JPS6224659A - 複合型接合コンデンサ - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、半導体装置に用いられる複合型接合コンデン
サに関し、特に、複合型接合コンデンサの両端の電圧が
変化するようなトランジスタ回路に利用することができ
る複合型接合コンデンサに関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 半導体装置において集積回路を構成するためには、トラ
ンジスタのような能動素子の他に種々の受動素子が必要
とされている。例えばコンデンサもその重要な素子の一
つであり、集積回路に用いられるコンデンサとしては、
例えば薄膜コンデンサあるいは接合コンデンサ等があげ
られる。

ところで、この接合コンデンサは逆バイアス状態におけ
るＰＮ接合の空乏層の厚さと誘電率とで定まる接合容量
を利用したものであり、例えば、　　　′薄膜コンデン
サの一種であるＭＯ８構造のコンデンサが形成される領
域の面積と接合コンデンサが形成される領域の面積とが
同じであれば、接合コンデンサはＭＯ８構造のコンデン
サに比べて８倍程度の容量を得ることができるために、
接合コンデンサを用いるということは高集積化という観
点からは有効である。

しかしながら、接合コンデンサの容量はその構造上両端
に印加される電圧に対して依存性を有し、とくにＰＮ接
合が類バイヤス状態にあるときは容量変化が著しく大き
なものとなる。したがって、接合コンデンサーはその両
端に印加される電圧の極性が大きく変動して、容量変化
が問題となる回路には用いることができないという不具
合が生じることになる。

［発明の目的］ 本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、耐圧を向上するとともに容量電圧依存性を
低減した複合型接合コンデンサを提供することにある。

［発明の概要コ 上記目的を達成するために、本発明は、ベース端子がコ
レクタ端子に接続された初段のＮＰＮ型トランジスタと
、コレクタ端子が前記トランジスタのコレクタ端子に接
続されているとともに前記トランジスタとダーリントン
型に接続された少なくとも１つのＮＰＮ型１−ランジス
タとを有することを要旨とする。

［発明の効果］ 本発明によれば、複数個のＮＰＮ型トランジスタのコレ
クタ端子を共通とし、それぞれダーリントン型に接続し
て、さらに、初段のトランジスタのベース端子を共通の
コレクタ端子に接続して、ＮＰＮ型トランジスタのベー
スとエミッタの接合部、つまりＰＮ接合部の接合容量を
直列に接続したので、接合容量の逆バイアス状態から設
定された順方向電圧までの順バイアス状態において、接
合容量の電圧依存性を低減させるとともに、逆耐圧をも
向上させる複合型接合コンデンサを提供することができ
る。

［発明の実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る複合型接合コンデ
ンサの構造を示寸断面図であり、第２図は第１図のパタ
ーン平面図である。第１図において、１はＰ型の半導体
基板（以下「基板」と呼ぶ。

）であり、この基板１に２つのＮＰＮ型のバイポーラト
ランジスタ（以下「第１ＮＰＮトランジスタ」、「第２
ＮＰＮトランジスタ」と呼ぶ。）３゜５が隣接するよう
に形成されている。

具体的には、基板１上に第１ＮＰＮトランジスタ３及び
第２ＮＰＩｌ−ランジスタ５のコレクタ領域となるＮ型
エピタキシャル層７が形成され、このＮ型エピタキシャ
ル層７と基板１との間にはＮ１型埋込層９が形成されて
いる。このＮ＋埋込層９上のＮ型エピタキシャル層７の
表面には、第１ＮＰＮトランジスタ３のベース領域とな
るＰ＋型拡散領域１１ａ及び第２ＮＰＮトランジスタ５
のベース領域となるＰ＋型拡散領域１１ｂが所定の間隔
をおいてとなり合うように形成されている。

Ｐ＋型拡散領域１１ａの表面には第１ＮＰＮトランジス
タ３のエミッタ領域となるＮ１型拡散領域１３ａが形成
されており、このＮ＋型拡散領域１３ａとＰ＋型拡散領
域１１ａとの接合部にはＰＮ接合が形成されることにな
り、このＰＮ接合の接合容量を利用した接合コンデンサ
１５ａが形成されることになる。また、Ｐ＋型拡散領域
１１ｂの表面には第２ＮＰＮトランジスタ５のエミッタ
領域となるＮ＋型拡散領域１３ｂが形成されており、こ
のＮ１型拡散領域１３ｂとＰ＋型拡散領域１１ｂとの接
合部にもＰＮ接合が形成されることになり、このＰＮ接
合の接合容量を利用した接合コンデンサ１５１）が形成
されることになる。

第１ＮＰＮトランジスタ３及び第２ＮＰＮ１〜ランジス
タ５のコレクタとなるＮ型エピタキシャル層７の表面に
は、このＮ型エピタキシャル層７と第１ＮＰＮトランジ
スタ３及び第２ＮＰＮｔ−ランジスタ５のコレクタ電極
となるアルミ配線２１との接触抵抗を下げるためのＮ＋
拡散ｇＡ１１１７が、Ｐ＋型拡散領域１１ａと所定の間
隔をおいてとなり合うように形成されている。また、Ｎ
型エピタキシャル層７には第１ＮＰＮトランジスタ３及
び第２ＮＰＮトランジスタ５を基板１上に形成されてい
る他の素子と分離するために、この第１ＮＰＮトランジ
スタ３及び第２ＮＰＮトランジスタ５を囲むようにＰ＋
型素子分離領域１９が形成されている。また、珍の部分
は酸化膜２つであり、酸化膜２９が形成されていない領
域にてアルミ配線のコンタクトをとっている。

具体的には、第２図に示す如く、Ｎ＋型の拡散領域１７
とアルミ配線２１とはコンタクト２７ａがとられており
、このアルミ配線１７とＰ１型拡散領ｂＨＪ１１ａとは
コンタクト２７ｂがとられている。また、Ｎ＋型拡散領
域１３ａとアルミ配線２３とはコンタクト２７ｃがとら
れ、このアルミ配線２３とＰ＋型拡散領域１１ｂとはコ
ンタクト２７ｄがとられており、第２ＮＰＮトランジス
タ５のエミッタ電極となるアルミ配線２５とＮ＋型拡散
領域１３ｂとはコンタクト２７ｅがとられている。　す
なわち、第３図に示す如く、第１ＮＰＮトランジスタ３
と第２ＮＰＮトランジスタ５のコレクタは共通となって
おり、この第１ＮＰＮトランジスタ３及び第２トランジ
スタ５のコレクタと第１ＮＰＮトランジスタ３のベース
は接続されており、第１ＮＰＮトランジスタ３のエミッ
タと第２ＮＰＮトランジスタ５のベースは接続されてい
る。

したがって、第１ＮＰＮトランジスタ３のベース・エミ
ッタ間の接合部に形成される接合コンデンサ１５ａと第
２ＮＰＮトランジスタ５のベース・エミッタ間の接合部
に形成される接合コンデンサ１５ｂとは、直列に接続さ
れることになり、この直列に接続された接合コンデンサ
１５ａと接合コンデンサ１５ｂとにより、複合型接合コ
ンデンサＣｊが構成されることになる。そして、それぞ
れの接合コンデンサ１５ａ、１５ｂの容量値は次式によ
り求めることができる。

Ｃ＝Ｇｏ　／　（１−Ｖ／φｏ）ｎ ここで、ＣＯは零バイアス時の容量値、φ０は拡散電位
、■は印加電圧、ｎは接合状態による係数である。さら
に、複合型接合コンデンサＣｊの容量値をＣｊとすると
Ｃｊは次式により表わされる。

Ｃｊ　＝Ｃａ　＠　Ｃｂ　　（Ｃａ　＋（Ｊ　）ここで
、Ｃａは接合コンデンサ１５ａの容量値。

ｃｂは接合コンデンサ１５ｂの容量値である。

また、接合コンデンサ１５ａは第１ＮＰＮトランジスタ
のベース・エミッタ間のＰＮ接合の接合容量を利用して
いるので、接合コンデンサ１５ａは第１ＮＰＮトランジ
スタ３のベース領域をアノードとし、エミッタ領域をカ
ソードとするダイオードとて機能することにもなる。同
様に接合コンデンサ１５ｂも第２ＮＰＮトランジスタ５
のベース領域をアノードとし、エミッタ領域をカソード
とするダイオードとして機能することになる。そして第
１ＮＰＮトランジスタ３のエミッタと第２ＮＰＮトラン
ジスタ５のベースが接続されているために、第４図に示
す如く、それぞれのダイオードは順方向に直列に接続さ
れることになり、それぞれのダイオードの順方向電圧を
ＶＦとすると、接合コンデンサ１５ａと接合コンデンサ
１５ｂとが直列に接続されることにより構成された複合
型接合コンデンサＣｊの順方向電圧は２ＶＦとなる。

したがって、ブレークダウン電圧が２倍になり逆耐圧も
従属接続弁つまり２倍増加することになる。

第５図の（Ａ）は接合コンデンサを単体で用いた場合の
接合コンデンサの両端にかかる印加電圧に対する容量値
の変化の実測値を示したものであり、第５図の（Ｂ）は
接合コンデンサを２個直列に接続した複合型接合コンデ
ンサＣｊの両端にかかる印加電圧に対する容量値の変化
の実測値を示したものである。同図から明らかなように
、接合コンデンサを単体で用いた場合には、その両端に
かかる印加電圧が順バイアス状態になると容量が急激に
増加づるのに対して、接合コンデンサを２個直列に接続
した複合型接合コンデンサＣｊの場合には順方向電圧が
２ＶＦとなるために、印加電圧が逆バイアス状態からＶ
ＦＤ順バイアス状態の範囲における容量の変化、は小さ
くなっていることがわかる。

したがって、容量の変化が問題となるような回路に接合
コンデンサを単体で用いた場合には、逆バイアス状態で
しか使用することができなかったのに対して、複合型接
合コンデンサＣｊを使用した場合には、順方向電圧がＶ
Ｆの順バイアス状態においても使用することが可能とな
る。一方、複合型接合コンデンサＣｊは接合コンデンサ
が２個直列に接続されているので、容量値は単体の接合
コンデンサに比べて半分となるが、単体の接合コンデン
サは同じ面積のＭＯ８型コンデンサに比べて８倍程度の
容量が１ｑられるので、複合型コンデンサにおいても同
じ面積のＭＯ８型コンデンサに比べて２倍程度の容Ｍを
得ることができる。

第６図は本発明の第２の実施例に係る複合型接合コンデ
ンサの構造を示す断面図である。この実施例の特徴とす
るところは、第１の実施例で説明した複合型接合コンデ
ンサＣｊと並列に接続されるようにＭＯ８構造のコンデ
ンサＣＭを形成したことにある。

具体的には、前記第１ＮＰＮトランジスタ３のエミッタ
領域となるＮ＋型拡散領域・１３ａの表面及び、前記第
２ＮＰＮトランジスタ５のエミッタ領域となるＮ＋型拡
散領域１３ｂの表面に形成された酸化膜をそれぞれ２９
ａ、２９ｂとする。そして、酸化膜２゛９ａの上部を覆
うように前記第１ＮＰＮトランジスタ３のベース電極と
なるアルミ配１１２１を延長したアルミ配線２１′を形
成するとともに、酸化膜２９ｂの上部を覆うようにアル
ミ配線３１を形成して、このアルミ配線３１とアルミ配
線２１−を接続する。

このように、Ｎ＋型拡散領域１３ａ及び１３ｂの表面に
それぞれ酸化ｇｉ２９ａ及び２９ｂを形成したことによ
り、酸化膜２９ａ＠ｉ電体とするＭＯＳＭＩＩ造のコン
デンサ及び、酸化膜２９ｂを誘電体とするＭ　ＯＳ　４
ｆ４’／ｈｘのコンデンサが形成されることになり、ア
ルミ配線２１′とアルミ配線３１を接続したことにより
、酸化膜２９ａを誘電体とするＭＯ８構造のコンデンサ
と酸化ｌ１Ｎ２９　ｂを誘電体とするＭＯ８構造のコン
デンサとが並列に接続されることになる。

したがって、この並列に接続されたＭＯ８構造のコンデ
ンサＣＭは第８図に示す如く複合型接合コンデンサＣｊ
に並列に接続されることになり、複合型接合コンデンサ
Ｃｊの特性を変えることなく容量を増加させることがで
きる。なお、第６図において第１図と同符号のものは同
一物を示しその説゛明は省略した。

第７図は本発明の第３の実施例に係る複合型接合コンデ
ンサの構造を示す断面図である。この実施例の特徴とす
るところは、第２の実施例で示した複合型接合コンデン
サにおいてアルミ配線を２層構造とし、この２層配線構
造における第１層アルミ配線２１′、２３．２５．３１
と第２層アルミ配線３３とを絶縁するために、第１層ア
ルミ配線２１′、２３，２５．３１と第２層アルミ配線
３３との間に形成される絶縁膜３５を誘電体とし、前記
複合型接合コンデンサＣｊ及びＭＯ８構造のコンデンサ
ＣＭと並列に接続されるようなコンデンサＣＩを形成し
たことにある。

具体的には、第１層アルミ配線２１′、２３゜２５．３
１の上に絶縁膜３５を形成し、この絶縁１！Ｊ３５の上
に第２層アルミ配線３３を形成して、さらに、この第２
層アルミ配線３３と第１層アルミ配線２５とのコンタク
ト３９をとり、第１層アルミ配１１２５と第２層アルミ
配線とを接続している。

したがって、第８図に示す如（、コンデンサＣＩが前記
複合型コンデンサＣｊ及びＭＯ８構造のコンデンサＣＭ
に並列に接続されることになる。

このような構成とすることにより、ＭＯ８構造のコンデ
ンサの容量値をＣＭとすると、複合型接合コンデンサＣ
ｊにｃｖ＋ｃｒの容量が付加されることになり、総容量
をＣＴとするとＣＴはＣｊ＋ＣＭ＋Ｃｒとなり、第２の
実施例で示したちのよりさらに容量を増加させることが
できる。なお、第７図において、第１図と同符号のもの
は同一物を示しその説明は省略した。

第９図は本発明の第４の実施例を示すものであり、この
実施例は第１の実施例で示した複合型接合コンデンサを
第９図に示す増幅器に適用したものであり、複合型接合
コンデンサは、そのアノード端子がＰＮＰトランジスタ
４５のコレクタ端子に接続されており、そのカソード端
子がＰＮＰトランジスタ４５のベース端子に接続されて
いる。

第９図に示した増幅器はバイアス電源４３のバイアス電
圧ＶＢを電源電圧ＶＣＣの半分として、入力端子ＩＮに
入力信号ＶＩＮを印加することにより利得を（Ｒ＋　＋
Ｒ２）／Ｒ＋　とする出力信号■ＯＵＴを得るものであ
る。このような増幅器においては、出力信号Ｖ　０ＬＩ
Ｔが小振幅の場合にあっては、ＰＮＰトランジスタ４５
のコレ９゛り電圧がベース電圧よりも低いが、出力信号
■０１ｌＴが大振幅の場合にあっては、ＰＮＰトランジ
スタ４５は飽和領域において動作することになり、ＰＮ
Ｐトランジスタ４５のコレクタ電圧は（Ｖｃｃ−ＶＣＥ
　Ｓ　）（但し、ＶＣＥ　Ｓはコレクタ・エミッタ間飽
和電圧であり、通常、０．０５ｖ　〜０．１５ｖ程度で
ある。）まで上昇することになる。

したがって、出力信号ＶＯｕＴが大振幅の場合にあって
は、従来の接合コンデンサを用いるとＰＮＰトランジス
タ４５が飽和領域となる前に接合コンデンサのＰＮ接合
は順バイアス状態となり、容量変化が大きくなり所望の
特性を得ることができなくなるが、順方向電圧の範囲が
広い複合型接合コンデンサを用いることにより所望の特
性を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る複合型接合コンデ
ンサの構造断面図、第２図は第１図のパターン平面図、
第３図は第１図に示した複合型接合コンデンサを形成す
るバイポーラＮＰＮ）−ランジスタの等価回路図、第４
図は第１図に示した複合型接合コンデンサの接続を表わ
す等価回路図、第５図は接合コンデンサ及び複合型接合
コンデンサの印加電圧に対する容量の変化についての実
測値を示寸図、第６図は本発明の第２の実施例に係る複
合型接合コンデンサの構造断面図、第７図は本発明の第
３の実施例に係る複合型接合コンデンサの構造断面図、
第８図は第７図に示した複合型接合コンデンサの等価回
路図、第９図は複合型接合コンデンサを用いた増幅器を
示すものである。 （図の主要な部分を表わす符号の説明）３．５・・・Ｎ
ＰＮ型バイポーラトランジスタ１５ａ、１５ｂ・・・接
合コンデンサ 卯加を毘（Ｖ） 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ベース端子がコレクタ端子に接続された初段のＮＰＮ
   型トランジスタと、コレクタ端子が前記トランジスタの
   コレクタ端子に接続されているとともに前記トランジス
   タとダーリントン型に接続された少なくとも１つのＮＰ
   Ｎ型トランジスタとを有することを特徴とする複合型接
   合コンデンサ。