KR20060075660A - Variable capacitor circuit having serially connected capacitors - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 가변 직렬 커패시터 회로는 입력 노드와 출력 노드 사이에 복수의 커패시터를 직렬로 연결하고 이 커패시터를 입출력 노드 사이에 연결하는 것을 스위칭 트랜지스터로 제어함으로써 입출력 노드 사이의 정전용량을 제어한다. 스위칭 트랜지스터의 턴 온/오프의 제어는 디코더 회로를 통해 이루어진다. 커패시터는 MIM (Metal Insulator Metal) 구조인 것이 바람직하며, 커패시터는 금속막과 유전막이 적층된 구조로 하고, 커패시터의 전극을 형성하는 금속막을 다른 커패시터의 금속막과 공유하도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면 집적회로 소자 내에서 커패시터의 용량을 자유롭게 바꿀 수 있고, 특히 주파수 매칭 장치나 가변 주파수 발진 회로와 같이 사용 도중에 필요에 따라 커패시터의 정전용량을 바꾸어야 하는 경우에도 디코더의 입력 신호를 제어하는 것만으로도 커패시터의 정전용량을 필요에 맞게 쉽게 변경할 수 있으며, 집적회로 내에서 많은 면적을 차지하지 않으면서 커패시터의 용량을 자유롭게 변경하는 것이 가능하고, 적층 높이를 크게 증가시키지 않으면서 가변 직렬 커패시터를 구현할 수 있다.The variable series capacitor circuit according to the present invention controls the capacitance between the input and output nodes by connecting a plurality of capacitors in series between the input node and the output node and controlling the coupling between the capacitors between the input and output nodes with a switching transistor. Control of the turning on / off of the switching transistor is made through the decoder circuit. Preferably, the capacitor has a metal insulator metal (MIM) structure, and the capacitor has a structure in which a metal film and a dielectric film are stacked, and the metal film forming the electrode of the capacitor is preferably shared with the metal film of another capacitor. According to the present invention, the capacitance of a capacitor can be freely changed in an integrated circuit device, and in particular, when the capacitance of the capacitor needs to be changed during use, such as a frequency matching device or a variable frequency oscillation circuit, the input signal of the decoder is controlled. It is easy to change the capacitance of the capacitor to suit your needs, it is possible to freely change the capacitance of the capacitor without taking up a large area in the integrated circuit, and to change the variable series capacitor without significantly increasing the stack height. Can be implemented.
커패시터, 가변 커패시터, MIM (Metal Insulator Metal)Capacitors, Variable Capacitors, Metal Insulator Metal (MIM)
Description
도 1은 종래 MIM (Metal Insulator Metal) 구조로 된 커패시터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a capacitor having a conventional metal insulator metal (MIM) structure.
도 2는 본 발명에 따른 직렬로 연결된 MIM 구조의 커패시터의 단면도.2 is a cross-sectional view of a capacitor of the MIM structure connected in series in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 가변 직렬 커패시터 회로의 구조를 나타내는 회로도.3 is a circuit diagram showing the structure of a variable series capacitor circuit according to the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>
10, 14, 18, 22, 26: 금속막 12, 16, 20, 24: 유전막10, 14, 18, 22, 26:
30: 직렬 커패시터부30: series capacitor
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 커패시터의 용량을 필요에 따라 임의로 조정할 수 있는 가변 직렬 커패시터 회로에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly, to a variable series capacitor circuit capable of arbitrarily adjusting a capacitor's capacity as needed.
IC(집적회로) 소자 내에 집적되는 반도체 커패시터는 CMOS 공정 기술을 이용한 MIM (Metal Insulator Metal) 구조로 만드는 것이 일반적이다. 도 1은 종래 MIM 구조커패시터의 단면도이다. In general, semiconductor capacitors integrated in integrated circuit (IC) devices have a metal insulator metal (MIM) structure using CMOS process technology. 1 is a cross-sectional view of a conventional MIM structure capacitor.
종래 MIM 구조의 커패시터는 도 1에 나타낸 것처럼, 기판(도시하지 않음)에 커패시터의 제1 전극으로 사용되는 금속막(2)을 형성하고 그 위에 유전막(4, 예컨대 산화막)을 올린 다음 이 유전막(4) 위에 커패시터의 제2 전극으로 사용되는 금속막(6)을 형성한다. 커패시터의 전기적 특성인 정전용량(capacitance)은 유전막(4)의 두께(즉, 금속막(4, 6) 사이의 거리)와 유전상수, 금속막(4, 6)의 면적 등과 같은 변수에 따라 결정되는데, 도 1의 종래 커패시터는 이러한 변수들이 모두 고정되어 있기 때문에 커패시터의 용량을 변화시키려면 커패시터의 설계를 이에 맞게 다시 해야 하고 제조 공정도 처음부터 새로 하여야 한다는 단점이 있다. A capacitor of the conventional MIM structure forms a
이러한 문제를 해결하기 위해 여러 용량의 커패시터 복수 개를 집적회로 내에 미리 만들어 둔 다음, 필요한 용량에 따라 퓨즈 절단 등의 방법으로 여러 커패시터를 선택적으로 연결하여 원하는 용량의 커패시터를 사용하는 방법이 있지만 이 경우에도 퓨즈 절단에 의해 한번 정해진 커패시터의 용량을 사용 도중에 바꾸는 것은 불가능하다. 따라서, 주파수 매칭 장치나 가변 주파수 발진기 회로와 같은 곳에 적용하기에는 어려움이 있다.In order to solve this problem, a plurality of capacitors of various capacities are made in advance in an integrated circuit, and then, depending on the required capacitance, a plurality of capacitors are selectively connected by using a fuse cutting method. It is not possible to change the capacity of a capacitor once set by use of the fuse. Therefore, it is difficult to apply in places such as a frequency matching device or a variable frequency oscillator circuit.
따라서 본 발명은 이러한 종래 커패시터의 한계를 극복하고 커패시터의 용량을 사용 도중에 자유롭게 바꿀 수 있도록 한 커패시터 구동 회로를 제공하는 것이다.The present invention therefore provides a capacitor drive circuit that overcomes the limitations of such conventional capacitors and allows the capacity of the capacitors to be changed freely during use.
본 발명의 다른 목적은 집적회로 내에서 면적을 많이 차지하지 아니하고 적층 높이를 증가시키지 아니하면서도 복수의 가변 커패시터를 구현하는 것이다.Another object of the present invention is to implement a plurality of variable capacitors without occupying a large area in the integrated circuit and without increasing the stack height.
본 발명에 따른 가변 직렬 커패시터 회로는 입력 노드와 출력 노드 사이에 복수의 커패시터를 직렬로 연결하고 이 커패시터를 입출력 노드 사이에 연결하는 것을 스위칭 트랜지스터로 제어함으로써 입출력 노드 사이의 정전용량을 제어한다. 스위칭 트랜지스터의 턴 온/오프의 제어는 디코더 회로를 통해 이루어진다. 커패시터는 MIM (Metal Insulator Metal) 구조인 것이 바람직하며, 커패시터는 금속막과 유전막이 적층된 구조로 하고, 제2 커패시터의 하부 전극은 이 제2 커패시터 밑에 적층되는 제1 커패시터의 상부 전극을 공유하도록 하는 것이 바람직하다.The variable series capacitor circuit according to the present invention controls the capacitance between the input and output nodes by connecting a plurality of capacitors in series between the input node and the output node and controlling the coupling between the capacitors between the input and output nodes with a switching transistor. Control of the turning on / off of the switching transistor is made through the decoder circuit. Preferably, the capacitor has a metal insulator metal (MIM) structure, and the capacitor has a structure in which a metal film and a dielectric film are stacked, and the lower electrode of the second capacitor shares the upper electrode of the first capacitor stacked below the second capacitor. It is desirable to.
본 발명의 일구현예에 따른 가변 직렬 커패시터 회로는 (A) 제1 커패시터와 제2 커패시터를 포함하는 복수의 커패시터가 직렬로 연결되어 있는 직렬 커패시터부와, (B) 제1 커패시터와 출력 노드 사이에 연결되는 제1 스위칭 트랜지스터와 제2 커패시터와 출력 노드 사이에 연결되는 제2 스위칭 트랜지스터를 포함하며, 복수의 커패시터가 입력 노드와 출력 노드 사이에 연결되는 것을 제어하는 복수의 스위칭 트랜지스터와, (C) 복수의 스위칭 트랜지스터의 턴 온/오프를 제어하는 디코더를 포함한다. 여기서, 제1 커패시터는 입력 노드와 제1 노드 사이에 연결되고, 제2 커패시터는 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되며, 제1 스위칭 트랜지스터의 게이트는 디코더의 제1 출력 단자와 연결되고, 소스는 제1 노드에 연결되며, 드레인은 출력 노드에 연결되고, 제2 스위칭 트랜지스터의 게이트는 디코더의 제2 출력 단자와 연결되고, 소스는 제2 노드에 연결되며, 드레인은 출력 노드에 연결되어 있으며, 디코더의 출력에 따라 상기 스위칭 트랜지스터의 턴 온/오프가 제어되고 이에 따라 상기 입력 노드와 출력 노드 사이의 정전용량이 변한다.
According to an embodiment of the present invention, a variable series capacitor circuit includes (A) a series capacitor unit in which a plurality of capacitors including a first capacitor and a second capacitor are connected in series, and (B) between the first capacitor and the output node. A plurality of switching transistors including a first switching transistor connected to the second capacitor and a second switching transistor connected between the second capacitor and the output node, the plurality of switching transistors controlling a plurality of capacitors to be connected between the input node and the output node, and (C ) A decoder to control turn on / off of the plurality of switching transistors. Here, the first capacitor is connected between the input node and the first node, the second capacitor is connected between the first node and the second node, the gate of the first switching transistor is connected with the first output terminal of the decoder, The source is connected to the first node, the drain is connected to the output node, the gate of the second switching transistor is connected to the second output terminal of the decoder, the source is connected to the second node, and the drain is connected to the output node. The turn on / off of the switching transistor is controlled according to the output of the decoder, and thus the capacitance between the input node and the output node is changed.
구현예Embodiment
이하 도면을 참조로 본 발명의 구체적인 구현예에 대해 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 커패시터 회로의 부분 단면도이다.2 is a partial cross-sectional view of a capacitor circuit according to the present invention.
기판(도시하지 않음)에 제1 커패시터 C1의 하부 전극으로 사용될 금속을 도포하고 일정한 길이와 폭으로 패턴 형성한다. 이렇게 패턴 형성된 제1 금속막(10) 위에 제1 유전막(12)을 올리고 일정한 길이와 폭으로 패턴 형성한다. 제1 유전막(12) 위에 제1 커패시터 C1의 상부 전극으로 사용될 금속막을 제1 유전막(12)와 동일한 길이와 폭이 되도록 패턴 형성하여 제2 금속막(14)을 형성한다. 이렇게 하여 제1 커패시터 C1이 형성된다.A metal to be used as the lower electrode of the first capacitor C1 is coated on a substrate (not shown), and a pattern is formed in a predetermined length and width. The first
제1 커패시터 C1의 상부 전극 역할을 하는 제2 금속막(14)은 제2 커패시터 C2의 하부 전극 역할도 함께 하는데, 이 제2 금속막(14) 위에 제2 유전막(16)과 제3 금속막(18)을 패턴 형성하여 제2 커패시터 C2를 형성한다. 제2 커패시터 C2에서도 제1 커패시터 C1과 마찬가지로 제2 유전막(16)과 제3 금속막(18)은 그 길이와 폭이 동일하다.The
제3 금속막(18) 위에 제3 유전막(20)과 제4 금속막(22)을 패턴 형성하여 제3 커패시터 C3을 형성하고, 제4 금속막(22) 위에 제4 유전막(24)과 제5 금속막(26)을 패턴 형성하여 제4 커패시터 C4을 형성한다.A third capacitor C3 is formed by patterning the third
이렇게 형성된 제1~제4 커패시터 C1~C4의 금속막(10, 14, 18, 22, 26)을 각각 콘택(노드 A, N1, N2, N3, N4)과 연결하면, 이 커패시터 C1~C4들은 모두 직렬로 연결되는데, 도 2에서 보는 것처럼, 본 발명의 직렬 커패시터는 서로 인접한 다른 커패시터와 하나의 금속막을 공유하기 때문에 4개의 커패시터를 형성하면서도 모두 5개의 금속막만 형성하면 된다. 따라서 커패시터의 적층 높이를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 커패시터를 병렬로 연결하는 경우에 비해 기판 면적을 더 적게 차지함으로써 고집적화에 적합하고, 예컨대 4개의 커패시터를 별도로 형성하고 그 연결을 퓨즈 절단 등의 방법으로 제어하는 종래에 비해 차지하는 면적을 크게 줄일 수 있다.When the
본 발명에 사용되는 금속막으로는 알루미늄, 텅스텐 등을 사용할 수 있고, 유전막으로는 실리콘 산화막(SiO2), ONO막(Oxide-Nitride-Oxide), 질화 산화막(NO: Nitride-Oxide), Ta2O5, Al2O3, BaTiO3, SrTiO
3, Al2O3-HfO2, HfO2 등을 사용할 수 있다. 또한, 유전막과 동일한 길이로 형성된 금속막(14, 18, 22, 26)의 길이와 폭을 조정함으로써 각각의 커패시터의 용량을 조정할 수 있으므로, 커패시터의 용량을 아주 쉽게 조절할 수 있다.Aluminum, tungsten, or the like may be used as the metal film used in the present invention, and as the dielectric film, a silicon oxide film (SiO 2 ), an ONO film (Oxide-Nitride-Oxide), a nitride oxide film (NO: Nitride-Oxide), or Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , Al 2 O 3 -HfO 2 , HfO 2 , and the like can be used. In addition, since the capacitance of each capacitor can be adjusted by adjusting the length and width of the
도 3은 본 발명의 가변 직렬 커패시터 회로 장치의 회로 구성도이다.3 is a circuit diagram of the variable series capacitor circuit device of the present invention.
가변 직렬 커패시터 회로 장치(100)는 4개의 커패시터 C1~C4가 직렬로 연결된 직렬 커패시터부(30)와 복수의 스위칭 트랜지스터 TR1~TR4 및 디코더(40)를 포함한다.The variable series
직렬 커패시터부(30)의 제1 커패시터 C1는 입력 노드 A와 제1 노드 N1 사이에 연결되어 있고 제2 커패시터 C2는 제1 노드 N1와 제2 노드 N2 사이에 연결되어 있으며, 제3 커패시터 C3은 제2 노드 N2와 제3 노드 N3 사이에 연결되어 있고, 제4 커패시터 C4는 제3 노드 N3과 제4 노드 N4 사이에 연결되어 있다. 제1 스위칭 트랜지스터 TR1의 제1 소스/드레인은 제1 노드 N1과 연결되고, 제2 소스/드레인은 출력 노드 B에 연결되어 있으며 게이트는 디코더(40)의 제1 출력 O1에 연결되어 있다. 제2 스위칭 트랜지스터 TR2의 제1 소스/드레인은 제2 노드 N2과 연결되고, 제2 소스/드레인은 출력 노드 B에 연결되어 있으며 게이트는 디코더(40)의 제2 출력 O2에 연결되어 있다. 제3 트랜지스터 TR3의 제1 소스/드레인은 제3 노드 N3과 연결되고, 제2 소스/드레인은 출력 노드 B에 연결되어 있으며 게이트는 디코더(40)의 제3 출력 O3에 연결되어 있다. 제4 트랜지스터 TR4의 제1 소스/드레인은 제4 노드 N4과 연결되고, 제2 소스/드레인은 출력 노드 B에 연결되어 있으며 게이트는 디코더(40)의 제4 출력 O4에 연결되어 있다.The first capacitor C1 of the
따라서, 디코더(40)의 입력 신호 S1, S2에 의해 그 값이 결정되는 디코더 출력 신호 O1~O4를 통해 스위칭 트랜지스터 TR1~TR4의 온/오프를 제어함으로써, 입력 노드 A와 출력 노드 B 사이의 커패시터 용량을 다음과 같이 선택할 수 있다.Therefore, the capacitor between the input node A and the output node B is controlled by controlling the on / off of the switching transistors TR1 to TR4 through the decoder output signals O1 to O4 whose values are determined by the input signals S1 and S2 of the
(1) 입력 신호 S1 = 0이고, 입력 신호 S2=0인 경우(여기서 "0"은 접지 전압, "1"은 예컨대, VDD를 말한다)(1) When the input signal S1 = 0 and the input signal S2 = 0 (where "0" refers to the ground voltage and "1" refers to, for example, VDD)
디코더의 출력 O1은 "1"이고 나머지 출력 O2~O4는 "0"이 되므로, NMOS 트랜지스터 중 제1 스위칭 트랜지스터 TR1만 턴온되고 나머지 제2~제4 스위칭 트랜지스터는 턴오프된다. 따라서, 입력 노드 A과 출력 노드 B 사이에는 제1 커패시터 C1만 연결된 상태로 되고 따라서 정전용량은 C1이 된다. Since the output O1 of the decoder is "1" and the remaining outputs O2 to O4 are "0", only the first switching transistor TR1 of the NMOS transistors is turned on and the remaining second to fourth switching transistors are turned off. Therefore, only the first capacitor C1 is connected between the input node A and the output node B, and thus the capacitance becomes C1.
(2) 입력 신호 S1 = 0이고, 입력 신호 S2=1인 경우(2) When input signal S1 = 0 and input signal S2 = 1
디코더의 출력 O1과 O2은 "1"이고 O3, O4는 "0"이 되므로, NMOS 트랜지스터 중 제1, 제2 스위칭 트랜지스터 TR1, TR2는 턴온되고 제3, 제4 스위칭 트랜지스터는 턴오프된다. 따라서, 입력 노드 A과 출력 노드 B 사이에는 제1 커패시터 C1와 제2 커패시터 C2가 직렬로 연결된 상태로 되고 따라서 용량은 (1/C1 + 1/C2)가 된다.Since the outputs O1 and O2 of the decoder are "1" and O3 and O4 are "0", the first and second switching transistors TR1 and TR2 of the NMOS transistors are turned on and the third and fourth switching transistors are turned off. Therefore, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series between the input node A and the output node B, and thus the capacitance becomes (1 / C1 + 1 / C2).
(3) 입력 신호 S1 = 1이고, 입력 신호 S2=0인 경우(3) When input signal S1 = 1 and input signal S2 = 0
디코더의 출력 O1~O3은 "1"이고 출력 O4는 "0"이 되므로, NMOS 트랜지스터 중 제1~제3 스위칭 트랜지스터 TR1~TR3은 턴온되고 제4 스위칭 트랜지스터 TR4는 턴오프된다. 따라서, 입력 노드 A과 출력 노드 B 사이에는 제1 커패시터 C1와 제2 커패시터 C2, 제3 커패시터 C3가 직렬로 연결된 상태로 되고 따라서 용량은 (1/C1 + 1/C2 + 1/C3)이 된다.Since the outputs O1 to O3 of the decoder are "1" and the output O4 is "0", the first to third switching transistors TR1 to TR3 of the NMOS transistors are turned on and the fourth switching transistor TR4 is turned off. Accordingly, the first capacitor C1, the second capacitor C2, and the third capacitor C3 are connected in series between the input node A and the output node B, and thus the capacitance becomes (1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3). .
(4) 입력 신호 S1 = 1이고, 입력 신호 S2=1인 경우(4) When input signal S1 = 1 and input signal S2 = 1
디코더의 모든 출력 O1~O4는 "1"이 되므로, 제1~제4 스위칭 트랜지스터 TR1~TR4가 모두 턴온된다. 따라서, 입력 노드 A과 출력 노드 B 사이의 용량은 (1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4)가 된다.Since all outputs O1 to O4 of the decoder become "1", all of the first to fourth switching transistors TR1 to TR4 are turned on. Thus, the capacity between the input node A and the output node B becomes (1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + 1 / C4).
이와 같이 본 발명의 커패시터 회로에 따르면, 고정된 용량의 커패시터 C1~C4를 사용하면서도 입력 노드 A와 출력 노드 B 사이의 용량을 다양하게 바꿀 수 있다.As described above, according to the capacitor circuit of the present invention, the capacitance between the input node A and the output node B can be variously changed while using the capacitors C1 to C4 having fixed capacitances.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다. 예를 들어 도면에는 커패시터 4개를 직렬로 연결한 것을 중심으로 설명하였으나, 그 수를 더 늘리거나 줄일 수 있으며, 도 3에서도 입력 노드(노드 A)의 위치를 조정하여 노드 N1~N4 중 어느 하나에 연결되도록 조정하는 것도 가능하다.Although specific embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, this is intended to be easily understood by those skilled in the art and is not intended to limit the technical scope of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is determined by the matters described in the claims, and the embodiments described with reference to the drawings may be modified or modified as much as possible within the technical spirit and scope of the present invention. For example, in the drawings, the four capacitors are connected in series. However, the number of capacitors can be further increased or decreased. In FIG. 3, the position of the input node (node A) is adjusted to adjust any one of the nodes N1 to N4. It is also possible to adjust to connect to.
본 발명에 따르면 집적회로 소자 내에서 커패시터의 용량을 자유롭게 바꿀 수 있고, 특히 주파수 매칭 장치나 가변 주파수 발진 회로와 같이 사용상 필요에 따라 커패시터의 정전용량을 바꾸어야 하는 경우에도 디코더의 입력 신호를 제어하는 것만으로도 커패시터의 정전용량을 필요에 맞게 쉽게 변경할 수 있다.According to the present invention, the capacitance of the capacitor can be freely changed in the integrated circuit device, and in particular, only controlling the input signal of the decoder even when the capacitance of the capacitor needs to be changed as necessary for use, such as a frequency matching device or a variable frequency oscillation circuit. Also, the capacitance of the capacitor can be easily changed to suit the needs.
또한, 본 발명에 따른 가변 직렬 커패시터 회로를 이용하면, 집적회로 내에서 많은 면적을 차지하지 않으면서 커패시터의 용량을 자유롭게 변경하는 것이 가능하다. 또한, 직렬 커패시터를 적층 구조로 할 때 어느 한 커패시터의 전극을 형성하는 금속막을 상부 커패시터의 전극과 공유하도록 함으로서 적층 높이를 크게 증가시키지 않으면서 직렬 커패시터를 구현할 수 있다.In addition, using the variable series capacitor circuit according to the present invention, it is possible to freely change the capacitance of the capacitor without occupying a large area in the integrated circuit. In addition, when the series capacitor is a stacked structure, the series capacitor can be implemented without greatly increasing the stack height by sharing the metal film forming the electrode of one capacitor with the electrode of the upper capacitor.
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2004
- 2004-12-28 KR KR1020040114482A patent/KR20060075660A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |