TW201608639A - 積體ｍｏｓ型變容器及包含其之電壓控制振盪器、濾波器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種積體MOS型變容器，其即使於以共通且唯一之製程條件製作之情形時亦可實現靈活對應各種應用用途而應用之電子設備之期望特性。 並聯連接而構成之各變容器50A~50C係以共通且唯一之製程條件製作之MOS型電容器III，且各變容器50A~50C包含：於作為第1電極之第1導電型半導體基板上介隔電容絕緣膜而形成之作為第2電極之導電體層；及於與上述第1導電型半導體基板之上述導電體層對向之區域鄰近之表面附近形成之第2導電型雜質區域；且於各變容器50A~50C中，於上述第2導電型雜質區域，以施加電壓不同之複數種直流電壓中之任一種之狀態下，對於上述導電體層施加控制電壓，藉而使作為上述第1電極之上述第1導電型半導體基板及作為上述第2電極之上述導電體層之間之電容要素之電容值變化之方式構成。

Description

積體MOS型變容器及包含其之電壓控制振盪器、濾波器
本發明係關於一種積體MOS型變容器及包含其之電壓控制振盪器、濾波器，尤其有效適用於具有複數種特性之變容器及應用其之電子機器且有用。
圖7係顯示專利文獻1所示之具有MOS型電容器之振盪器之電路圖。同圖所示之振盪器係可藉由控制電壓Vc進行振盪頻率之控制之電壓控制振盪器(以下亦稱為VCOII(Voltage Controlled Oscilater))。該種VCOII具有用以連接外部所連接之水晶振盪器110之外部連接端子121、122。再者，具有CMOS變流器123，該CMOS變流器123與連接於該輸入側端子124與輸出側端子125之間之偏壓電阻Rf126一體構成放大電路。電阻Rd127連接於成為VCOII之放大電路之輸出端之輸出側端子125與外部連接端子122之間。又，電容Cd128連接於外部連接端子122，調整用外接附加電容Co115(若無必要則不用)外接連接於設置於其間之Co電容連接端子129。
另一方面，經由切斷直流電壓之電容Cp130，電容Cg131、作為MOS型可變電容元件之變容器50及電阻R1133連接於外部連接端子121，於電阻R1133之另一端施加控制電壓Vc。
此處，以電阻Rd127、水晶振盪器110、電容Cd128、調整用外接附加電容Co115、電容Cg131、變容器50、及電容Cp130形成諧振電 路，上述諧振電路藉由以CMOS變流器123及偏壓電阻Rf126構成之放大電路予以驅動。
又，自上述諧振電路之輸出係自連接於上述放大電路之輸出側之水晶振盪器110之相反側端子所連接之外部連接端子121反饋至上述放大電路之輸入側端子124。
控制電壓Vc係經由電阻R1133施加於變容器50，使變容器50之電容因控制電壓Vc之直流電壓值而變化。
於上述VCOII中，以包含構成上述諧振電路之電容Cd128、調整用外接附加電容Co115、電容Cg131、變容器50及直流切斷電容Cp130之合成電容決定振盪頻率fo。因此，使變容器50之電容因控制電壓Vc之電壓而變化，藉此可將振盪頻率fo控制為任意之值。
專利文獻1揭示之變容器50設法增大電容可變幅度，以增大應用其之VCOII頻率之可變幅度。關於詳細構造將於後敘述，要言之係於例如經由絕緣膜於P-型半導體基板形成閘極電極之MOS型電容器之構造中，與上述P-型半導體基板之上述閘極電極對向之區域鄰近而形成N+型雜質區域，且可經由接點孔施加直流電壓於上述N+型雜質區域。藉由施加直流電壓於上述N+型雜質區域，防止於與上述閘極電極對向之上述P-型半導體基板之區域形成強反轉層而避免可變電容特性之飽和。其結果，藉由施加電壓於上述N+型雜質區域，可增大變容器50之可變電容範圍。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-252480號公報
如上所述，專利文獻1揭示之變容器50可確保較大之可變電容範圍，因此將變容器50應用於VCOII之情形時，可確保較大之可變頻率區域。
