JP2001267497A - Variable capacity element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、間接補償方式の温
度補償型水晶発振器や、電圧制御型水晶発振器などに搭
載される可変容量素子の構成に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable capacitance element mounted on a temperature-compensated crystal oscillator of an indirect compensation type, a voltage-controlled crystal oscillator, or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】水晶発振器に搭載される可変容量素子
は、可変容量ダイオードやMOS型コンデンサなどが体
表的なものであり、いずれも空乏層幅の電圧依存性を利
用する電圧制御型の可変容量素子である。このうち、M
OS型コンデンサの例を図6に示す。2. Description of the Related Art A variable capacitance element mounted on a crystal oscillator is typically a variable capacitance diode or a MOS type capacitor, and is a voltage control type variable element utilizing the voltage dependence of a depletion layer width. It is a capacitive element. Of these, M
FIG. 6 shows an example of the OS type capacitor.
【0003】図6(a)は、従来技術におけるMOS型
コンデンサの断面の一例を示したものである。図6
(a)に示すように、第1導電形の低濃度拡散層からな
る第1導電形の半導体基板1の表面に、ゲート絶縁膜5
およびゲート電極7を選択的に形成する。FIG. 6A shows an example of a cross section of a conventional MOS capacitor. FIG.
As shown in (a), a gate insulating film 5 is formed on the surface of a first conductivity type semiconductor substrate 1 made of a first conductivity type low concentration diffusion layer.
And the gate electrode 7 is selectively formed.
【0004】そして、第1導電形の半導体基板1のゲー
ト絶縁膜5に隣接する周辺部に、第1導電形の高濃度拡
散領域3を形成する。この第1導電形の半導体基板1お
よび第1導電形の高濃度拡散領域3が、MOS型コンデ
ンサの基板電極である。Then, a high-concentration diffusion region 3 of the first conductivity type is formed in a peripheral portion adjacent to the gate insulating film 5 of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type. The semiconductor substrate 1 of the first conductivity type and the high-concentration diffusion region 3 of the first conductivity type are substrate electrodes of a MOS capacitor.
【0005】このMOS型コンデンサにおいては、ゲー
ト電極7からの電界強度に応じて第1導電形の半導体基
板1の表面に形成される空乏層9の厚さが変わり、この
厚さとゲート絶縁膜5の膜厚との和に反比例してMOS
型コンデンサの容量値が変化する。In this MOS type capacitor, the thickness of the depletion layer 9 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type changes according to the intensity of the electric field from the gate electrode 7. MOS is inversely proportional to the sum of
The capacitance value of the mold capacitor changes.
【0006】また図6(b)は、他の従来技術における
MOS型コンデンサの断面を示したものである。図6
(b)に示すように、第1導電形の半導体基板1の表面
に、第2導電形の低濃度拡散領域11を選択的に形成す
る。そして、この第2導電形の低濃度拡散領域11の上
に、ゲート絶縁膜5およびゲート電極7を選択的に形成
する。FIG. 6 (b) shows a cross section of another conventional MOS type capacitor. FIG.
As shown in (b), a low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type. Then, the gate insulating film 5 and the gate electrode 7 are selectively formed on the low concentration diffusion region 11 of the second conductivity type.
【0007】さらに、第2導電形の低濃度拡散領域11
のゲート絶縁膜5に隣接する周辺部に、第2導電形の高
濃度拡散領域13を形成する。この第2導電形の低濃度
拡散領域11および第2導電形の高濃度拡散領域13
が、MOS型コンデンサの基板電極である。Further, the second conductive type low concentration diffusion region 11
A high-concentration diffusion region 13 of the second conductivity type is formed in a peripheral portion adjacent to the gate insulating film 5 of FIG. The low concentration diffusion region 11 of the second conductivity type and the high concentration diffusion region 13 of the second conductivity type
Are substrate electrodes of the MOS capacitor.
【0008】この図6(b)に示す構成では、基板電極
の電位を、半導体基板1の電位とは独立に印加すること
ができるので、ゲート電極7の電位と基板電極の電位と
が一致する付近に、容量値の最大変化点があるような特
性のMOS型コンデンサであっても、容量値の変化範囲
を最大限に利用することができる。In the structure shown in FIG. 6B, the potential of the substrate electrode can be applied independently of the potential of the semiconductor substrate 1, so that the potential of the gate electrode 7 matches the potential of the substrate electrode. Even in the case of a MOS capacitor having such a characteristic that there is a maximum change point of the capacitance value in the vicinity, the change range of the capacitance value can be used to the maximum.
