,逆のタイプかに
よってそれぞれ上記状態と呼ばれる。図3から分かるよ
うに、容量特性にはへこみが見られる。VGSが正の所で
はシリコン表面は蓄積状態にあり、CG は酸化膜の容量
OXに等しくなる。VGSが負になるとゲート領域下に空
乏層が形成され初めCG は減少し始める。
【0005】VGSがしきい値電圧に達すると反転層が形
成され始め空乏層の伸びは止まる。へこみピーク点での
G はCOXと空乏層容量値Cd の直列接続で与えられ
る。
【0006】
【数1】
【0007】反転層に隣接するソース(またはドレイ
ン)のP型領域が反転層と電気的につながるためCG
OXに戻る。
【0008】通常の設計では電圧によらずCG =COX
して容量値のへこみを無視する(信号変化の両端が通常
このへこみの外側にあるため)。しかし、近年低消費電
力化,小型軽量化のニーズに伴い、LSIの電源電圧レ
ベルが通常の5Vから2V程度の低電圧域で動作するこ
とが要求されるようになってきた。
【0009】以上の説明から明らかなように、低電圧域
では従来のMOS容量は電圧依存性が大きいため、入力
電圧を出力側に正確に伝えられない。このため、チョッ
パ形コンパレータやA/D変換器への応用などではオフ
セット誤差,線形誤差を増大させ、性能劣化を招く問題
があった。
【0010】図5は該MOS容量を使ったコンパレータ
からなる逐次比較型A/D変換器の線形誤差対VIN電圧
依存性(実測)を示したものである。最大アナログ電圧A
CCの2/3の電圧選択点で大略,線形誤差が最大値を
取ることがわかる。同図にはゲート,ソース電極間電圧
GS,VGS−Vthp(Vthp:PMOSのしきい値電圧)に
対するMOS容量値の変動も示すが、空乏層形成領域
(へこみ)の所がMOS容量値が最小値を取り、線形誤
差を悪化させていることが分かる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の問題点に鑑み、低電圧振幅レベルにおいても
電圧による変動が少なく、精度の良いMOS構造容量を
実現することである。本MOS構造容量は、一般のアナ
ログ回路装置特にチョッパ形コンパレータ,高精度A/
D変換器に適用できる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明では図2のMOS
構造容量において|VGS|>|Vth|(Vth:MOSの
しきい値電圧)が成立するようにプロセス定数であるV
thを制御し、取扱い電圧範囲内で空乏層形成領域(へこ
み部)が現れないようにした。Vthはイオン打ち込み条
件により制御可能である。これにより反転層形成領域に
常時設定され、容量値の電圧依存性が軽減される。
【0013】
【作用】図2のMOS構造容量の断面図をもとに作用に
ついて説明する。便宜上、チョッパ形コンパレータ(実
施例にて詳述する)への応用を例に取って説明するが、
何もコンパレータに限定されることはなく、他のアナロ
グ回路にも適用できることは明らかである。
【0014】図4(a)のPMOS容量においてVB
バイアス電圧でVINは入力信号電圧である。通常実施例
でも説明するようにVB ≒Vcc/2(Vcc:電源電圧)
に設計され、VINは0〜AVcc(AVcc:アナログ電圧
振幅)の範囲で変化する信号である。通常AVcc=Vcc
と設定する。MOSの反転層が形成されるためには|V
GS|>|Vth|の条件から次式が成立する必要がある。
【0015】
【数2】
【0016】VGSは−AVcc/2〜AVcc/2の範囲で
動くのでワースト条件(VGS=Vcc/2)をかんがえる
と上記条件から
【0017】
【数3】
【0018】この場合のドレイン電流IDS対VGSの関係
を図6(a)に示すが、MOSのしきい値電圧をAVcc
/2より大きく、即ちデプレーション形MOSにすれば
良い。図4(a)と同じ結線モードでNMOS構造容量
の場合の論理シンボル図を図4(b)に示す。この場合
も上記と同様に次式が成立しなければならない。
【0019】Vthn はNMOSのしきい値電圧である。
【0020】
【数4】
【0021】AVcc=2VとすればVthn <−1Vが必
要でNMOSはデプレーション形となる。この時のIDS
対VGSの関係を図6(b)に示す。
【0022】なお、もう一つの結線モード、VINがゲー
ト電極にVB がソースまたはドレイン電極に接続された
MOS構造容量の場合もVthn,Vthpはそれぞれ上記と
同じ条件になる。
【0023】一方、ゲート酸化膜下表面近くを蓄積状態
にしても図3から明らかなように容量値はほぼ一定(≒
OX)となり、高安定度の容量を実現することが出来
る。たとえば、プロセス工程において、ゲート酸化膜,
ポリシリコン層ゲート電極形成後、基板(NWELL)
と同種の不純物イオンを打ち込むことによりゲート酸化
膜下表面を高濃度多数キャリアの状態(蓄積状態)にす
ることができる。
【0024】
【実施例】本発明になるチョッパ形コンパレータの一実
施例を図1に示す。本コンパレータは、入力アナログ電
圧VINと規準電圧VREF を切り換えるCMOSスイッチ
30,31,MOS容量MC1,C1,C2,インバー
タ32〜34,該インバータ群にバイアス電圧を付与す
る自己帰還用CMOSスイッチ35〜37,波形整形用
インバータ38,39,Dタイプラッチ40、それに、
該CMOSスイッチ群のオン,オフを制御する信号を生
成するインバータ41〜45からなる。
【0025】図7のタイムチャートをもとに動作につい
て説明する。基本クロックCLKからノンオーバーラッ
プの2相クロック,サンプリングクロックCKS と比較
クロックCKc を発生する(発生回路は図示せず)。
尚、ワープロの制約上CKS の否定信号をCKS で表
す。他の信号についても同様の規準に従うものとする。
CKS =“0”の時CMOSスイッチ30,35〜37
は、すべてNMOSゲート電極信号=“1”,PMOS
ゲート電極信号=“0”となるのでオン状態となり入力
MOS容量MC1はVB −VINに充電される(サンプリ
ングモード)。この時インバータ32−34はゲインが
最大となるようにバイアス電圧VB に設定される。
【0026】次に比較クロックCKc =“0”(CKS
=“1”)となると(比較モード)、CMOSスイッチ
31がオンとなり規準電圧VREF がMOS容量MC1の
ソース/ドレイン電極に伝達され、入力段信号Vinは次
式で表される。
【0027】
【数5】
【0028】上記ΔVinがインバータ3段32〜34に
よって論理振幅まで増幅され、VREF とVINの大小判定
が実行される。二段目以降の容量C1,C2は、ある程