然而，即使於可如所特定般之製作變容器50之可變電容特性之情形時，於水晶振盪器110之物理特性(例如，等效電路之電路參數、電極之大小等)不同之情形時，VCOII之頻率特性亦會改變。即，有時VCOII之頻率特性之線性會因水晶振盪器110之特性而改變。於此種情形時，有必要進行對應各應用VOC之分散特性之電容特性之匹配。
另一方面，應用於使頻率在較低頻帶(例如20MHz)變化之VCOII之情形，與應用於使頻率在較高頻帶(例如155MHz)變化之VCOII之情形，由於例如為得到期望之線性之條件不同，故產生難以提供具備自低頻帶至高頻帶之共性之變容二極體之情形。
因此，於先前之VCOII中，為了得到必要之振盪頻率特性，有必要根據應用條件適當變更MOS型電容器之變容器之特性。上述特性之變更有必要將MOS型電容器之變容器之製程條件(例如對於通道之離子注入條件)以低頻帶用及高頻帶用改變且個別製造。上述單獨之製程條件之變更必須進行將製造步驟複雜化之繁瑣之作業，成本亦成為高價。
本發明係鑑於上述先前技術而完成者，目的在於提供一種即使於以共通且唯一之製程條件製作之情形，亦可實現對應於各種應用用途而靈活地應用之電子設備之期望特性之積體MOS型變容器及包含其之電壓控制振盪器、濾波器。
為了達成上述目的，本發明之第1態樣係一種積體MOS型變容器，其特徵在於：其係並聯連接複數個變容器而構成之變容器之集合體，且各變容器係以共通且唯一之製程條件製作之MOS型電容器，且 上述各變容器包含：於作為第1電極之第1導電型半導體基板上介隔電容絕緣膜而形成之作為第2電極之導電體層；及於與上述第1導電型半導體基板之上述導電體層對向之區域鄰近之表面附近形成之第2導電型雜質區域；且於上述各變容器中，於上述第2導電型雜質區域，施加以成為包含上述第1導電型半導體基板及上述第2導電型雜質區域之二極體之反方向電壓、且電壓不同之複數種直流電壓中之任一種之狀態下，對於上述導電體層施加控制電壓，藉而使作為上述第1電極之上述第1導電型半導體基板及作為上述第2電極之上述導電體層之間之電容要素之電容值變化之方式構成。
根據本態樣，由於可將施加於第2導電型雜質區域之直流電壓作為參數，使對於第1電極與第2電極間之控制電壓之電容特性變化，故可利用共通且唯一之製程條件製作之MOS型電容器，容易地形成具有上述直流電壓之種類所對應之複數種類之電容、控制電壓特性之變容器。
該結果，可自由組合具有複數種類之電容、控制電壓特性之變容器，容易且低價地提供具有期望之電容特性之積體MOS型變容器。
本發明之第2態樣係一種積體MOS型變容器，其特徵在於：其係並聯連接複數個變容器而構成之變容器之集合體，且各變容器係以共通且唯一之製程條件製作之MOS型電容器，且上述各變容器包含：於作為第1電極之第1導電型半導體基板上經由電容絕緣層形成之作為第2電極之導電體層；於與上述第1導電型半導體基板之上述導電體層對向之區域鄰近之表面附近形成之第2導電型雜質區域；及以被上述第1導電型半導體基板之上述導電體層完全覆蓋之方式，僅於與上述導電體層對向之區域之表面附近形成之第1導電型之高濃度層；且於上述各變容器中，於上述第2導電型雜質區域，施加以成為包含上述第1導電型半導體基板及上述第2導電型雜質區域之二極體之反方向電壓、 且電壓不同之複數種直流電壓中之任一種之狀態下，對於上述導電體層施加控制電壓，藉而使作為上述第1電極之上述第1導電型半導體基板及作為上述第2電極之上述導電體層之間之電容要素之電容值變化之方式構成。
根據本態樣，由於各變容器具有第1導電型之高濃度層，故可較第1態樣者設為可變電容範圍更大之MOS型變容器。該結果，可使與第1態樣相同之作用、效果更為顯著。
本發明之第3態樣係一種積體MOS型變容器，其係如第1或第2態樣所揭示者，其特徵在於：上述各變容器將被施加相同的上述直流電壓之複數個單位變容器並聯連接而成，藉由適宜變更連接於各單位變容器之佈線，而設為對於上述控制電壓具有任意之電容特性者。
根據本態樣，可將佈線藉由例如開關機構切換，藉此簡單地形成電容特性不同之變容器之組合。
本發明之第4態樣係如第3態樣，其特徵在於：上述佈線之變更係設為藉由選擇性切斷連接於各單位變容器之熔絲，而對於上述控制電壓具有任意之電容特性者。
根據本態樣，可藉由例如以雷射光熔斷熔絲等，而簡單地形成電容特性不同之變容器之組合。
本發明之第5態樣係一種電壓控制振盪器，其特徵在於包含如第1至第4態樣中任一項之積體MOS型變容器作為規定振盪頻率之可變電容元件。
根據本態樣，藉由使用具有不同之電容、控制電壓特性之變容器組合而成之積體MOS型變容器，可容易且確實地實現可變電容元件之振盪頻率特性之最佳化。又，例如因電壓控制振盪器之水晶振盪器之特性不同等原因而調整電容以獲得期望之振盪頻率特性，亦可簡單且確實地實現。
本發明之第6態樣係一種濾波器，其特徵在於包含如第1至第4態樣中任一項之積體MOS型變容器作為規定遮斷頻率之可變電容元件。
根據本態樣，可容易且確實地進行濾波器之遮斷頻率特性之最佳化。
根據本發明，藉由施加於與第1導電型半導體基板之導電體層對向之區域鄰近之表面附近所形成之第2導電型雜質區域之直流電壓，可簡單變更積體MOS型變容器之要素、即以共通且唯一的製程條件形成之各變容器之特性。該結果，可藉由適宜組合上述直流電壓不同之複數種變容器，以低價之成本容易地製造具有任意電容特性之積體MOS型變容器。
因此，亦可容易且適當地進行組合該積體MOS型變容器之電子設備之特性、例如VCO之振盪頻率之調整。
50‧‧‧變容器
50A‧‧‧變容器
50B‧‧‧變容器
50C‧‧‧變容器
50A1‧‧‧單位變容器
50B1‧‧‧單位變容器
50C1‧‧‧單位變容器
51‧‧‧P-型半導体基板
52‧‧‧N+型雜質區域
53‧‧‧閘極電極
54‧‧‧絕緣層
54a‧‧‧接觸孔
55‧‧‧空乏層
57‧‧‧P+型層
60‧‧‧變容器
110‧‧‧水晶振盪器
115‧‧‧附加電容Co
121‧‧‧外部連接端子
122‧‧‧外部連接端子
123‧‧‧CMOS變流器
124‧‧‧放大電路輸入側端子
125‧‧‧輸出側端子
126‧‧‧偏壓電阻Rf
127‧‧‧電阻Rd
128‧‧‧電容Cd
129‧‧‧Co電容連接端子
130‧‧‧電容Cp
131‧‧‧電容Cg
133‧‧‧電阻R1
F‧‧‧熔絲
fo‧‧‧振動頻率
Vc‧‧‧控制電壓
V1‧‧‧直流電壓
VCO‧‧‧電壓控制振盪器
I‧‧‧積體MOS型變容器
III‧‧‧積體MOS型變容器
圖1係顯示組入本發明之實施形態之積體MOS型變容器之VCO之電路圖。
圖2係顯示構成本形態之變容器之MOS型電容器之構造之示意性剖面圖。
圖3係將變容器之電容值C與控制電壓Vc之關係以直流電壓V1作為參數而顯示之特性圖。
圖4係顯示作為單位變容器之組合體之變容二極體之類型其他之連接例之電路圖。
圖5係顯示對於本形態之VCOI之控制電壓Vc之振盪頻率fo之特性之特性圖。
圖6係顯示構成其他形態之變容器之MOS型電容器之構造之示意性剖面圖。
圖7係顯示組入如先前技術(專利文獻1)所示之MOS型電容器之VCOII之電路圖。
以下，基於圖式詳細說明本發明之實施形態。
圖1係顯示組入本發明之實施形態之積體MOS型變容器III之VCOI之電路圖。如同圖所示般，於本形態中，不僅積體MOS型變容器III之部分、及外部連接端子121，且於外部連接端子122中除了連接切斷直流電壓之電容Cp130之點外，其他構成亦與圖7所示之VCOII相同。因此，於與圖7同一部分標註同一序號，且省略重複之說明。
如圖1所示般，於積體MOS型變容器III中，並聯連接之複數個(本形態中為3個)變容器50A、50B、50C，於圖中分成左右對稱各3組合計6個作成連接。該等變容器50A、50B、50C係以共通且唯一之製程條件製作，於各變容器50A、50B、50C之N+型雜質區域(之後詳述)施加有3種直流電壓(於後詳述)之任一者，將被施加之直流電壓作為參數，使其具有不同之3種電容、控制電壓特性。若以電容．控制電壓特性區分，則為第1類型係變容器50A(以下，亦稱為第1類型)、第2類型係變容器50B(以下，亦稱為第2類型)、第3類型係變容器50C(以下，亦稱為第3類型)。
圖2係顯示構成上述3種變容器50A、50B、50C(由於變容器50A~50C係以共通且唯一之製程條件製作之相同構成之元件，故將該等一併標記為變容器50)之MOS型電容器之構造之示意性剖面圖。如同圖所示般，於P-型半導体基板51上，介隔絕緣層54而設置以構成MOS型電容器之多晶矽形成之閘極電極53。又，與P-型半導体基板51之閘極電極53對向之區域鄰近形成有N+型雜質區域52。於與絕緣層54之N+型雜質區域52對向之區域形成有接觸孔54a，可於N+型雜質區域52施加直流電壓V。
於變容器50中，N+型雜質區域52以上述方式鄰近設置於與閘極電極53對向之區域，於該N+型雜質區域52施加成為包含P-型半導体基板51與N+型雜質區域52之二極體之反方向電壓之直流電壓V1。藉此，聚集於基板表面之少數載子係於反向偏壓之N+型雜質區域52吸收，難以成為強反轉狀態。即，利用反向偏壓之N+型雜質區域52，相對於施加於閘極電極53之電壓之增加，可不使空乏層之厚度飽和而生長。其結果，可取得較大之電容值C之可變幅度。又，變容器50之電容值C係絕緣層54之電容之Co與空乏層55之電容值之串聯合成電容。因此，合成電容值隨著施加於閘極電極53之控制電壓Vc之增大而減少。
圖3係將變容器50之電容值C與控制電壓Vc之關係，以直流電壓V1作為參數而顯示之特性圖。圖中分別顯示以下情形：虛線為直流電壓V1=GND電位，一點鏈線為V1=1.0[V]，二點鏈線為V1=1.65[V]，實線為V1=3.3[V]。若參照同圖，則可知隨著直流電壓V1增大，電容值C飽和之控制電壓Vc增大，可變電容區域相應擴大。
本形態之變容器50之第1~第3類型之各變容器50A~50C係分別作為複數個單位變容器50A1、50B1、50C1之集合體而構成。即，如圖4所示，於被施加相同直流電壓V1之每個組群，並聯連接有分別為複數個構成第1~第3之各類型之單位變容器50A1、50B1、50C1。由於本例係第1組群之直流電壓V1為3.3[V]、第2組群之直流電壓V1為1.65[V]、第3組群之直流電壓V1為1.0[V]之情形，故各單位變容器50A1、50B1、50C1如圖3所示具有任一電容值、控制電壓特性。又，單位變容器50A1、50B1、50C1藉由選擇性切斷連接於到達各元件的佈線之中途之熔絲F，可構成具有任意特性之任意合成電容值之MOS型電容器。
另、各種直流電壓V1可藉由電源電壓Vcc及以適當的分壓電阻將該電源電壓Vcc分壓而適宜獲得。此時，當然可利用穩定地輸出較電源電壓Vcc更正確之電壓值之電源電路之基準電壓Vref及將其分壓之電壓。利用基準電壓Vref之情形時，由於直流電壓V1穩定，故可使單位變容器50A1、50B1、50C1之特性穩定，故而更佳。
另一方面，VCOI之振盪頻率係如圖5所示，隨著控制電壓Vc增大、即隨著電容值C減小而振盪頻率fo增高，於應用具有較大的可變電容範圍之本形態之變容器50之情形時，不僅可設置為具有相應較大之振盪頻率範圍之VCOI，即使於因適宜組合直流電壓V1之值不同之複數種類之變容器50而產生VCOI之水晶振盪器110等之特性之波動等，亦可例如特性C所示般獲得確保期望之線性之振盪頻率特性。特性C係對於第1類型相對增加第2及第3類型之數量者，特性D係藉由進而增加第3類型而得到之特性。特性A係例如以第1類型形成全部者，特性B係以第2或第3類型形成一部分者。
於一般使用之VCOI中，控制電壓Vc係單極性，使用例如0V~+3V或+4V之電壓，不使用負電壓。因此，為要較大取得該正電壓範圍中電容之可變幅度，只要增大控制電壓0V時之電容即可。若要增大該電容，藉由於P-型半導体基板51之表面附近注入離子等之機構，製作較濃之P型層，只要設置可將閘極電極53為0V以下之空乏層之厚度控制為較薄即可。即，如圖6所示，藉由於與變容器60之閘極電極53對向之區域設置P+型層57，可將閘極電極53為0V以下之空乏層之厚度控制為較薄，而增大控制電壓Vc為0V時之電容。如為上述變容器60，更能較變容器50取得較大的電容值C之可變幅度。即，根據本形態，由於變容器60具有第1導電型之高濃度層，故可設置較第1實施形態者之可變電容範圍更廣之MOS型變容器。其結果，可進而使與第1實施形態相同之作用、效果設置變得顯著。