【0009】ところで、使用する電圧範囲における可変
容量素子の最大容量および最小容量をそれぞれCmax
およびCminとすると、容量変化率は(Cmax−C
min)/Cmax=1−Cmin/Cmaxとなる。
可変容量素子は容量変化率が大きいことが望ましいが、
そのためにはCminとは独立にCmaxを大きくする
か、あるいはCmaxとは独立にCminを小さくする
ことである。By the way, the maximum capacitance and the minimum capacitance of the variable capacitance element in the voltage range to be used are respectively Cmax
And Cmin, the capacity change rate is (Cmax−C
min) / Cmax = 1−Cmin / Cmax.
It is desirable that the variable capacitance element has a large capacitance change rate,
For that purpose, it is necessary to increase Cmax independently of Cmin, or to decrease Cmin independently of Cmax.
【0010】可変容量ダイオードの場合は、Cmaxは
ほぼ面積だけで決まるから、Cminとは独立にCma
xだけを大きくすることはほとんど不可能であるが、M
OS型コンデンサの場合はゲート絶縁膜を薄くすること
により、Cminとは独立にCmaxだけを大きくする
ことは可能である。しかし、絶縁耐圧などの制約による
限界がある。In the case of a variable capacitance diode, Cmax is determined substantially only by the area, so that Cmax is independent of Cmin.
It is almost impossible to increase x alone, but M
In the case of an OS-type capacitor, it is possible to increase only Cmax independently of Cmin by reducing the thickness of the gate insulating film. However, there are limitations due to restrictions such as dielectric strength.
【0011】Cminの場合は、不純物濃度を薄くして
空乏層が伸びやすい状態にすることにより、Cmaxと
は独立にCminだけを小さくすることができる。しか
し、可変容量素子を製造する際の出発材料である半導体
基板はイントリンシックではなく、ある程度濃度ばらつ
きのある不純物を含んでいるから、この濃度ばらつきの
影響を避けるためには、出発材料の半導体基板よりも可
変容量素子を高濃度にして製造しなければならない。し
たがって、Cminだけを小さくすることにも限界があ
る。In the case of Cmin, only Cmin can be reduced independently of Cmax by reducing the impurity concentration to make the depletion layer easily stretchable. However, the semiconductor substrate, which is a starting material for manufacturing the variable capacitance element, is not intrinsic, and contains impurities having a certain level of concentration variation. The variable capacitance element must be manufactured with a higher concentration than that of the variable capacitance element. Therefore, there is a limit in reducing only Cmin.
【0012】このような限界はあるものの、温度補償型
水晶発振器や電圧制御型水晶発振器に搭載するにあた
り、これまでは実用上問題のない容量変化率が確保され
ていた。[0012] Despite such limitations, when mounted on a temperature-compensated crystal oscillator or a voltage-controlled crystal oscillator, a capacitance change rate that has no practical problem has been ensured until now.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
電子機器の電源は低電圧化が進展しており、可変容量素
子に印加できる電圧幅が以前に比べて小さくなってきて
いる。However, the power supply of electronic equipment has recently been reduced in voltage, and the voltage width that can be applied to the variable capacitance element has been reduced as compared with before.
【0014】このため、従来の可変容量素子では十分な
容量変化率が確保できないという課題がある。For this reason, there is a problem that a sufficient capacitance change rate cannot be secured with the conventional variable capacitance element.
【0015】〔発明の目的〕本発明の目的は、従来の可
変容量素子よりも容量変化率が大きい可変容量素子を提
供することである。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a variable capacitance element having a larger capacitance change rate than a conventional variable capacitance element.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明による可変容量素子の構成は、下記の通りと
する。To achieve the above object, the configuration of the variable capacitance element according to the present invention is as follows.
【0017】すなわち、第1導電形の低濃度拡散領域か
らなる第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設け
たゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けたゲート
電極と、第1導電形の高濃度拡散領域からなり、前記ゲ
ート絶縁膜に隣接するとともに、前記第1半導体層と接
触する第2半導体層とを備え、前記ゲート絶縁膜と前記
第2半導体層とをそれぞれ入出力端子とし、前記ゲート
絶縁膜に制御電圧を印可することにより前記第1半導体
層に空乏層を形成する2端子形のMOS型可変容量素子
において、前記MOS型可変容量素子は、前記第1半導
体層と前記第2半導体層の接触領域を制限する絶縁層を
有することを特徴とする。That is, a first semiconductor layer composed of a low-concentration diffusion region of the first conductivity type, a gate insulating film provided on the surface of the first semiconductor layer, a gate electrode provided on the gate insulating film, A second semiconductor layer, which is formed of a one-conductivity-type high-concentration diffusion region, is adjacent to the gate insulating film and is in contact with the first semiconductor layer, and includes the gate insulating film and the second semiconductor layer; A two-terminal MOS variable capacitance element serving as an output terminal and forming a depletion layer in the first semiconductor layer by applying a control voltage to the gate insulating film; An insulating layer for limiting a contact area between the layer and the second semiconductor layer is provided.
【0018】また第1半導体層と第2半導体層の接触領
域内には、空乏層形成領域が含まれることを特徴とす
る。Further, a depletion layer forming region is included in a contact region between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
【0019】また接触領域は絶縁層によって空乏層形成
領域近傍に制限したことを特徴とする。Further, the contact region is limited to the vicinity of the depletion layer forming region by the insulating layer.
【0020】また第1半導体層はMOS型可変容量素子
の基板電極を構成する第1導電形の低濃度拡散領域であ
り、第2半導体層は前記第1導電形の低濃度拡散領域内
に形成された第1導電形の高濃度拡散領域であり、絶縁
層は前記第1導電形の低濃度拡散領域内で前記第1導電
形の高濃度拡散領域との間に介在していることを特徴と
する。The first semiconductor layer is a low-concentration diffusion region of the first conductivity type constituting a substrate electrode of the MOS variable capacitance element, and the second semiconductor layer is formed in the low-concentration diffusion region of the first conductivity type. A high-concentration diffusion region of the first conductivity type, wherein the insulating layer is interposed between the low-concentration diffusion region of the first conductivity type and the high-concentration diffusion region of the first conductivity type. And
【0021】また絶縁層は第2導電形の拡散領域である
ことを特徴とする。Further, the insulating layer is a diffusion region of the second conductivity type.
【0022】また絶縁層は第1導電形の半導体層からな
るMOS型可変容量素子の支持基板を構成しており、第
1半導体層は前記第1導電形の半導体層内で、且つゲー
ト絶縁膜と対向する領域にのみ設けられた第2導電形の
低濃度拡散領域であり、第2半導体層は前記第1導電形
の半導体層内で、且つ前記第2導電形の低濃度拡散領域
側面に隣接して設けた第2導電形の高濃度拡散領域であ
ることを特徴とする。The insulating layer constitutes a support substrate of the MOS type variable capacitance element comprising a semiconductor layer of the first conductivity type, and the first semiconductor layer is formed in the semiconductor layer of the first conductivity type and a gate insulating film. The second semiconductor layer is a low-concentration diffusion region of the second conductivity type provided only in a region opposed to the second conductivity type. It is a high-concentration diffusion region of the second conductivity type provided adjacently.
【0023】また第1導電形の半導体層は第1導電形の
拡散領域であることを特徴とする。The semiconductor layer of the first conductivity type is a diffusion region of the first conductivity type.
【0024】〔作用〕本発明によれば、可変容量の一方
の端子である第2半導体層は、絶縁層によって第1半導
体層との接触領域が制限され、且つ空乏層によってその
接触領域が可変されることによりその接触領域が可変抵
抗として作用する。しかも制御電圧によって変化する可
変容量値の増減方向と、同一の制御電圧により変化する
可変抵抗値の増減方向が互いに逆方向となり、容量変化
率を大きくするものである。According to the present invention, in the second semiconductor layer, which is one terminal of the variable capacitor, the contact area with the first semiconductor layer is limited by the insulating layer, and the contact area is variable by the depletion layer. As a result, the contact area acts as a variable resistor. In addition, the direction of increase and decrease of the variable capacitance value changed by the control voltage and the direction of increase and decrease of the variable resistance value changed by the same control voltage are opposite to each other, thereby increasing the capacity change rate.
【0025】つまり、可変容量と可変抵抗との直列接続
を構成し、かつ、可変容量がCmaxのときは可変抵抗
の抵抗値が最小になるようにし、可変容量がCminの
ときは可変抵抗の抵抗値が最大になるようにすれば、イ
ンピーダンスを容量換算した場合の最大容量と最小容量
との比が大きくなるから、容量変化率が大きくなるので
ある。That is, a variable capacitor and a variable resistor are connected in series, and when the variable capacitor is Cmax, the resistance value of the variable resistor is minimized. When the variable capacitor is Cmin, the resistance of the variable resistor is changed. When the value is maximized, the ratio between the maximum capacitance and the minimum capacitance when the impedance is converted into capacitance is increased, so that the capacitance change rate is increased.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、図面を使用して本発明の可
変容量素子における最適な実施形態を説明する。まず本
発明の第1実施形態を説明する。図1は、本発明の第1
実施形態における可変容量素子の構成を示す断面図であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The preferred embodiments of the variable capacitance element according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance element according to the embodiment.
【0027】〔第1実施形態の説明:図1、図2、図
3〕第1の実施形態における可変容量素子はMOS型コ
ンデンサであって、図1の断面図に示すように、第1導
電形の低濃度拡散領域で構成した第1導電形の半導体基
板1の表面に、ゲート絶縁膜5およびゲート電極7を選
択的に形成する。この第1導電形の半導体基板1が本発
明の第1半導体層を構成する。[Explanation of First Embodiment: FIGS. 1, 2 and 3] The variable capacitance element in the first embodiment is a MOS capacitor, and as shown in the sectional view of FIG. The gate insulating film 5 and the gate electrode 7 are selectively formed on the surface of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type constituted by the low-concentration diffusion region of the first conductivity type. This semiconductor substrate 1 of the first conductivity type constitutes the first semiconductor layer of the present invention.
【0028】そして、第1導電形の半導体基板1と接触
する領域内で、ゲート絶縁膜5と隣接する部分に、第2
半導体層である第1導電形の高濃度拡散領域3を形成す
る。この第1導電形の半導体基板1および第1導電形の
高濃度拡散領域3が、MOS型コンデンサの基板電極で
ある。Then, in a region adjacent to the gate insulating film 5 in a region in contact with the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type,
A first conductivity type high concentration diffusion region 3 which is a semiconductor layer is formed. The semiconductor substrate 1 of the first conductivity type and the high-concentration diffusion region 3 of the first conductivity type are substrate electrodes of a MOS capacitor.
【0029】そして、第1導電形の高濃度拡散領域3と
第1導電形の半導体基板1の間には、ゲート絶縁膜5側
を除いて、絶縁層として作用する第2導電形の拡散領域
15が介在している。Then, between the high-concentration diffusion region 3 of the first conductivity type and the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type, except for the gate insulating film 5 side, the diffusion region of the second conductivity type acting as an insulating layer. 15 are interposed.
【0030】図1に示す本発明のMOS型コンデンサの
動作は、図6(a)に示す従来例のMOS型コンデンサ
の動作と基本的には同様であり、ゲート電極7からの電
界強度に応じて、第1導電形の半導体基板1の表面に形
成される空乏層9の厚さが変わり、この空乏層9の厚さ
とゲート絶縁膜5の膜厚との和に反比例してMOS型コ
ンデンサの容量値が変化するのである。The operation of the MOS capacitor of the present invention shown in FIG. 1 is basically the same as that of the conventional MOS capacitor shown in FIG. Therefore, the thickness of the depletion layer 9 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type changes, and the thickness of the depletion layer 9 and the thickness of the gate insulating film 5 are inversely proportional to the thickness of the MOS type capacitor. The capacitance value changes.
【0031】このとき、交流信号を運ぶキャリアの、第
1導電形の半導体基板1と第1導電形の高濃度拡散領域
3との間の伝達は、第2導電形の拡散領域15が障害と
なるため、第2導電形の拡散領域15が存在しない側、
すなわちゲート絶縁膜5の端付近の空乏層形成領域での
み行われる。At this time, transmission of the carrier carrying the AC signal between the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type and the high-concentration diffusion region 3 of the first conductivity type causes the diffusion region 15 of the second conductivity type to be an obstacle. Therefore, the side where the diffusion region 15 of the second conductivity type does not exist,
That is, it is performed only in the depletion layer forming region near the end of the gate insulating film 5.
【0032】そして、図1から明らかなように、このゲ
ート絶縁膜7付近での第1導電形の半導体基板1と第1
導電形の高濃度拡散領域3との接触面積は、空乏層9の
厚さによって変化し、空乏層9の厚さが増加するほどこ
の接触面積は減少する。As is apparent from FIG. 1, the first conductivity type semiconductor substrate 1 and the first conductive type
The contact area with the high-concentration diffusion region 3 of the conductivity type changes depending on the thickness of the depletion layer 9, and the contact area decreases as the thickness of the depletion layer 9 increases.
【0033】この接触面積の減少はキャリアの伝達阻害
の程度を増加させるから、等価回路で表現するならば、
接触面積の減少は可変抵抗の抵抗値の増加に相当する。Since this reduction in the contact area increases the degree of inhibition of carrier transmission, if expressed by an equivalent circuit,
A decrease in the contact area corresponds to an increase in the resistance value of the variable resistor.
【0034】そして、接触面積が減少することは空乏層
9の厚さが増加することであるから、MOS型コンデン
サの容量値が減少することである。つまり、容量値と抵
抗値とは、同一の制御電圧に対してその増減方向が互い
に逆向きに変化する。Since the decrease in the contact area means that the thickness of the depletion layer 9 increases, the capacitance value of the MOS type capacitor decreases. That is, the capacitance value and the resistance value change in the same control voltage in opposite directions to each other.
【0035】したがって、図1に示す本発明のMOS型
コンデンサは、図2のような等価回路で表すことができ
る。Therefore, the MOS type capacitor of the present invention shown in FIG. 1 can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG.
【0036】〔等価回路の説明:図2〕図2に示すよう
に、本発明による可変容量素子は、可変容量17と可変
抵抗19との直列接続と等価である。図2において、可
変であることを表す矢印の向きが逆になっているが、こ
れは制御電圧に対するそれぞれの値の変化方向が逆向き
であることを示している。このような電気特性を図3に
示す。[Explanation of Equivalent Circuit: FIG. 2] As shown in FIG. 2, the variable capacitor according to the present invention is equivalent to a series connection of a variable capacitor 17 and a variable resistor 19. In FIG. 2, the direction of the arrow indicating that it is variable is reversed, which indicates that the direction of change of each value with respect to the control voltage is reversed. FIG. 3 shows such electric characteristics.
【0037】〔電気特性の説明:図3〕図3に示す電気
特性は、P形半導体基板とP形ゲート電極とを有するM
OS型コンデンサの例である。このうち図3(a)は、
半導体基板電位を基準とするゲート電極の電圧と、図2
に示す可変抵抗19の抵抗Rとの関係を表すものであ
る。[Explanation of Electric Characteristics: FIG. 3] The electric characteristics shown in FIG. 3 are based on the M type having a P-type semiconductor substrate and a P-type gate electrode.
It is an example of an OS type capacitor. Among them, FIG.
FIG. 2 shows the gate electrode voltage with respect to the semiconductor substrate potential.
Shows the relationship between the variable resistor 19 and the resistor R shown in FIG.
【0038】ゲート電圧が負の値から正の値方向に高く
なるにつれて、半導体基板1と高濃度の拡散領域3との
接触面積が減少するため、抵抗Rは単調に増加する。As the gate voltage increases from the negative value to the positive value, the contact area between the semiconductor substrate 1 and the high-concentration diffusion region 3 decreases, so that the resistance R monotonously increases.
【0039】一方、図3(b)は、半導体基板電位を基
準とするゲート電極の電圧と、容量Cとの関係を表すも
のであり、一般にC−Vカーブと呼ばれる電気特性であ
る。周波数は10MHz帯である。On the other hand, FIG. 3B shows the relationship between the voltage of the gate electrode based on the potential of the semiconductor substrate and the capacitance C, which is an electrical characteristic generally called a CV curve. The frequency is in the 10 MHz band.
【0040】図3(b)には2本のC−Vカーブを示し
ており、それぞれ図2に示す可変容量17のみのC−V
カーブ21と、可変容量17と可変抵抗19との直列接
続の場合のC−Vカーブ23とを表している。FIG. 3B shows two CV curves, each of which has a CV of only the variable capacitor 17 shown in FIG.
3 shows a curve 21 and a CV curve 23 in a case where a variable capacitor 17 and a variable resistor 19 are connected in series.
【0041】可変容量17のみのC−Vカーブ21は、
すなわち従来例におけるMOS型コンデンサのC−Vカ
ーブであり、ゲート電圧が負の値から正の値方向に高く
なるにつれて、空乏層9の厚さが増加するため、容量C
は単調に減少する。The CV curve 21 of only the variable capacitor 17 is
That is, this is a CV curve of the MOS capacitor in the conventional example. As the gate voltage increases from a negative value to a positive value, the thickness of the depletion layer 9 increases.
Decreases monotonically.
【0042】以上のような挙動を示す可変容量17と可
変抵抗19との直列接続の場合は、可変容量17が最大
値すなわちCmaxをとるような制御電圧のとき、可変
抵抗19は最小値(以下Rminと称す)をとり、可変
容量17が最小値すなわちCminをとるような制御電
圧のとき、可変抵抗19は最大値(以下Rmaxと称
す)をとる。In the case where the variable capacitor 17 and the variable resistor 19 exhibiting the above-described behavior are connected in series, when the variable capacitor 17 has a control voltage at which the variable capacitor 17 takes the maximum value, that is, Cmax, the variable resistor 19 has the minimum value (hereinafter, referred to as Cmax). Rmin), and when the variable capacitor 17 has a control voltage that takes the minimum value, that is, Cmin, the variable resistor 19 takes a maximum value (hereinafter, referred to as Rmax).
【0043】このことをインピーダンスで表現すれば、
制御電圧により、最小のインピーダンスRmin+1/
jωCmaxから、最大のインピーダンスRmax+1
/jωCminまでの変化があるということである。If this is expressed by impedance,
By the control voltage, the minimum impedance Rmin + 1 /
From jωCmax, the maximum impedance Rmax + 1
/ JωCmin.
【0044】これを可変抵抗19がない場合の変化、す
なわち最小のインピーダンス1/jωCmaxから、最
大のインピーダンス1/jωCminまでの変化と比較
すれば、Rmin<Rmaxであるから、可変抵抗19
がある場合の方がインピーダンス変化が大きいことは明
らかである。When this is compared with the change without the variable resistor 19, that is, the change from the minimum impedance 1 / jωCmax to the maximum impedance 1 / jωCmin, Rmin <Rmax holds.
It is clear that the impedance change is larger in the case where there is.
【0045】インピーダンス変化が大きいということ
は、交流信号の伝達量の変化が大きいということであ
り、実質的に容量変化率が大きくなる。そのため、本発
明による可変容量17と可変抵抗19との直列接続で
は、図3(b)に示すような急峻なC−Vカーブ23が
得られるのである。A large change in impedance means a large change in the amount of transmission of the AC signal, and the capacity change rate is substantially increased. Therefore, in the series connection of the variable capacitor 17 and the variable resistor 19 according to the present invention, a steep CV curve 23 as shown in FIG. 3B is obtained.
【0046】以上の説明で明らかなように、MOS型コ
ンデンサの基板電極の一部に可変抵抗となる部分を設
け、かつ、同一制御電圧に対して容量値と抵抗値とは、
その増減方向が互いに逆向きに変化するような構成とす
ることにより、可変容量素子の容量変化率を大きくする
ことができる。As is clear from the above description, a portion serving as a variable resistor is provided on a part of the substrate electrode of the MOS capacitor, and the capacitance value and the resistance value for the same control voltage are:
By adopting a configuration in which the increasing / decreasing directions change in opposite directions, the capacitance change rate of the variable capacitance element can be increased.
【0047】図1に示す例では、半導体基板1そのもの
が基板電極であるが、従来例における図6(b)に示す
ような、第1導電形の半導体基板1の表面に選択的に形
成した第2導電形の低濃度拡散領域11を基板電極とし
て本発明を構成することも可能である。これを第2の実
施形態として図4に示す。In the example shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 1 itself is the substrate electrode. However, as shown in FIG. 6B in the conventional example, the semiconductor substrate 1 is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type. It is also possible to configure the present invention using the low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type as a substrate electrode. This is shown in FIG. 4 as a second embodiment.
【0048】〔第2実施形態の説明:図4〕図4の断面
図に示すように、第1導電形の半導体基板1の表面に、
第2導電形の低濃度拡散領域11を選択的に形成する。
そして、この第2導電形の低濃度拡散領域11の上に、
ゲート絶縁膜5およびゲート電極7を選択的に形成す
る。[Explanation of Second Embodiment: FIG. 4] As shown in the sectional view of FIG. 4, the surface of the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type is
The low concentration diffusion region 11 of the second conductivity type is selectively formed.
Then, on the low concentration diffusion region 11 of the second conductivity type,
The gate insulating film 5 and the gate electrode 7 are selectively formed.
【0049】さらに、第2導電形の低濃度拡散領域11
と接触する領域内で、ゲート絶縁膜5と隣接する部分
に、第2導電形の高濃度拡散領域13を形成する。これ
ら第2導電形の低濃度拡散領域11および第2導電形の
高濃度拡散領域13が、MOS型コンデンサの基板電極
である。つまりこの第2実施形態の場合は、第2導電形
の低濃度拡散領域11が本発明の第1半導体層に相当
し、同様に第2導電形の高濃度拡散領域13が第2半導
体層に相当する。Further, the low concentration diffusion region 11 of the second conductivity type
Is formed in a portion adjacent to the gate insulating film 5 in a region in contact with the gate insulating film 5. The low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type and the high-concentration diffusion region 13 of the second conductivity type are substrate electrodes of the MOS capacitor. That is, in the case of the second embodiment, the low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type corresponds to the first semiconductor layer of the present invention, and similarly, the high-concentration diffusion region 13 of the second conductivity type corresponds to the second semiconductor layer. Equivalent to.
【0050】そして、第2導電形の高濃度拡散領域13
と第2導電形の低濃度拡散領域11の間には、ゲート絶
縁膜5側を除いて、絶縁層として作用する第1導電形の
拡散領域25が介在している。Then, the second conductive type high-concentration diffusion region 13
Except for the gate insulating film 5 side, a first conductivity type diffusion region 25 acting as an insulating layer is interposed between the first conductivity type low concentration diffusion region 11 and the second conductivity type low concentration diffusion region 11.
【0051】図4に示す第2実施形態のMOS型コンデ
ンサの動作は、図1に示す第1実施形態のMOS型コン
デンサと同様であり、容量変化率が大きいことは明らか
である。The operation of the MOS capacitor of the second embodiment shown in FIG. 4 is the same as that of the MOS capacitor of the first embodiment shown in FIG. 1, and it is clear that the capacitance change rate is large.
【0052】次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図5は、本発明の第3実施形態における可変容量素子の
構成を示す断面図である。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the variable capacitance element according to the third embodiment of the present invention.
【0053】〔第3実施形態の説明:図5〕図5の断面
図に示すように、MOS型コンデンサの支持基板とな
り、且つ絶縁層として機能する第1導電形の半導体基板
1の表面に、ゲート絶縁膜5およびゲート電極7を選択
的に形成する。[Explanation of Third Embodiment: FIG. 5] As shown in the sectional view of FIG. 5, a surface of a first conductivity type semiconductor substrate 1 which serves as a support substrate of a MOS capacitor and also functions as an insulating layer, The gate insulating film 5 and the gate electrode 7 are selectively formed.
【0054】そして、第1導電形の半導体基板1内で、
且つゲート絶縁膜5の下の部分に限定して、すなわちゲ
ート絶縁膜5と対向する領域にのみ第2導電形の低濃度
拡散領域11を形成する。Then, in the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type,
In addition, the low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type is formed only in a portion below the gate insulating film 5, that is, only in a region facing the gate insulating film 5.
【0055】さらに、第1導電形の半導体基板1内で、
且つ第2導電形の低濃度拡散領域11の側面に隣接する
ように、浅い第2導電形の高濃度拡散領域13を形成す
る。これら第2導電形の低濃度拡散領域11および第2
導電形の高濃度拡散領域13が、MOS型コンデンサの
基板電極である。つまりこの第3実施形態の場合も、第
2導電形の低濃度拡散領域11が本発明の第1半導体層
に相当し、同様に第2導電形の高濃度拡散領域13が第
2半導体層に相当する。Further, in the semiconductor substrate 1 of the first conductivity type,
In addition, a shallow high-concentration diffusion region 13 of the second conductivity type is formed adjacent to the side surface of the low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type. The low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type and the second
The conductive high-concentration diffusion region 13 is the substrate electrode of the MOS capacitor. That is, also in the third embodiment, the low-concentration diffusion region 11 of the second conductivity type corresponds to the first semiconductor layer of the present invention, and the high-concentration diffusion region 13 of the second conductivity type similarly corresponds to the second semiconductor layer. Equivalent to.
【0056】図5に示す第3の実施形態において、第2
導電形の低濃度拡散領域11と第2導電形の高濃度拡散
領域13との接触は、絶縁膜5の端付近、すなわち空乏
層9の形成領域近傍に制限されている。In the third embodiment shown in FIG.
The contact between the low-concentration diffusion region 11 of the conductivity type and the high-concentration diffusion region 13 of the second conductivity type is limited to the vicinity of the end of the insulating film 5, that is, the vicinity of the formation region of the depletion layer 9.
【0057】したがって、図5に示す第3の実施の形態
における可変容量としての動作は、図4に示す第2の実
施形態における可変容量としての動作と実質的に同一で
ある。Therefore, the operation as the variable capacitor in the third embodiment shown in FIG. 5 is substantially the same as the operation as the variable capacitor in the second embodiment shown in FIG.
【0058】この図5に示す第3の実施の形態は構造が
簡単であり、第1の実施形態や第2の実施形態よりも製
造は容易である。The third embodiment shown in FIG. 5 has a simple structure and is easier to manufacture than the first and second embodiments.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上のように、MOS型コンデンサの基
板電極の一部に可変抵抗となる部分を設け、同一制御電
圧に対して容量値と抵抗値とが逆方向の極性で変化する
ような構成とすることにより、容量変化率が大きい可変
容量素子を提供することができる。As described above, a portion serving as a variable resistor is provided at a part of the substrate electrode of the MOS capacitor so that the capacitance value and the resistance value change with opposite polarities with respect to the same control voltage. With this structure, a variable capacitance element having a large capacitance change rate can be provided.
【0060】したがって、温度補償型水晶発振器に適用
すれば温度補償範囲を拡大することができ、また電圧制
御型水晶発振器に適用すれば周波数可変幅を拡大するこ
とができ、その効果は非常に大きい。Therefore, when applied to a temperature-compensated crystal oscillator, the temperature compensation range can be expanded, and when applied to a voltage-controlled crystal oscillator, the frequency variable width can be increased, and the effect is very large. .
【図1】本発明の第1の実施形態における可変容量素子
の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明における可変容量素子を表す等価回路図
である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating a variable capacitance element according to the present invention.
【図3】本発明における可変容量素子の電気特性を表す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing electric characteristics of a variable capacitance element according to the present invention.
【図4】本発明の第2の実施形態における可変容量素子
の構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance element according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施形態における可変容量素子
の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a variable capacitance element according to a third embodiment of the present invention.
【図6】従来例における可変容量素子の構成を示す断面
図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a variable capacitance element in a conventional example.
1 第1導電形の半導体基板 3 第1導電形の高濃度拡散領域 5 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 15 第2導電形の拡散領域 Reference Signs List 1 semiconductor substrate of first conductivity type 3 high-concentration diffusion region of first conductivity type 5 gate insulating film 7 gate electrode 15 diffusion region of second conductivity type
Claims (7)
1半導体層と、前記第1半導体層の表面に設けたゲート
絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けたゲート電極と、
第1導電形の高濃度拡散領域からなり、前記ゲート絶縁
膜に隣接するとともに、前記第1半導体層と接触する第
2半導体層とを備え、前記ゲート絶縁膜と前記第2半導
体層とをそれぞれ入出力端子とし、前記ゲート絶縁膜に
制御電圧を印可することにより前記第1半導体層に空乏
層を形成する2端子型のMOS型可変容量素子におい
て、前記MOS型可変容量素子は、前記第1半導体層と
前記第2半導体層の接触領域を制限する絶縁層を有する
ことを特徴とする可変容量素子。A first semiconductor layer formed of a low-concentration diffusion region of a first conductivity type; a gate insulating film provided on a surface of the first semiconductor layer; a gate electrode provided on the gate insulating film;
A second semiconductor layer formed of a high-concentration diffusion region of a first conductivity type, adjacent to the gate insulating film and in contact with the first semiconductor layer, wherein the gate insulating film and the second semiconductor layer are respectively In a two-terminal MOS variable capacitance element serving as an input / output terminal and forming a depletion layer in the first semiconductor layer by applying a control voltage to the gate insulating film, the MOS variable capacitance element may A variable capacitance element comprising an insulating layer for limiting a contact region between a semiconductor layer and the second semiconductor layer.
内には、空乏層形成領域が含まれることを特徴とする請
求項1記載の可変容量素子。2. The variable capacitance element according to claim 1, wherein a depletion layer forming region is included in a contact region between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
域近傍に制限したことを特徴とする請求項2記載の可変
容量素子。3. The variable capacitance element according to claim 2, wherein the contact region is limited to a region near a depletion layer forming region by an insulating layer.
基板電極を構成する第1導電形の低濃度拡散領域であ
り、第2半導体層は前記第1導電形の低濃度拡散領域内
に形成された第1導電形の高濃度拡散領域であり、絶縁
層は前記第1導電形の低濃度拡散領域内で前記第1導電
形の高濃度拡散領域との間に介在していることを特徴と
する請求項1、2または3記載の可変容量素子。4. The first semiconductor layer is a low-concentration diffusion region of a first conductivity type constituting a substrate electrode of a MOS type variable capacitance element, and the second semiconductor layer is disposed in a low-concentration diffusion region of the first conductivity type. It is a high-concentration diffusion region of the first conductivity type formed, wherein the insulating layer is interposed between the low-concentration diffusion region of the first conductivity type and the high-concentration diffusion region of the first conductivity type. The variable capacitance element according to claim 1, 2 or 3, wherein
とを特徴とする請求項1、3または4記載の可変容量素
子。5. The variable capacitance element according to claim 1, wherein the insulating layer is a diffusion region of the second conductivity type.
MOS型可変容量素子の支持基板を構成しており、第1
半導体層は前記第1導電形の半導体層内で、且つゲート
絶縁膜と対向する領域にのみ設けられた第2導電形の低
濃度拡散領域であり、第2半導体層は前記第1導電形の
半導体層内で、且つ前記第2導電形の低濃度拡散領域側
面に隣接して設けた第2導電形の高濃度拡散領域である
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の可変容量
素子。6. The insulating layer constitutes a support substrate for a MOS type variable capacitance element comprising a semiconductor layer of a first conductivity type.
The semiconductor layer is a low-concentration diffusion region of the second conductivity type provided only in a region facing the gate insulating film in the semiconductor layer of the first conductivity type, and the second semiconductor layer is formed of the first conductivity type. 4. The variable capacitance according to claim 1, wherein the variable capacitance is a high-concentration diffusion region of the second conductivity type provided in the semiconductor layer and adjacent to a side surface of the low-concentration diffusion region of the second conductivity type. element.
散領域であることを特徴とする請求項6記載の可変容量
素子。7. The variable capacitance element according to claim 6, wherein the first conductivity type semiconductor layer is a first conductivity type diffusion region.
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---|---|---|---|---|
JP2003068869A (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
KR100710195B1 (en) | 2005-12-28 | 2007-04-20 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Manufacturing method of morse varactor |
CN100371972C (en) * | 2003-05-29 | 2008-02-27 | 三洋电机株式会社 | Pixel circuit and display device |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000069836A patent/JP2001267497A/en active Pending
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