JPH0936306A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPH0936306A
JPH0936306A JP20136495A JP20136495A JPH0936306A JP H0936306 A JPH0936306 A JP H0936306A JP 20136495 A JP20136495 A JP 20136495A JP 20136495 A JP20136495 A JP 20136495A JP H0936306 A JPH0936306 A JP H0936306A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely control a junction capacitance inside an LSI, by forming a circuit which performs the comparing with a reference capacitor of high absolute precision which is connected with the outside of a semiconductor integrated circuit, and applies a control voltage to a control terminal of an internal capacitor. SOLUTION: An input terminal V1 is connected with a switch SW1, passes a reference capacitor Cr, outputted from a switch SW2, inputted in the minus terminal of an operational amplifire E1, connected with a switch SW3, passes an irnternal capacitor Cs, and connected with the output of the operational amplifier E1 from a switch SW4. The output is connected with the minus terminal of an operational amplifier E2, whose output is fed back to the control terminal of the internal capacitor Cs via a high resistance R. By controlling the capacitance value of the internal capacitor Cs, the dispersion of the internal capacitance which is caused by the manufacturing process or the like can be restrained in a circuital manner, so that the internal capacitor Cs of high absolute precision can be easily obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内部容量を備える半
導体集積回路に関し、特に内部容量に絶対精度が要求さ
れる半導体集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having an internal capacitance, and more particularly to a semiconductor integrated circuit in which the internal capacitance requires absolute accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体基板内または半導体基板上
に形成される容量素子に絶対精度を必要とする場合は、
レイアウト上で容量素子を形成する電極面積、すなわち
上下部電極と容量絶縁膜との接触面積にばらつきが生じ
ないような工夫がなされている。これは、一般に容量値
Cは次式で示すように、面積S及び誘電体膜厚Toxに依
存するためである。 C=(S/Tox)(ε0 ・ε)〔F〕 ここで、ε0 は真空の誘電率8.854E−12〔F/
m〕、εは誘電体の比誘電率である。
2. Description of the Related Art Conventionally, when absolute accuracy is required for a capacitance element formed in or on a semiconductor substrate,
The layout is designed so that there is no variation in the electrode area for forming the capacitive element, that is, the contact area between the upper and lower electrodes and the capacitive insulating film on the layout. This is because the capacitance value C generally depends on the area S and the dielectric film thickness Tox as shown by the following equation. C = (S / Tox) (ε 0 · ε) [F] where ε 0 is the dielectric constant of vacuum 8.854E-12 [F /
m], ε is the relative dielectric constant of the dielectric.

【0003】このような接触面積のばらつき対策として
は、半導体基板上に容量素子を形成するMIM(Met
al Insulator Metal)容量、または
MIS(Metal Insulator Silco
n)容量の場合には、両側または片側電極を多結晶シリ
コン等で形成するための多結晶シリコンのエッチング精
度を上げる等の処置がなされている。例えば、多結晶シ
リコンのオーバーエッチを防ぐためには電極周辺にダミ
ーパターンを設け、エッチングガスの過剰な回り込みを
防ぐ等の処置が取られている。
As a countermeasure against such a variation in the contact area, an MIM (Met) in which a capacitive element is formed on a semiconductor substrate is used.
al Insulator Metal) or MIS (Metal Insulator Silco)
n) In the case of the capacitance, measures such as increasing the etching accuracy of polycrystalline silicon for forming both side or one side electrodes of polycrystalline silicon or the like are taken. For example, in order to prevent polycrystalline silicon from being over-etched, measures have been taken such as providing a dummy pattern around an electrode to prevent excessive sneak of an etching gas.

【0004】また、半導体基板内に容量素子を形成する
PN接合容量の場合には、拡散層を電極としているため
に前記した対策はとることができず、したがって拡散層
を形成するためのマスク材としてのレジスト膜等の加工
精度を上げたり、不純物濃度や押し込み量のばらつきを
防ぐための濃度、温度、時間等を調整している。しかし
ながら、何れの場合も製造上でのばらつき防止には著し
い効果は期待できない。
In the case of a PN junction capacitor for forming a capacitive element in a semiconductor substrate, the above measures cannot be taken because the diffusion layer is used as an electrode. Therefore, a mask material for forming the diffusion layer is required. The concentration, temperature, time, etc. are adjusted to increase the processing accuracy of the resist film and the like, and to prevent variations in the impurity concentration and indentation amount. However, in any case, a remarkable effect cannot be expected in preventing variation in manufacturing.

【0005】このため、近年では、素子のPN接合を利
用した接合容量に対しては、接合容量に制御電極を設
け、この制御電極に外部より電圧を印加することで容量
値を制御する構成が提案されている。図7はその一例を
示しており、図7(a)はPN接合容量の断面図であ
る。P型シリコン基板1内にN型拡散層400が形成さ
れて接合容量が形成され、さらにN型拡散層400内に
はP型拡散層300が形成されて制御電極が形成されて
いる。図7(b)及び(c)は、その等価回路であり、
ダイオードに高抵抗R100を接続した回路であり、ダ
イオードのカソード側を信号端子TA100と電圧制御
端子TC100としている。
For this reason, in recent years, for a junction capacitance utilizing a PN junction of an element, a control electrode is provided on the junction capacitance, and a capacitance value is controlled by externally applying a voltage to the control electrode. Proposed. FIG. 7 shows an example, and FIG. 7A is a sectional view of a PN junction capacitor. An N-type diffusion layer 400 is formed in the P-type silicon substrate 1 to form a junction capacitance, and a P-type diffusion layer 300 is formed in the N-type diffusion layer 400 to form a control electrode. FIGS. 7 (b) and 7 (c) are equivalent circuits thereof,
This is a circuit in which a high resistance R100 is connected to a diode, and the cathode side of the diode is a signal terminal TA100 and a voltage control terminal TC100.

【0006】このような接合容量では、信号端子TA1
00とグランド間のPN接合容量Cd100は電圧制御
端子TC100に印加する電圧でコントロールできる。
したがって、このコントロール電圧をLSIの外部から
印加することで、ばらついた容量に補正を加え、接合容
量の精度を高めている。なお、必要に応じては素子形成
後、特性を測定し、トリミングを行い、必要な容量値を
得ることもある。
With such a junction capacitance, the signal terminal TA1
The PN junction capacitance Cd100 between 00 and the ground can be controlled by the voltage applied to the voltage control terminal TC100.
Therefore, by applying this control voltage from outside the LSI, the variation in capacitance is corrected, and the accuracy of the junction capacitance is increased. If necessary, after forming the element, characteristics may be measured and trimming may be performed to obtain a required capacitance value.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような、制御端子
に印加する電圧を制御することで容量の精度を高めるこ
とが可能であるが、LSI外部から制御用の電圧を印加
しているため、LSI外部に印加電圧用の回路を構成す
る必要があり、LSI全体の構成が複雑になる。また、
接合容量にも製造上のばらつきが存在するため、このば
らつきに対してもLSI外部から対応しなければなら
ず、そのための電圧制御が複雑で、かつ高精度に制御す
ることが難しいという問題もある。本発明は、LSI内
部に制御電圧を印加するための回路を内蔵し、LSI内
部において接合容量を高精度に制御することを可能にし
た半導体集積回路を提供することにある。
By controlling the voltage applied to the control terminal as described above, it is possible to improve the accuracy of the capacitance. However, since the control voltage is applied from outside the LSI, It is necessary to configure a circuit for the applied voltage outside the LSI, which complicates the configuration of the entire LSI. Also,
Since there is also a manufacturing variation in the junction capacitance, it is necessary to cope with this variation from outside the LSI, and there is a problem that the voltage control therefor is complicated and it is difficult to control it with high accuracy. . An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit in which a circuit for applying a control voltage is built in an LSI, and in which the junction capacitance can be controlled with high precision inside the LSI.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
は、電圧制御型の可変容量素子からなる内部容量の容量
制御に際し、半導体集積回路の外部に接続された絶対精
度の高いリファレンス容量との比較を行い、内部容量の
特性をリファレンス容量の特性に近かづけるための制御
電圧を内部容量の制御端子に印加する回路を備えてい
る。
According to the semiconductor integrated circuit of the present invention, when controlling the capacitance of an internal capacitance composed of a voltage-controlled variable capacitance element, a semiconductor integrated circuit is connected to a highly accurate reference capacitance connected outside the semiconductor integrated circuit. A circuit is provided for applying a control voltage to the control terminal of the internal capacitance to make a comparison and bring the characteristic of the internal capacitance close to the characteristic of the reference capacitance.

【0009】この回路は、演算増幅器の入力段と帰還部
に容量を有するスイッチトキャパシタ型増幅回路で構成
され、このスイッチトキャパシタ型増幅回路の入力段の
容量と帰還部の容量のうち一方に内部容量を用い、他方
にリファレンス容量を用い、内部容量とリファレンス容
量とで電荷が分割されて得られるスイッチトキャパシタ
型増幅回路の出力を内部容量の制御電圧として用いる構
成とする。
This circuit comprises a switched-capacitor type amplifier circuit having a capacitance in an input stage of an operational amplifier and a feedback portion, and one of the input stage capacitance and the feedback portion capacitance of the switched-capacitor type amplifier circuit has an internal capacitance. And a reference capacitor for the other, and using the output of the switched-capacitor-type amplifier circuit obtained by dividing the charge between the internal capacitor and the reference capacitor as a control voltage for the internal capacitor.

【0010】例えば、入力段にリファレンス容量が接続
され、帰還部に内部容量が接続される第1の演算増幅器
と、この第1の演算増幅器の出力が入力段に接続され、
その出力を高抵抗を介して内部容量の制御端子に接続す
る第2の演算増幅器とを備える構成とする。或いは、入
力段にリファレンス容量が接続され、帰還部に内部容量
が接続される第1の演算増幅器と、この第1の演算増幅
器の出力が入力段に接続され、その出力を容量を介して
内部容量の制御端子に接続する第2の演算増幅器とを備
える構成とする。
For example, a first operational amplifier having a reference capacitance connected to the input stage and an internal capacitance connected to the feedback section, and an output of the first operational amplifier connected to the input stage;
A second operational amplifier that connects the output to the control terminal of the internal capacitance via the high resistance is provided. Alternatively, a first operational amplifier in which a reference capacitance is connected to the input stage and an internal capacitance is connected to the feedback unit, and an output of the first operational amplifier is connected to the input stage, and the output is internally connected via the capacitance. And a second operational amplifier connected to the control terminal of the capacitor.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の一例
について図面を参照して説明する。図1は本発明の半導
体集積回路に形成された接合容量からなる内部容量と、
この内部容量の容量値を高精度に制御するためのリファ
レンス回路の回路図である。この回路では、内部容量C
sの制御端子に印加する電圧を、LSIに外付けするリ
ファレンス容量Crを利用してLSIの内部で高精度に
制御することを可能としたものである。
Next, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an internal capacitance including a junction capacitance formed in a semiconductor integrated circuit of the present invention;
FIG. 3 is a circuit diagram of a reference circuit for controlling the capacitance value of the internal capacitance with high accuracy. In this circuit, the internal capacitance C
This makes it possible to control the voltage applied to the control terminal s with high accuracy inside the LSI by using a reference capacitor Cr externally attached to the LSI.

【0012】図2は内部容量Csのデバイス構造の模式
的断面図であり、npn型バイポーラトランジスタ構成
として形成されている。図2(a)に示すようにP型シ
リコン基板1内に、拡散及びイオン注入によりN型のコ
レクタ2が形成され、コレクタ2内には同様に拡散又は
イオン注入によりP型のベースからなる下部電極3が形
成される。このベースの濃度はトランジスタの構成上、
1E18a/cm3 程度とされている。さらに、ベース
領域内に拡散及びイオン注入によりN型のエミッタから
なる制御電極4が形成される。このエミッタの濃度もや
はりトランジスタの構成上1E19a/cm3 程度にさ
れている。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the device structure of the internal capacitance Cs, which is formed as an npn-type bipolar transistor. As shown in FIG. 2A, an N-type collector 2 is formed in a P-type silicon substrate 1 by diffusion and ion implantation, and a lower portion composed of a P-type base is similarly formed in the collector 2 by diffusion or ion implantation. The electrode 3 is formed. The concentration of this base is
It is about 1E18a / cm 3 . Further, a control electrode 4 composed of an N-type emitter is formed in the base region by diffusion and ion implantation. The concentration of this emitter is also set to about 1E19a / cm 3 due to the structure of the transistor.

【0013】そして、この縦型バイポーラトランジスタ
構造の上面には厚さ15nmのシリコン酸化膜5が形成
されており、エミッタからなる制御電極4の拡散層上の
シリコン酸化膜5上には多結晶シリコンからなる上部電
極6が設けられている。前記各下部電極2,制御電極
4,上部電極6にはそれぞれ層間絶縁膜8を介してアル
ミニウム配線7にて各回路に接続されている。いま、各
電極端子をそれぞれ、下部電極3を端子TA,制御電極
4を端子TB,上部電極6を端子TCとした時、図2
(a)を等価回路に置換えると図2(b)及び(c)の
ようになり、端子TA〜TC間の容量は端子TBの制御
電圧で変化できる構成とされる。
A 15 nm-thick silicon oxide film 5 is formed on the upper surface of the vertical bipolar transistor structure, and polycrystalline silicon is formed on the silicon oxide film 5 on the diffusion layer of the control electrode 4 composed of an emitter. Is provided. The lower electrode 2, the control electrode 4, and the upper electrode 6 are connected to respective circuits via aluminum wirings 7 via interlayer insulating films 8, respectively. When the lower electrode 3 is a terminal TA, the control electrode 4 is a terminal TB, and the upper electrode 6 is a terminal TC, FIG.
If FIG. 2A is replaced with an equivalent circuit, the circuit becomes as shown in FIGS. 2B and 2C, and the capacitance between the terminals TA to TC can be changed by the control voltage of the terminal TB.

【0014】そして、この実施形態においては、前記内
部容量Csは、LSI内部で5PFに設計され±15%
程度のばらつきを持った容量として構成されている。一
方、前記リファレンス容量Crは、容量値が5PFでば
らつき±1%程度の非常に精度の高いチップコンデンサ
として構成される。そして、図1のように、前記リファ
レンス容量Crの入力と出力にはそれぞれスイッチSW
1,SW2が接続されており、これらのスイッチSW
1,SW2はそれぞれリファレンス容量の入力端と出力
端を入力端子V1,演算増幅器E1とアナロググランド
VAGに切り替える構成とされている。また、内部容量C
sも同様に入力と出力にそれぞれスイッチSW3,SW
4が接続されており、それぞれのスイッチSW3,SW
4は内部容量の入力端と出力端を演算増幅器E1,E2
とアナロググランドVAGに切り替える構成とされてい
る。
In this embodiment, the internal capacitance Cs is designed to be 5 PF inside the LSI and is ± 15%
It is configured as a capacitor having a degree of variation. On the other hand, the reference capacitor Cr is configured as an extremely accurate chip capacitor having a capacitance value of 5 PF and a variation of about ± 1%. As shown in FIG. 1, a switch SW is connected to the input and output of the reference capacitor Cr, respectively.
1 and SW2 are connected, and these switches SW
Reference numerals 1 and 2 switch the input terminal and the output terminal of the reference capacitor to the input terminal V1, the operational amplifier E1, and the analog ground VAG, respectively. Also, the internal capacitance C
Similarly, switches SW3 and SW are provided for input and output, respectively.
4 are connected, and the respective switches SW3, SW
Reference numeral 4 denotes an operational amplifier E1, E2
And an analog ground VAG.

【0015】そして、入力端子V1はスイッチSW1に
接続され、リファレンス容量Crを通りスイッチSW2
から出力され、演算増幅器E1のマイナス端子に入力さ
れると共にスイッチSW3に接続され、内部容量Csを
通り、スイッチSW4から演算増幅器E1の出力に接続
される。さらに、この出力は演算増幅器E2のマイナス
端子に接続され、その出力は高抵抗Rを介して内部容量
Csの前記した制御端子にフィードバックする回路構成
となっている。この高抵抗Rは10KΩ程度とし、内部
容量Csの制御端子から信号が漏れないための高抵抗で
あり、リファレンス回路はDCで構成されているため特
に必要はないが、他回路での使用時はAC信号を扱うた
め必要となる。また、内部容量Csや他回路で使用して
いる容量の両端と、制御端子につながる演算増幅器E2
の出力との間で十分アイソレーションがとれる構造にな
っている場合は高抵抗Rは不要である。ここで、演算増
幅器E1のプラス端子はアナロググランドVAGに接続さ
れ、演算増幅器E2のプラス端子は本回路の入力端子V
1に接続されている。また、同様に同一チップ内で同一
構造の他回路で使用している容量C01,C02の制御端子
にも、演算増幅器E2の出力を印加することにより、極
めてばらつきの少ない容量としている。
The input terminal V1 is connected to the switch SW1 and passes through the reference capacitor Cr to switch SW2.
, Is input to the minus terminal of the operational amplifier E1, is connected to the switch SW3, passes through the internal capacitance Cs, and is connected from the switch SW4 to the output of the operational amplifier E1. Further, this output is connected to the minus terminal of the operational amplifier E2, and the output is fed back to the control terminal of the internal capacitance Cs via the high resistance R. This high resistance R is about 10 KΩ, and is a high resistance for preventing a signal from leaking from the control terminal of the internal capacitance Cs. The reference circuit is not particularly necessary because it is constituted by DC. It is necessary to handle AC signals. The operational amplifier E2 connected to both ends of the internal capacitance Cs and the capacitance used in other circuits and the control terminal.
The high resistance R is unnecessary when the structure is such that a sufficient isolation can be obtained between the output and the output. Here, the plus terminal of the operational amplifier E1 is connected to the analog ground VAG, and the plus terminal of the operational amplifier E2 is the input terminal V of this circuit.
1 connected. Similarly, the output of the operational amplifier E2 is applied to the control terminals of the capacitors C 01 and C 02 used in other circuits of the same structure in the same chip, thereby making the capacitance extremely small.

【0016】なお、図3は図1のスイッチSW1〜SW
4の構成を示した図であり、ここでは、図3(b)に示
すように、図3(a)のスイッチをMOSのトランスフ
ァーゲートとして構成したものである。このトランスフ
ァーゲートのゲート入力信号を図3(c)のように制御
することで、スイッチSW1〜SW4をそれぞれ切り替
え動作させることができる。そして、この実施形態で
は、前記スイッチSW1〜SW4は接点とに連動し
て切り替え動作されるように構成されている。
FIG. 3 shows the switches SW1 to SW of FIG.
4 is a diagram showing the configuration of FIG. 4, in which the switch of FIG. 3A is configured as a MOS transfer gate, as shown in FIG. 3B. By controlling the gate input signal of the transfer gate as shown in FIG. 3C, the switches SW1 to SW4 can be switched. In this embodiment, the switches SW1 to SW4 are configured to perform a switching operation in conjunction with a contact.

【0017】以上の構成のリファレンス回路による内部
容量Csの容量制御の動作を説明する。前記した内部容
量Csは、図2(c)に示すように、制御電極4と下部
電極3のPN接合容量Cdと、制御電極4と上部電極6
のMIM容量Cmが直列接続されている容量である。こ
こでは、PN接合容量Cdの面積(制御電極4と下部電
極3のPN接合面積)を100×50μm2 □として、
15PFのPN接合容量をデバイス的に構成し(制御用
電極からのバイアスは0V)、MIM容量Cmの面積
(上部電極6とシリコン酸化膜5の接合面積)を100
×45μm2 □として、制御電極4と上部電極6に10
PFのMIM容量を構成している。
The operation of controlling the capacitance of the internal capacitance Cs by the reference circuit having the above configuration will be described. As shown in FIG. 2C, the internal capacitance Cs includes the PN junction capacitance Cd of the control electrode 4 and the lower electrode 3, the control electrode 4 and the upper electrode 6
Are CIM capacitors Cm connected in series. Here, assuming that the area of the PN junction capacitance Cd (the PN junction area of the control electrode 4 and the lower electrode 3) is 100 × 50 μm 2 □,
A PN junction capacitance of 15 PF is configured as a device (bias from the control electrode is 0 V), and the area of the MIM capacitance Cm (junction area between the upper electrode 6 and the silicon oxide film 5) is 100.
× 45 μm 2 □, the control electrode 4 and the upper electrode 6
This constitutes the MIM capacity of the PF.

【0018】PN接合容量Cdはデバイス構造的には1
5PFで構成されているが、回路使用時は10PFとし
て使用する。このPN接合容量Cdの特性を図4に示す
が、制御電圧0V時は15PF、5V時は6PFと可変
できる。いま、制御電圧1.2Vでは10PFとなり、
トータルでの内部容量CsはPN接合容量CdとMIM
容量Cmとの合成容量で5PFとなる。
The PN junction capacitance Cd is 1 in device structure.
Although it is composed of 5PF, it is used as 10PF when the circuit is used. The characteristics of the PN junction capacitance Cd are shown in FIG. 4, and can be changed to 15 PF at a control voltage of 0 V and to 6 PF at a control voltage of 5 V. Now, at a control voltage of 1.2 V, it becomes 10 PF,
The total internal capacitance Cs is the PN junction capacitance Cd and the MIM
The combined capacitance with the capacitance Cm is 5 PF.

【0019】次に、全体の電気的動作について説明す
る。図1に示した回路は、電源電圧5V,アナロググラ
ンド電圧VAGは2.5V,入力電圧3Vで各スイッチは
及びで連動する構成をしている。ここでスイッチが
の状態を考えてみると、リファレンス容量Crには入
力電圧3VとVAG=2.5Vの電圧差0.5Vが充電さ
れ、内部容量Csは両端の電圧がVAG1=2.5Vのた
め充電されない。次に、スイッチをの状態にしてみる
と、リファレンス容量Crは0.5V分の電荷を演算増
幅器E1のマイナス端子に放電するが、演算増幅器E1
のプラス端子はVAG=2.5Vに固定されているために
イマジナリーショートのマイナス端子には電荷は逃げ
ず、内部容量Csに行き、演算増幅器E1の出力に入
る。
Next, the overall electrical operation will be described. The circuit shown in FIG. 1 has a configuration in which the power supply voltage is 5 V, the analog ground voltage VAG is 2.5 V, and the input voltage is 3 V. Considering the state of the switch, the reference capacitor Cr is charged with a voltage difference of 0.5 V between the input voltage of 3 V and VAG = 2.5 V, and the internal capacitor Cs has a voltage between both ends of VAG1 = 2.5 V. Is not charged. Next, when the switch is set to the state, the reference capacitor Cr discharges a charge of 0.5 V to the minus terminal of the operational amplifier E1, but the operational amplifier E1
Since the plus terminal is fixed at VAG = 2.5 V, the charge does not escape to the minus terminal of the imaginary short circuit, goes to the internal capacitance Cs, and enters the output of the operational amplifier E1.

【0020】このようなループを組むことにより演算増
幅器E1の出力は次式で表される。 E1out =(Cr/Cs)(V1−VAG)+VAG 〔V〕 …(1) 但し、正相の場合(本回路はスイッチ構成を正相にして
いる) 上式より、リファレンス容量Crは5PFで構成され、
PN接合容量15PFとMIM容量10PFの合成容量
である内部容量Csは6PFで構成されているため、演
算増幅器E1の出力は2.92Vとなる。
By forming such a loop, the output of the operational amplifier E1 is expressed by the following equation. E1out = (Cr / Cs) (V1-VAG) + VAG [V] (1) However, in the case of positive phase (this circuit has a positive phase switch configuration) From the above equation, the reference capacitance Cr is composed of 5PF. And
Since the internal capacitance Cs, which is a combined capacitance of the PN junction capacitance 15PF and the MIM capacitance 10PF, is composed of 6PF, the output of the operational amplifier E1 is 2.92V.

【0021】ここで、演算増幅器E2のマイナス端子に
演算増幅器E1の出力を入力すると、演算増幅器E2の
プラス端子には入力3Vが印加されているため、演算増
幅器E2出力は図4より約1.2Vになり、デバイス設
計上15PFに設計されたPN接合容量Cdを10PF
に下げ直列に接続されたMIM容量Cmとの合成容量を
5PFとして安定させる。
Here, when the output of the operational amplifier E1 is input to the minus terminal of the operational amplifier E2, since the input 3V is applied to the plus terminal of the operational amplifier E2, the output of the operational amplifier E2 is about 1. 2V, and the PN junction capacitance Cd designed to be 15 PF in device design is 10 PF.
And the combined capacitance with the MIM capacitor Cm connected in series is stabilized at 5 PF.

【0022】ここで、内部容量Csが製造上等のばらつ
きにより±15%ばらついた時に本発明回路がリファレ
ンス容量Crと同等(±1%)のばらつきに収まること
を説明する。内部容量CsはPN接合容量CdとMIM
容量Cmから構成されているため、内部容量Csのばら
つきは最悪の場合にはPN接合容量CdとMIM容量C
mが同じ方向でばらつくことが考えられる。表1はPN
接合容量Cd及びMIM容量Cmがばらついた時のPN
接合容量Cdの補正値を示した表である。
Here, it will be described that the circuit of the present invention falls within the same variation (± 1%) as the reference capacitance Cr when the internal capacitance Cs varies by ± 15% due to manufacturing variations. The internal capacitance Cs is equal to the PN junction capacitance Cd and the MIM.
Since the internal capacitance Cs is composed of the capacitance Cm, the worst case variation in the internal capacitance Cs is caused by the PN junction capacitance Cd and the MIM capacitance C.
It is conceivable that m varies in the same direction. Table 1 shows PN
PN when junction capacitance Cd and MIM capacitance Cm vary
9 is a table showing correction values of the junction capacitance Cd.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】(1)PN接合容量CdとMIM容量Cm
が共にプラス15%ばらついた時(内部容量Csが最も
大きくなった時) 表1に示すようにPN接合容量Cdはデバイス設計上1
5PFから17.25PFにばらつき、MIM容量Cm
は10PFから11.5PFにばらつくと内部容量Cs
は6.9PFになる。すると、式(1)より演算増幅器
E1の出力は2.86Vとなり、演算増幅器E2のマイ
ナス端子へ入力される。しかし、演算増幅器E2のプラ
ス端子は3V固定のため、−140mVの電位差が生
じ、負帰還のかかった演算増幅器E2の出力は演算増幅
器E2のマイナス端子を3Vにするように動作し、内部
容量Csを10PFにする。つまり、演算増幅器E2の
出力である制御電極4の電圧が図4より2.9Vになる
ことでPN接合容量Cdの容量を8.8PFにし、トー
タルとして内部容量Csを5PF(11.5//8.8
=5PF)に安定させる。
(1) PN junction capacitance Cd and MIM capacitance Cm
Are varied by plus 15% (when the internal capacitance Cs is maximized). As shown in Table 1, the PN junction capacitance Cd is 1
Variation from 5PF to 17.25PF, MIM capacity Cm
Varies from 10 PF to 11.5 PF and the internal capacitance Cs
Becomes 6.9 PF. Then, the output of the operational amplifier E1 becomes 2.86 V from the equation (1), and is input to the minus terminal of the operational amplifier E2. However, since the plus terminal of the operational amplifier E2 is fixed at 3 V, a potential difference of -140 mV is generated, and the output of the operational amplifier E2 to which negative feedback is applied operates so that the minus terminal of the operational amplifier E2 is 3 V, and the internal capacitance Cs To 10 PF. That is, when the voltage of the control electrode 4 which is the output of the operational amplifier E2 becomes 2.9 V in FIG. 4, the capacitance of the PN junction capacitance Cd is 8.8 PF, and the internal capacitance Cs is 5 PF (11.5 // 8.8
= 5PF).

【0025】(2)PN接合容量CdとMIM容量Cm
が共にマイナス15%ばらついた時(内部容量Csが最
も小さくなった時) 表1に示すようにPN接合容量Cdはデバイス設計上1
5PFから12.75PFにばらつき、MIM容量Cm
は10PFから 8.5PFにばらつくと内部容量Cs
は5.1PFになる。すると、式(1)より演算増幅器
E1出力は2.99Vとなり、演算増幅器E2のマイナ
ス端子へ入力される。しかし、演算増幅器E2のプラス
端子は3V固定のため、−10mVの電位差が生じ、負
帰還のかかった演算増幅器E2の出力は演算増幅器E2
のマイナス端子を3Vにするように動作し、内部容量C
sを10PFにする。つまり、演算増幅器E2の出力で
ある制御電極4の電圧が図4より0.1Vになることで
PN接合容量Cdの容量を12PFにし、トータルとし
て内部容量Csを5PF(8.5//12=5PF)に
安定させる。
(2) PN junction capacitance Cd and MIM capacitance Cm
Are both minus 15% (when the internal capacitance Cs becomes the smallest). As shown in Table 1, the PN junction capacitance Cd is 1
Variation from 5PF to 12.75PF, MIM capacity Cm
Is the internal capacitance Cs when it varies from 10PF to 8.5PF.
Becomes 5.1 PF. Then, the output of the operational amplifier E1 becomes 2.99 V from the equation (1) and is input to the minus terminal of the operational amplifier E2. However, since the plus terminal of the operational amplifier E2 is fixed at 3 V, a potential difference of -10 mV is generated, and the output of the operational amplifier E2 to which the negative feedback is applied becomes the operational amplifier E2.
Of the internal capacitance C
s is set to 10 PF. That is, the voltage of the control electrode 4, which is the output of the operational amplifier E2, becomes 0.1 V as shown in FIG. 4 so that the capacitance of the PN junction capacitance Cd is 12 PF, and the total internal capacitance Cs is 5 PF (8.5 // 12 = 5PF).

【0026】このように、半導体集積回路の内部容量の
製造ばらつきを外部に設けた絶対精度の高いリファレン
ス容量と比較することにより外部の容量と同等のばらつ
きに抑えることができる。
As described above, by comparing the manufacturing variation of the internal capacitance of the semiconductor integrated circuit with the externally provided reference capacitor having high absolute accuracy, it is possible to suppress the variation to the same level as the external capacitance.

【0027】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図5(a)は内部容量Csの変形例を示して
おり、トレンチ9により分離された通常のnpnバイポ
ーラトランジスタのN型エミッタからなる上部電極41
とP型ベースからなる下部電極31のダイオードからな
るPN接合容量を2個利用し、かつこのPN接合容量を
2個直列に接続したものである。また、前記PN接合容
量はトレンチ9で分離されており、かつ、それぞれの上
部電極41からコンタクトをとった端子をTB10,T
B11とし、下部電極31からコンタクトをとった端子
をTA10,TA11とする。この、等価回路は図5
(b)及び(c)のようになり、それぞれのPN接合容
量をCd10,Cd11とする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A shows a modification of the internal capacitance Cs. The upper electrode 41 is composed of an N-type emitter of a normal npn bipolar transistor separated by a trench 9.
And two PN junction capacitances composed of diodes of the lower electrode 31 composed of a P-type base and two PN junction capacitances connected in series. Further, the PN junction capacitance is separated by the trench 9, and terminals contacted from the respective upper electrodes 41 are connected to TB 10, T
B11, and terminals contacted from the lower electrode 31 are TA10 and TA11. This equivalent circuit is shown in FIG.
(B) and (c), and the respective PN junction capacitances are Cd10 and Cd11.

【0028】このPN接合容量からなる内部容量Csを
使用した回路図を図6に示す。各PN接合容量Cd10
及びCd11の両端にスイッチSW10,SW11,S
W15,SW16を設ける。また、図1の高抵抗Rの代
わりに容量CR を用いており、この容量CR の両端にも
スイッチSW13,SW14を設けている。この容量C
R はLSI内部で作られる通常の容量で構成され、容量
値は実使用時の周波数により異なるが、小さい値で構成
され、両端のスイッチのオン、オフで演算増幅器E2の
出力電圧を伝えている。また、前記PN接合容量Cd1
0,Cd11の接続点と容量CR のスイッチSW13と
の間にスイッチSW12を設けている。その他の回路動
作は図1の回路と同じであるので省略する。
FIG. 6 shows a circuit diagram using the internal capacitance Cs composed of the PN junction capacitance. Each PN junction capacitance Cd10
And switches SW10, SW11, S at both ends of Cd11.
W15 and SW16 are provided. Further, a capacitor CR is used instead of the high resistance R in FIG. 1, and switches SW13 and SW14 are provided at both ends of the capacitor CR. This capacity C
R is composed of a normal capacitance formed inside the LSI, and the capacitance value varies depending on the frequency in actual use, but is composed of a small value, and the output voltage of the operational amplifier E2 is transmitted when the switches at both ends are turned on and off. . Also, the PN junction capacitance Cd1
A switch SW12 is provided between the connection point of 0 and Cd11 and the switch SW13 of the capacitance CR. Other circuit operations are the same as those of the circuit of FIG.

【0029】この実施形態においても、PN接合容量C
d10,Cd11で構成される内部容量Csの製造ばら
つきを外部に設けた絶対精度の高いリファレンス容量C
rと比較することで外部の容量と同等のばらつきに抑え
ることができる。また、図1の回路では内部容量Csと
高抵抗Rにて高帯域フィルタを構成してしまうため、低
い周波数及び直流成分は多少漏れていたが、この図6の
回路では高抵抗に代えて容量とスイッチを用いること
で、高帯域フィルタは構成されるもののその容量値を小
さくできるため、高抵抗Rに比べ小さい面積でしかも直
流成分をカットできる利点がある。
Also in this embodiment, the PN junction capacitance C
The reference capacitance C having high absolute accuracy provided with the manufacturing variation of the internal capacitance Cs constituted by d10 and Cd11 provided outside.
By comparing with r, the variation can be suppressed to the same level as the external capacitance. Also, in the circuit of FIG. 1, a low-frequency and DC component leaked to some extent because the internal capacitance Cs and the high resistance R constituted a high-band filter, but in the circuit of FIG. By using the switch and the switch, although the high-pass filter is formed, the capacitance value can be reduced, so that there is an advantage that the DC component can be cut with a smaller area than the high resistance R.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体集積
回路は、非常に精度の良いリファレンス容量を外付け
し、半導体集積回路の内部に設けた内部容量に対しスイ
ッチトキャパシタ回路等を用いてフィードバックをかけ
ることで、内部容量の容量値を制御することにより、内
部容量の製造工程等によるばらつきを回路的に抑えるこ
とができる。これにより、内部容量の容量値の制御を半
導体集積回路の外部から行う必要がなくなり、外付け回
路の規模を縮小でき、かつ絶対精度の内部容量を容易に
得ることが可能となる。また、これにより、回路設計で
のマージンととる必要がなくなり、例えば、バイアス回
路の設計上低消費電力化の実現、フィルタのカットオフ
周波数のマージン等に効果がある。
As described above, in the semiconductor integrated circuit of the present invention, a very accurate reference capacitance is externally provided, and the internal capacitance provided inside the semiconductor integrated circuit is fed back using a switched capacitor circuit or the like. By controlling the capacitance value of the internal capacitance by applying the above, variation in the internal capacitance due to a manufacturing process or the like can be suppressed in a circuit. Accordingly, it is not necessary to control the capacitance value of the internal capacitance from outside the semiconductor integrated circuit, so that the scale of the external circuit can be reduced, and the internal capacitance with absolute accuracy can be easily obtained. This eliminates the necessity of taking a margin in circuit design, and is effective in, for example, realizing low power consumption in designing a bias circuit, a margin of a cutoff frequency of a filter, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体集積回路の実施形態1の回路図
である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a semiconductor integrated circuit of the present invention.

【図2】実施形態1の内部容量の断面図とその等価回路
図である。
FIG. 2 is a sectional view of an internal capacitor according to the first embodiment and an equivalent circuit diagram thereof.

【図3】スイッチの回路図とその駆動信号波形図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram of a switch and a drive signal waveform diagram thereof.

【図4】内部容量における電圧−容量特性図である。FIG. 4 is a voltage-capacity characteristic diagram of an internal capacitance.

【図5】本発明の実施形態2の断面図とその等価回路図
である。
FIG. 5 is a sectional view of an embodiment 2 of the present invention and an equivalent circuit diagram thereof.

【図6】実施形態2の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a second embodiment.

【図7】従来技術の内部容量の断面図とその等価回路図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an internal capacitance of a conventional technique and its equivalent circuit diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Cs 内部容量 Cr リファレンス容量 E1,E2 演算増幅器 SW1〜SW4 スイッチ R 高抵抗 Cs Internal capacitance Cr Reference capacitance E1, E2 Operational amplifier SW1 to SW4 Switch R High resistance

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体集積回路内に形成され、容量値を
可変制御するための制御端子を備えた電圧制御型可変容
量素子からなる内部容量を備える半導体集積回路におい
て、半導体集積回路の外部に接続された絶対精度の高い
リファレンス容量との比較を行い、前記内部容量の特性
を前記リファレンス容量の特性に近かづけるための制御
電圧を前記内部容量の制御端子に印加する回路を備える
ことを特徴とする半導体集積回路。
1. A semiconductor integrated circuit having an internal capacitance formed of a voltage-controlled variable capacitance element formed in a semiconductor integrated circuit and having a control terminal for variably controlling a capacitance value, the semiconductor integrated circuit being connected to the outside of the semiconductor integrated circuit. And a circuit for applying a control voltage to the control terminal of the internal capacitance to make the characteristic of the internal capacitance close to the characteristic of the reference capacitance. Semiconductor integrated circuit.
【請求項2】 内部容量は半導体基板に形成される縦型
バイポーラトランジスタ構造のベースとエミッタからな
るPN接合容量と、エミッタ上に形成される絶縁膜及び
上部電極を含む誘電体容量とを直列接続した構成とさ
れ、前記エミッタを制御電極としてなる請求項1の半導
体集積回路。
2. The internal capacitance is formed by serially connecting a PN junction capacitance composed of a base and an emitter of a vertical bipolar transistor structure formed on a semiconductor substrate, and a dielectric capacitance including an insulating film and an upper electrode formed on the emitter. 2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the emitter is a control electrode.
【請求項3】 内部容量は半導体基板に形成される縦型
バイポーラトランジスタ構造のベースとエミッタからな
るPN接合容量を直列接続した構成とされ、前記エミッ
タを制御電極としてなる請求項1の半導体集積回路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the internal capacitance has a structure in which a PN junction capacitance comprising a base and an emitter of a vertical bipolar transistor structure formed on a semiconductor substrate is connected in series, and the emitter serves as a control electrode. .
【請求項4】 演算増幅器の入力段と帰還部に容量を有
するスイッチトキャパシタ型増幅回路で構成され、前記
スイッチトキャパシタ型増幅回路の入力段の容量と帰還
部の容量のうち一方に前記内部容量を用い、他方に前記
リファレンス容量を用い、前記内部容量とリファレンス
容量とで電荷が分割されて得られる前記スイッチトキャ
パシタ型増幅回路の出力を前記内部容量の制御電圧とし
て用いる請求項1ないし3のいずれかの半導体集積回
路。
4. An input stage of an operational amplifier and a switched capacitor type amplifier circuit having a capacitance in a feedback section, wherein one of the input stage capacitance and the feedback section capacitance of the switched capacitor type amplifier circuit has the internal capacitance. 4. An output of the switched-capacitor type amplifier circuit obtained by using the reference capacitor as the other and using the internal capacitor and the reference capacitor to divide electric charge, as a control voltage of the internal capacitor. Semiconductor integrated circuit.
【請求項5】 入力段にリファレンス容量が接続され、
帰還部に内部容量が接続される第1の演算増幅器と、こ
の第1の演算増幅器の出力が入力段に接続され、その出
力を高抵抗を介して内部容量の制御端子に接続する第2
の演算増幅器とを備える請求項4の半導体集積回路。
5. A reference capacitor is connected to the input stage,
A first operational amplifier having an internal capacitance connected to the feedback section, and a second operational amplifier having an output connected to the input stage and having an output connected to a control terminal of the internal capacitance via a high resistance.
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, further comprising: an operational amplifier.
【請求項6】 入力段にリファレンス容量が接続され、
帰還部に内部容量が接続される第1の演算増幅器と、こ
の第1の演算増幅器の出力が入力段に接続され、その出
力を容量を介して内部容量の制御端子に接続する第2の
演算増幅器とを備える請求項4の半導体集積回路。
6. A reference capacitor is connected to an input stage,
A first operational amplifier having an internal capacitance connected to the feedback section, and a second operational amplifier having an output connected to the input stage and connecting the output to a control terminal of the internal capacitance via the capacitance. 5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, further comprising an amplifier.
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