度動作電圧レベルが上がっており比較的“へこみ”の影
響は小さいので、MOS容量の他に、あるいは線形容量
(二層ポリシリコン間酸化膜容量など)でも良いことは
明らかである。
【0029】第2の実施例は図1において入力MOS容
量MC1を入力電圧選択CMOSスイッチ側をゲート電
極側に、初段インバータ入力側を該MOS容量ソース,
ドレイン電極側に接続して構成される。この動作,作用
については前出と同様であり省略する。
【0030】第3の実施例を図8に示す。本例は前記チ
ョッパ形コンパレータをnビット逐次比較型A/D変換
器に適用した例である。本A/D変換器は等抵抗からな
る抵抗ストリング24,2のn乗個のタップ取り出しぐ
ちをデコードするマトリックススイッチ23,コンパレ
ータ20,制御論理21,A/D変換出力バスあるいは
アドレスバスOUTから構成される。
【0031】チョッパ形コンパレータ20は、入力アナ
ログ電圧VINとマトリックススイッチ23の出力VDA
比較判定し、制御論理21はその判定信号22から次の
タップアドレス信号(逐次比較データ)OUTを生成
し、逐次A/D変換していく。チョッパ形コンパレータ
20は図1の構成と同じである。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、低電圧レベル範囲にお
いて容量値が影響を受けない高品質のMOS容量が構成
出来るので高精度のアナログ回路装置が実現できる効果
がある。特にオフセット誤差の少ない、また線形誤差の
少ないコンパレータやA/D変換器が得られる。
【0033】また、本発明によれば、低電源電圧の用途
のLSIにおいて上記容量が容易に、かつ小型に構成で
きる利点があることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】従来のMOS構造容量を説明する断面図であ
る。
【図3】従来容量の電圧依存性のグラフを示す図であ
る。
【図4】PMOS,NMOS構造容量を表す論理シンボ
ル図である。
【図5】従来例における線形誤差と、容量の電圧依存性
のグラフを示す図である。
【図6】本発明の動作原理および作用を示す特性図であ
る。
【図7】本発明の一実施例を説明するタイムチャート図
である。
【図8】本発明の他の実施例を説明するブロック図であ
る。
【符号の説明】
10…ゲート電極(ポリシリコン)、11…ゲート酸化
膜(SiO2 )、12…NWELL層、13…P形基
板、14…ソース(ドレイン)電極、15…NWELL
電極、20…コンパレータ、21…制御論理、23…マ
トリックススイッチ、24…抵抗ストリング、30,3
1,35〜37…CMOSスイッチ、32〜34,3
8,39…CMOSインバータ、40…Dタイプラッ
チ、MC1,C1,C2…MOS容量、OUT…アドレ
スバス。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゲート電極と、ソースまたはドレイン電極
    間の容量を利用するMOS構造容量を組み込んだ半導体
    集積回路装置において、該MOS容量の全入力電圧範囲
    に渡って該MOS容量が反転層形成領域において使われ
    ることを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】ゲート電極と、ソースまたはドレイン電極
    間の容量を利用するMOS構造容量を組み込んだ半導体
    集積回路装置において、該MOS容量の全入力電圧範囲
    に渡って該MOS容量が蓄積層形成領域において使われ
    ることを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】ゲート電極と、ソースまたはドレイン電極
    間の容量を利用するMOS構造容量を組み込んだ半導体
    集積回路装置において、該MOS容量の全入力電圧範囲
    に渡ってゲート,ソース電極間電圧の絶対値がしきい値
    電圧の絶対値よりも大きくなるように、該MOS容量の
    しきい値電圧を制御してなることを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  4. 【請求項4】MOS構造容量を少なくとも入力側に組み
    込んだチョッパ形コンパレータ回路装置において、アナ
    ログ入力電圧の全域に渡って該MOS容量が反転層形成
    領域または蓄積層形成領域で使われてなることを特徴と
    するチョッパ形コンパレータ回路装置。
  5. 【請求項5】MOS構造容量を少なくとも入力側に組み
    込んだチョッパ形コンパレータ回路装置において、アナ
    ログ入力電圧の全域に渡ってゲート,ソース電極間電圧
    の絶対値がしきい値電圧の絶対値よりも大きくなるよう
    に、該MOS容量のしきい値電圧を制御してなることを
    特徴とするチョッパ形コンパレータ回路装置。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項において、該
    MOS容量がデプレーション形PチャンネルMOS、ま
    たはデプレーション形NチャンネルMOSトランジスタ
    からなることを特徴とする半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】請求項6において、該MOS容量のしきい
    値電圧の絶対値が少なくとも取扱い電圧最大値の1/2
    以上あることを特徴とする半導体集積回路装置。
  8. 【請求項8】請求項1〜8のいずれか1項に記載のMO
    S構造容量、またはチョッパ形コンパレータ回路装置を
    組み込んだことを特徴とするマイクロプロセッサ。
JP4031786A 1992-02-19 1992-02-19 半導体集積回路装置 Withdrawn JPH05235289A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4031786A JPH05235289A (ja) 1992-02-19 1992-02-19 半導体集積回路装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4031786A JPH05235289A (ja) 1992-02-19 1992-02-19 半導体集積回路装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05235289A true JPH05235289A (ja) 1993-09-10

Family

ID=12340745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4031786A Withdrawn JPH05235289A (ja) 1992-02-19 1992-02-19 半導体集積回路装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05235289A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6423588B1 (en) 1999-09-13 2002-07-23 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device
US6911849B2 (en) 2002-05-31 2005-06-28 Oki Electric Industry Co., Ltd. Chopper type comparator having input voltage conversion circuit outputting converted input voltage lower than withstand voltage of inverter
JP2011091437A (ja) * 2011-01-24 2011-05-06 Renesas Electronics Corp 半導体集積回路装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6423588B1 (en) 1999-09-13 2002-07-23 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device
US6433398B1 (en) 1999-09-13 2002-08-13 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device
US6538293B2 (en) 1999-09-13 2003-03-25 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
US6661062B2 (en) 1999-09-13 2003-12-09 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
US6864549B2 (en) 1999-09-13 2005-03-08 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
US6911849B2 (en) 2002-05-31 2005-06-28 Oki Electric Industry Co., Ltd. Chopper type comparator having input voltage conversion circuit outputting converted input voltage lower than withstand voltage of inverter
JP2011091437A (ja) * 2011-01-24 2011-05-06 Renesas Electronics Corp 半導体集積回路装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8368577B2 (en) A/D converter
US5528182A (en) Power-on signal generating circuit operating with low-dissipation current
Liu et al. A106nW 10 b 80 kS/s SAR ADC with duty-cycled reference generation in 65 nm CMOS
US6628554B2 (en) MIS semiconductor device having improved gate insulating film reliability
JP4066211B2 (ja) 電荷転送増幅回路、電圧比較器及びセンスアンプ
JPH0926829A (ja) 内部電源回路
US6060912A (en) High speed strobed comparator circuit having a latch circuit
CN111865320B (zh) 一种低功耗逐次逼近型模数转换器
JPH06162793A (ja) 電圧記憶回路
JP2001127612A (ja) アナログスイッチ及びこれを用いたa/dコンバータ
Kim et al. 10-bit 100-MS/s pipelined ADC using input-swapped opamp sharing and self-calibrated V/I converter
US20040150542A1 (en) Digital-to-analog converter with low skew and glitch
US6407592B2 (en) Sample-and-hold circuit
JP3579980B2 (ja) 温度補償型リング発振器
JPH05235289A (ja) 半導体集積回路装置
US5714894A (en) Current comparator arrangement
US7872913B2 (en) Nonvolatile analog memory
US5036223A (en) Inverter circuit and chopper type comparator circuit using the same
JP2002135086A (ja) 発振器
US7719456B2 (en) Analog error correction for a pipelined charge-domain A/D converter
JPH05206756A (ja) 差動チョッパ型cmos比較器
JP2937592B2 (ja) 基板バイアス発生回路
US7501966B2 (en) Digital-to-analog converter cell
US5815028A (en) Method and apparatus for frequency controlled bias current
CN116781048B (zh) 模拟域自校准高精度比较器及自校准方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees