JP4601751B2 - 低分散容量性回路網を含む集積回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁材料からなる絶縁層と呼ばれる層によって２層に分離され、低抵抗材料によって形成された導電層と呼ばれる層の系列により構成された集積回路装置であって、上記導電層から切り出された導電性極板の積層により形成され、上記層から電気的に絶縁され、第１の端子と第２の端子の間に固定値の容量を生ずる第１の容量性素子を含む集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第４，６８５，１９７号には、絶縁層によって分離された２層の導電層により形成された容量性素子を含む集積回路が記載され、実施例は記載されていないが、かかる容量性素子の容量の値を増加させるため３層以上の導電層を使用する可能性について示唆されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以下の問題点の解決を考慮している。上記のタイプの容量性素子を集積回路装置の形で実現するためには、容量性素子に含まれる導電層の層数の関数である工程数からなる一連の製造工程が必要である。各製造工程は集積回路に欠陥を導入するので、 容量性素子の容量の実際値は公称値に対し差が生ずる。
【０００４】
大量生産中に、同一製造工程は、集積回路間で異なる値を有するオフセットを生じさせる。この差の大きさは分散と呼ばれる。このような差は、大量生産される集積回路に収容された容量性素子の容量の実際値に不確かさを誘起し、容量の実際値は集積回路の間で非常に変化する。この不確かさは、集積回路の保有する容量の実際値が正確に既知であることが要求されるアプリケーションにこの集積回路が使用される場合には非常に重大である。
【０００５】
生産の最終段で各集積回路に収容された容量の実際値を系統的に測定することは、繰り返し行うことが困難、かつ、費用的に高価であるため非現実的である。また、公称値に対し非常に大きいオフセットを検出しても、生産の最終段で識別された集積回路は棄却するしかないので、生産効率を低下させることになる。したがって、集積回路の適当な設計を用いることにより予防的な方法で分散を減少させることが望ましい。
【０００６】
本発明の目的は、実際値がより簡単に予測できると共に、回路の各製造工程での別々の影響を受け難い容量性素子を含む集積回路装置を提案することによって、 上記従来技術の問題点を解決することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、 本発明により提供される集積回路装置は、絶縁材料からなる絶縁層と呼ばれる層によって２層に分離され、低抵抗材料によって形成された導電層と呼ばれる層の系列により構成され、上記導電層から切り出された導電性極板の積層により形成され、上記層から電気的に絶縁され、第１の端子と第２の端子の間に固定値の容量を生ずる第１の容量性素子を含む集積回路装置であって、上記第１の容量性素子は、集積回路装置を構成する導電層と同数の導電性極板を含み、上記容量性素子の上記第１の端子及び上記第２の端子は上記積層の両端を形成する上記導電性極板に接続されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明による集積回路装置に含まれる上記第１の容量性素子の製作は、すべての導電層が上記第１の容量性素子の中に存在するので、利用される最大数の製造工程を必要とする。これは、このようにして生産された容量性素子の実際値に各製造工程によって与えられる相対的な影響が最大限に低減されることを意味する。したがって、集積回路装置同志の間に生じる容量の実際値と公称値のオフセットの差、すなわち、 分散の大きさは、非常に低減される。本発明による集積回路装置の集合に含まれる容量性素子の容量の実際値は、従来よりも狭い間隔に収まり、より簡単に予測されるようになる。
【０００９】
本発明の具体的な一実施例において、 交互に重ねられたＮ層の絶縁層とＮ層の導電層の層の系列の支持体として使用される基板を含む上記集積回路装置は、上記層の系列に上記基板の方から順番に上昇順の番号が付けられ、ｉが３≦ｉ≦Ｎなる整数である場合に、上記第１の容量性素子のｉ番目の導電性極板は上記第１の容量性素子の（ｉ−２）番目の導電性極板と接続され、 上記第１の容量性素子の上記第１の端子は１番目の導電性極板と接続され、上記第２の端子はＮ番目の導電性極板と接続されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにして得られた容量性素子は、並列結合で配置されたＮ−１個のコンデンサを含み、各コンデンサは、誘電体として作用する絶縁層によって分離された２層の導電層により形成される。
本発明の具体的な一実施例は、所定の導電性タイプを有する第１のバルクが上記基板の内側に設けられているので、 上記第１の容量性素子を形成する上記積層は上記第１のバルクの上に重ねられ、 上記第１のバルクは上記第１のバルクと同じ導電性タイプを有する領域を介して上記積層によって覆われた上記基板の表面に接続されることを特徴とする。
【００１１】
この実施例の場合に、 付加的なコンデンサが上記１番目の導電層と上記基板の表面を上記第１のバルクに接続する上記領域との間に現れ、 これにより付加的な導電層が形成され、 集積回路装置の製造プロセスに別の製造工程が導入され、 各製造工程が上記第１の容量性素子の容量の実際の値に与える影響が更に低減される。したがって、分散は更に低減される。
【００１２】
本発明の有利な一実施例によれば、 上記第１のバルクは上記集積回路装置の接地を形成する基準端子に接続される。
このような本発明の一実施例によれば、上記第１の導電層と上記基板との間に存在する容量を制御することができるようになる。第１の容量性素子は優れたクォリティファクタ（Ｑ値）を示すようになる。
【００１３】
本発明の一変形例によれば、上記の集積回路装置は、第１の端子と第２の端子の間に上記第１の端子に印加された調整電圧に依存した値を有する容量を発生するよう構成された第２の容量性素子を更に含み、上記第２の容量性素子の上記第２の端子は上記第１の容量性素子の上記第１の端子と上記第２の端子の中の一方の端子に接続されることを特徴とする。
【００１４】
この変形例は、可変コンデンサを具備することが可能であり、集積回路装置を製造するため必要な製造工程の数は更に増加される。実際上、第２の容量性素子は、特有の拡散を必要とする能動素子である場合が多い。
本発明の好ましい一実施例によれば、上記の集積回路装置は、上記第２の容量性素子が、上記基板の内側に設けられた所定の導電性タイプを有する第２のバルクの上に構成されたバラクターダイオードであり、上記バラクターダイオードのカソードが上記第２の容量性素子の上記第１の端子を形成し、アノードが上記第２の端子を形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の変形例によれば、集積回路装置は、第１の端子が電源端子に接続され、第２の端子が上記第１の容量性素子の上記第２の端子に接続され、上記調整電圧の値に依存した周波数を有する出力信号を発生させるための発振器の出力端子を形成する誘電性素子を更に有することを特徴とする。
このような集積回路装置は、本発明によって分散が減少され得るので、上記調整電圧の値の関数としての発振周波数の変化が容易に予測可能である電圧制御型発振器を形成する。
【００１６】
本発明が容量値を正確に知る必要のある容量性素子を含むあらゆるタイプのアプリケーションに使用される可能性がある場合に、本発明の特に有利な用途は、無線信号を受信する受信側ループに使用することである。したがって、本発明は、
所定の周波数域の真ん中で選択される無線周波数を有する無線信号を受信し、電子信号の形の無線信号に変換することができるアンテナ及びフィルタシステムと、
上記無線信号と、調整可能である発振周波数を有する局部発振器からの信号とを受信し、上記無線周波数と上記発振周波数の差に一致する一定周波数を有する出力信号を発生させるよう構成されたミキサと、
上記ミキサの出力信号を使用するよう構成された信号処理ユニットとを含む無線信号受信装置であって、
上記局部発振器が上記集積回路装置の形で実現されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の上記の局面及びその他の局面は、以下の実施例を参照して説明され、それらの例に限定されることなく明瞭にされる。
図１には、低抵抗材料からなる導電層と呼ばれる６層の系列を含む集積回路の一部分が断面図の形式で示されている。同図において、６層の導電層は、導電層が堆積している基板ＳＵＢから昇順に（１）から（６）までの番号が付されている。導電層１〜６は、絶縁材料からなる絶縁層と呼ばれる層によって対毎に分離されている。絶縁層は、同図では陰影付きの領域として表わされている。導電層１及び２は、例えば、ポリシリコンにより実現され、導電層３乃至６は、例えば、金属からなる。集積回路は第１の容量性素子ＣＦを含み、この容量性素子ＣＦは、第１の端子ＴＣ１と第２の端子ＴＣ２の間に公称的な固定値を有するコンデンサを形成する。第１の容量性素子ＣＦは、導電層から切り出された導電層の積層により形成され、導電層からは電気的に絶縁されている。第１の容量性素子ＣＦは、集積回路を構成する導電層と同数の導電性極板を有し、上記第１の容量性素子ＣＦの上記第１の端子ＴＣ１及び上記第２の端子ＴＣ２は、上記積層の両端を形成する導電性極板１及び６に接続される。
【００１８】
本実施例において、ｉがｉ＝３，４，５，６なる整数を表わすとき、第１の容量性素子ＣＦのｉ番目の導電性極板は、上記第１の容量性素子ＣＦの（ｉ−２）番目の導電性極板と接続され、上記第１の容量性素子の第１の端子ＴＣ１及び第２の端子ＴＣ２は、それぞれ、１番目の導電性極板１及び６番目の導電性極板６に接続される。図１には、１番目の導電性極板１、３番目の導電性極板３、及び、５番目の導電性極板５と、第１の容量性素子ＣＦの第１の端子ＴＣ１とを接続する接点だけが示され、２番目の導電性極板２、４番目の導電性極板４、及び、６番目の導電性極板６を接続する接点は同じ断面図中には示されていない。
【００１９】
このような集積回路に含まれる第１の容量性素子ＣＦの容量の実際値と公称値との間に存在する差は、この集積回路を実現するために必要な各製造工程によって誘起されるオフセットの合計と一致する。したがって、製造工程の数が増加すると共に、各製造工程が容量の実際値と公称値の差に与える相対的な影響は小さくなる。本実施例の集積回路の場合、全ての導電層が第１の容量性素子ＣＦを形成するため使用されるので、導電層からの切り出しと関連して起こり得る製造工程の数は最も大きくなる。これらの工程が容量性素子の実際値に与える相対的な影響は最小値まで低減され、分散を著しく減少させることが可能である。
【００２０】
本発明の一実施例において、導電性タイプがＮ形である第１のバルクＢＮ１は基板ＳＵＢの内側に実装されるので、第１の容量性素子ＣＦを形成する積層は第１のバルクＢＮ１の上に重ねられ、第１の容量性素子ＣＦは拡散Ｎを有する領域Ｎを介して積層によって被覆された基板ＳＵＢ１の表面に接続される。第１のバルクＢＮ１は、拡散Ｎを有する二つの領域ＤＮを介して集積回路の接地を形成する基準端子に接続され、二つの拡散領域ＤＮは、それぞれ、接点を介して３番目の導電層３に接続され、本例の場合に、この３番目の導電層は集積回路の接地面を形成する。
【００２１】
第１のバルクＢＮ１が存在しない場合に、寄生容量が１番目の導電層１と基板ＳＵＢとの間に出現する。寄生容量は第１の容量性素子ＣＦとは別個であり、第１の容量性素子の品質因子（Ｑ値）を低下させる。第１のバルクＢＮ１を実装し、拡散Ｎを有する領域を介して基板ＳＵＢの表面に廉潔することにより、以下のような２重の利点が得られる。すなわち、集積回路の製造プロセスに新しい製造工程が導入され、拡散を更に低減することができ、かつ、第１の容量性素子ＣＦ内の寄生容量を一体化し、第１のバルクＢＮ１を集積回路の接地に接続することにより寄生容量を制御することが可能になり、第１の容量性素子ＣＦのＱ値が改善される。
【００２２】
本発明の好ましい一実施例において、集積回路は、第１の端子と第２の端子の間に、第１の単位に印加された調整電圧に依存する値をもつ容量を発生させるよう構成され、第２の端子が第１の容量性素子ＣＦの第１の端子ＴＣ１に接続されている第２の容量性素子ＶＣＤを更に有する。第２の容量性素子ＶＣＤはバラクターダイオードであり、このバラクターダイオードは、基板ＳＵＢの内側に設けられ導電性タイプがＮ形である第２のバルクＢＮ２の上に実装され、カソードが第１の端子を形成し、アノードが第２の端子を形成する。バラクターダイオードＶＣＤはＭＯＳ技術を用いて実現され、アノード及びカソードは、それぞれ、ウェルＮＷＥＬＬの表面に設けられた拡散領域Ｐ＋及びＮ＋により形成され、ウェルＮＷＥＬＬ自体は第２のバルクＢＮ２の上に配置されている。
【００２３】
第２の容量性素子ＶＣＤを導入することにより、以下の二つの利点が得られる。第１に、直列結合された第１の容量性素子ＣＦ及び第２の容量性素子ＶＣＤにより形成された組立体の容量値を変更することが可能であり、第２に、新しい製造工程を必要とするので、分散が減少する。
その上、固定の容量値を有する第１の容量性素子ＣＦと、第２の容量性素子との直列結合は、このように形成された組立体の容量の値に調整電圧の値に依存した直線的な変化を生じさせる。
【００２４】
本実施例において、第２の容量性素子がＭＯＳタイプのダイオードによって実現された場合、このようなダイオードをバイポーラ技術を用いて実現することができると共に、上記の利点は維持される。
図２には、上記の集積回路の一部分の等価的な電気系統図が示されている。第１の容量性素子ＣＦは、連続した２層の導電層ｉと導電層（ｉ＋１）との間に生じるコンデンサＣｉ（ｉ＝１，２，．．，５）の並列結合として表現され、導電層を分離する絶縁層は誘電体として作用する。上記の説明の通り、第１の容量性素子ＣＦは、第１の導電層１と第１のバルクＢＮ１との間にコンデンサＣ６を更に有し、第１のバルクＢＮ１は回路の接地に接続されている。バラクターダイオードの形で表現された第２の容量性素子ＶＣＤは、第１の容量性素子ＣＦと直列結合した形で配置され、第１の容量性素子と第２の容量性素子の組立体は、第１の端子Ｔ１及び第２の端子Ｔ２を有する容量性分路を形成する。第２の容量性素子ＶＣＤは、第１の端子Ｔ１に印加された調整電圧Ｖｔｕｎに依存した値を有する容量を発生させるよう構成されている。
【００２５】
この調整電圧Ｖｔｕｎは基本的に直流電圧であり、第２の容量性素子ＶＣＤを形成するバラクターダイオードのカソードは、できるだけ小さい交流信号が考慮される回路の接地に接続され、これは第１のバルクＢＮ１と第２のバルクＢＮ２の間の接続と等価的である。図２に点線で示された仮想的な接続は、第１の容量性分路のクォリティファクタを改善する。
【００２６】
図３には、本発明の一変形例による集積回路の電気系統図が示されている。同図に示された回路には、上記の容量性分路と並列結合された誘導性素子Ｌを含み、誘導性素子Ｌの第１の端子は電源端子ＶＣＣに接続され、第２の端子は第１の容量性素子ＣＦの第２の端子Ｔ２に接続される。かくして構成された組立体は、電圧制御型発振器ＶＣＯを形成し、その端子Ｔ２は出力端子であり、調整電圧Ｖｔｕｎの値に依存した周波数を有する出力信号Ｖｌｏを発生することが意図されている。
【００２７】
ここまでに説明した第２の容量性素子は、ＭＯＳタイプのバラクターダイオードの形で実現されている。しかし、固定容量値を有する別の容量性素子ＣＦと、バイポーラ技術によって実現され調整電圧Ｖｔｕｎを用いてバイアスされた別のバラクターダイオードとの直列組立体により形成された第２の容量性分路を上記の容量性分路と並列結合させて配置することが考えられる。このような実施例は、図面には示されていないが、集積回路の製造プロセスに新しい製造工程を導入し、分散を更に減少させる。
【００２８】
この実施例において、別の容量性分岐は、固定容量値を有する容量性素子ＣＦと、選択電圧Ｖｓｅｌ１によって切り替えることができるコンデンサＣｍ１の直列組立体により形成される。この切り替え可能なコンデンサＣｍ１は、帯域選択をすることができる。その上、ＮＭＯＳトランジスタの形式で実現された場合には、切り替え可能なコンデンサＣｍ１は、集積回路の製造プロセスに新しい製造工程を導入し、分散を更に減少させる。或いは、精細な帯域選択を行うため、このよう複数の並列した容量性分路を第１の容量性分路に接続してもよい。
【００２９】
図４は、例えば、上記の本発明の一変形例による集積回路を利用する無線電話機のような無線信号受信装置の簡単な機能的な構成図である。この無線信号受信装置は、所定の周波数域から選択された無線周波数ＦＲを有する無線信号を受信し、無線信号と呼ばれる電子信号Ｖｆｒに変換することができるアンテナ及びフィルタシステムＡＦとを含む。この装置は、無線信号Ｖｆｒと、発振周波数ＦＬＯが調整可能である局部発振器ＶＣＯからの信号Ｖｌｏとを受信し、無線周波数ＦＲと発振周波数ＦＬＯの差に一致する一定周波数ＦＩを有する出力信号Ｖｆｉを発生するよう構成されたミキサＭＩＸを更に有する。無線信号受信装置は、ミキサＭＩＸの出力信号Ｖｆｉを使用するよう構成された信号処理ユニットＰＵを更に有する。居部発振器ＶＣＯは上記の集積回路の形で実現され、選択電圧Ｖｔｕｎと選択信号Ｖｓｅｌ１とを受信するよう構成され、選択電圧Ｖｔｕｎ及び選択信号Ｖｓｅｌ１の値は、発振周波数ＦＬＯの値を定め、選択された無線信号の無線周波数ＦＲの値を定める。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一実施例による集積回路装置の部分断面図である。
【図２】本発明の好ましい一実施例による集積回路装置の部分的な電気系統図である。
【図３】本発明の他の実施例による集積回路装置の部分的な電気系統図である。
【図４】本発明の他の実施例による集積回路装置を利用する無線信号受信装置を説明する部分的な機能構成図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６ 導電層
ＡＦ アンテナ及びフィルタシステム
ＢＮ１ 第１のバルク
ＢＮ２ 第２のバルク
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６ コンデンサ
ＣＦ 第１の容量性素子
Ｃｍ１ 切り替え可能なコンデンサ
ＤＮ 拡散領域
Ｌ 誘導性素子
ＭＩＸ ミキサ
ＮＷＥＬＬ ウェル
ＰＵ 信号処理ユニット
ＳＵＢ 基板
Ｔ１ 容量性分路の第１の端子
Ｔ２ 容量性分路の第２の端子
ＴＣ１ 第１の容量性素子の第１の端子
ＴＣ２ 第１の容量性素子の第２の端子
ＶＣＣ 電源端子
ＶＣＤ 第２の容量性素子
ＶＣＯ 電圧制御型発振器

Claims (6)

1. 絶縁材料からなる絶縁層によって２層に分離され、低抵抗材料によって形成された導電層の系列により構成され、上記導電層から切り出された導電性極板の積層により形成され、上記導電層から電気的に絶縁され、第１の端子と第２の端子の間に固定値の容量を生ずる第１の容量性素子を含む集積回路装置であって、上記第１の容量性素子は、集積回路装置を構成する導電層と同数の導電性極板を含み、上記容量性素子の上記第１の端子及び上記第２の端子は上記積層の両端を形成する上記導電性極板に接続されており、
   上記第１の端子と上記第２の端子の間に上記第１の端子に印加された調整電圧に依存した値を有する容量を発生するよう構成された第２の容量性素子を更に含み、上記第２の容量性素子の上記第２の端子は上記第１の容量性素子の上記第１の端子と上記第２の端子の中の一方の端子に接続されており、
   上記第２の容量性素子が、基板の内側に設けられた所定の導電性タイプを有するバルクの上に構成されたバラクターダイオードであり、上記バラクターダイオードのカソードが上記第２の容量性素子の上記第１の端子を形成し、アノードが上記第２の端子を形成することを特徴とする集積回路装置。
2. 上記基板は、交互に重ねられたＮ層の絶縁層とＮ層の導電層の層の系列の支持体として使用され、上記層の系列に上記基板の方から昇順の番号が付けられ、ｉが３≦ｉ≦Ｎなる整数である場合に、上記第１の容量性素子のｉ番目の導電性極板は上記第１の容量性素子の（ｉ−２）番目の導電性極板と接続され、
   上記第１の容量性素子の上記第１の端子は１番目の導電性極板と接続され、上記第２の端子はＮ番目の導電性極板と接続されていることを特徴とする、請求項１記載の集積回路装置。
3. 所定の導電性タイプを有する第１のバルクが上記基板の内側に設けられ、
   上記第１の容量性素子を形成する上記積層は上記第１のバルクの上に重ねられ、
   上記第１のバルクは上記第１のバルクと同じ導電性タイプを有する領域を介して上記積層によって覆われた上記基板の表面に接続されていることを特徴とする、請求項２記載の集積回路装置。
4. 上記第１のバルクは上記集積回路装置の接地を形成する基準端子に接続されていることを特徴とする、請求項３記載の集積回路装置。
5. 第１の端子が電源端子に接続され、第２の端子が上記第１の容量性素子の上記第２の端子に接続され、上記調整電圧の値に依存した周波数を有する出力信号を発生させる発振器の出力端子を形成する誘電性素子を更に有することを特徴とする、請求項１記載の集積回路装置。
6. 所定の周波数域の真ん中で選択される無線周波数を有する無線信号を受信し、電子信号の形の無線信号に変換することができるアンテナ及びフィルタシステムと、
   上記電子信号の形の無線信号と、調整可能である発振周波数を有する局部発振器からの信号とを受信し、上記無線周波数と上記発振周波数の差に一致する一定周波数を有する出力信号を発生させるよう構成されたミキサと、
   上記ミキサの出力信号を使用するよう構成された信号処理ユニットとを含む無線信号受信装置であって、
   上記局部発振器は請求項５に記載された集積回路装置の形で実現されていることを特徴とする、無線信号受信装置。

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