以上，於上述實施形態之說明中，已對在P-基板上形成本發明之MOS型電容器之情形進行說明，但亦可於P阱上製作上述MOS型電容器，又，當然可藉由於N基板或N阱上形成與上述實施例相反之雜質區域，製作具有相反之電氣極性之MOS型電容器。
又，於上述實施形態中顯示於VCO應用積體MOS型變容器III之情形，但是並非局限於此者。例如，亦可應用於規定遮斷頻率之可變電容元件與濾波器。於該情形時，可容易且確實地進行濾波器之遮斷頻率特性之最佳化。
[產業上之可利用性]
本發明可於有關利用可變電容之電子設備之製造．販賣之產業領域中有效利用。
50A‧‧‧變容器
50B‧‧‧變容器
50C‧‧‧變容器
110‧‧‧水晶振盪器
121‧‧‧外部連接端子
122‧‧‧外部連接端子
123‧‧‧CMOS變流器
124‧‧‧放大電路輸入側端子
125‧‧‧輸出側端子
126‧‧‧偏壓電阻Rf
127‧‧‧電阻Rd
130‧‧‧電容Cp
133‧‧‧電阻R1
Vc‧‧‧控制電壓
I‧‧‧積體MOS型變容器
III‧‧‧積體MOS型變容器

Claims (8)

  1. 一種積體MOS型變容器，其特徵在於：其係並聯連接複數個變容器而構成之變容器之集合體，且各變容器係以共通且唯一之製程條件製作之MOS型電容器，且上述各變容器包含：於作為第1電極之第1導電型半導體基板上介隔電容絕緣膜而形成之作為第2電極之導電體層；及於與上述第1導電型半導體基板之上述導電體層對向之區域鄰近之表面附近形成之第2導電型雜質區域；且於上述各變容器中，於上述第2導電型雜質區域，施加以成為包含上述第1導電型半導體基板及上述第2導電型雜質區域之二極體之反方向電壓、且電壓不同之複數種直流電壓中之任一種之狀態下，對於上述導電體層施加控制電壓，藉而使作為上述第1電極之上述第1導電型半導體基板及作為上述第2電極之上述導電體層之間之電容要素之電容值變化之方式構成。
  2. 一種積體MOS型變容器，其特徵在於：其係並聯連接複數個變容器而構成之變容器之集合體，且各變容器係以共通且唯一之製程條件製作之MOS型電容器，且上述各變容器包含：於作為第1電極之第1導電型半導體基板上介隔電容絕緣膜形成之作為第2電極之導電體層；於與上述第1導電型半導體基板之上述導電體層對向之區域鄰近之表面附近形成之第2導電型雜質區域；及以被上述第1導電型半導體基板之上述導電體層完全覆蓋之方式，僅於與上述導電體層對向之區域之表面附近形成之第1導電型之高濃度層；且 於上述各變容器中，於上述第2導電型雜質區域，施加以成為包含上述第1導電型半導體基板及上述第2導電型雜質區域之二極體之反方向電壓、且電壓不同之複數種直流電壓中之任一種之狀態下，對於上述導電體層施加控制電壓，藉而使作為上述第1電極之上述第1導電型半導體基板及作為上述第2電極之上述導電體層之間之電容要素之電容值變化之方式構成。
  3. 如請求項1之積體MOS型變容器，其中上述各變容器將被施加相同的上述直流電壓之複數個單位變容器並聯連接而成，藉由適宜變更連接於各單位變容器之佈線，而設為對於上述控制電壓具有任意之電容特性者。
  4. 如請求項2之積體MOS型變容器，其中上述各變容器將被施加相同的上述直流電壓之複數個單位變容器並聯連接而成，藉由適宜變更連接於各單位變容器之佈線，而設為對於上述控制電壓具有任意之電容特性者。
  5. 如請求項3之積體MOS型變容器，其中上述佈線之變更係設為藉由選擇性切斷連接於各單位變容器之熔絲，而對於上述控制電壓具有任意之電容特性者。
  6. 如請求項4之積體MOS型變容器，其中上述佈線之變更係設為藉由選擇性切斷連接於各單位變容器之熔絲，而對於上述控制電壓具有任意之電容特性者。
  7. 一種電壓控制振盪器，其特徵在於包含如請求項1至6中任一項之積體MOS型變容器作為規定振盪頻率之可變電容元件。
  8. 一種濾波器，其特徵在於包含如請求項1至6中任一項之積體MOS型變容器作為規定遮斷頻率之可變電容元件。
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