JPH0982892A - 半導体集積回路およびその製造方法 - Google Patents
半導体集積回路およびその製造方法Info
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- JPH0982892A JPH0982892A JP23583395A JP23583395A JPH0982892A JP H0982892 A JPH0982892 A JP H0982892A JP 23583395 A JP23583395 A JP 23583395A JP 23583395 A JP23583395 A JP 23583395A JP H0982892 A JPH0982892 A JP H0982892A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】面積の小さい可変容量コンデンサを搭載した半
導体集積回路を提供すること。 【解決手段】ＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ回路中
のＶＣＯ回路の可変容量部２に上部電極と、高誘電率膜
と、下部電極の積層構造にバイアス電圧を印加してなる
可変容量コンデンサを搭載した。
導体集積回路を提供すること。 【解決手段】ＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ回路中
のＶＣＯ回路の可変容量部２に上部電極と、高誘電率膜
と、下部電極の積層構造にバイアス電圧を印加してなる
可変容量コンデンサを搭載した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変容量コンデン
サを含む半導体集積回路およびその製造方法に関する。
サを含む半導体集積回路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気的にキャパシタ容量を変化さ
せる可変容量素子としては、バリキャップと呼ばれる可
変容量ダイオード（Variable Capacitance Diode）があ
る。可変容量ダイオードはＰＮ接合ダイオードからな
る。ＰＮ接合ダイオードにバイアス電圧を印加すると空
乏層が形成され、電圧の大きさによって空乏層の幅が変
化する。空乏層の幅が広いと電気容量は小さくなり、空
乏層の幅が狭いと電気容量は大きくなる。可変容量ダイ
オードはバイアス電圧を変化させることによって空乏層
の幅を変化させ、電気容量を変化させる。
せる可変容量素子としては、バリキャップと呼ばれる可
変容量ダイオード（Variable Capacitance Diode）があ
る。可変容量ダイオードはＰＮ接合ダイオードからな
る。ＰＮ接合ダイオードにバイアス電圧を印加すると空
乏層が形成され、電圧の大きさによって空乏層の幅が変
化する。空乏層の幅が広いと電気容量は小さくなり、空
乏層の幅が狭いと電気容量は大きくなる。可変容量ダイ
オードはバイアス電圧を変化させることによって空乏層
の幅を変化させ、電気容量を変化させる。
【０００３】このような可変容量ダイオードは、ＴＶチ
ューナー、ＦＭ／ＡＭチューナーなどのＡＦＴ、ＡＦ
Ｃ、ＦＭ変調用回路の部品として使用されてきた。ま
た、最近では自動選局機能を有する半導体集積回路が開
発され、その同調素子としても使用されるようになって
きた。例えばHi−Fi用ＦＭチューナー回路においては、
可変容量ダイオードが１０個使用され、また車載用ＦＭ
電子チューナーにおいては、可変容量ダイオードが６個
使用されている。
ューナー、ＦＭ／ＡＭチューナーなどのＡＦＴ、ＡＦ
Ｃ、ＦＭ変調用回路の部品として使用されてきた。ま
た、最近では自動選局機能を有する半導体集積回路が開
発され、その同調素子としても使用されるようになって
きた。例えばHi−Fi用ＦＭチューナー回路においては、
可変容量ダイオードが１０個使用され、また車載用ＦＭ
電子チューナーにおいては、可変容量ダイオードが６個
使用されている。
【０００４】しかし、可変容量ダイオード１個あたりの
面積は数ｍｍ2 以上と大きく、多くの可変容量ダイオー
ドを個別部品として実装するために、回路全体の面積が
大きくなってしまうという問題が生じていた。集積回路
と可変容量ダイオードを別々に実装すると、実装面積が
大きくなることのほかに、精細な調整がしにくいという
問題も生じ、従来から集積回路中に可変容量素子を取り
込みたいという要望が多かった。
面積は数ｍｍ2 以上と大きく、多くの可変容量ダイオー
ドを個別部品として実装するために、回路全体の面積が
大きくなってしまうという問題が生じていた。集積回路
と可変容量ダイオードを別々に実装すると、実装面積が
大きくなることのほかに、精細な調整がしにくいという
問題も生じ、従来から集積回路中に可変容量素子を取り
込みたいという要望が多かった。
【０００５】そこで可変容量を等価的に取り込んだ半導
体集積回路の例を以下に示す。図７は可変容量を等価的
に取り込んだＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ(Phase
Lock Loop) 回路中のＶＣＯ（Variable Cycle Oscilla
tor)回路の構成を示す回路図である。図７において１は
発振部で、発振部１中のコンデンサＣ5 およびＣ6 、コ
イルＬは集積回路の外部に実装されている。また、２は
可変容量を等価的に取り込んだ可変容量部である。しか
し、可変容量を実現するために、バイポーラトランジス
タ９個、ダイオード２個、抵抗２個等の多くの素子を必
要とし、チップサイズの増大を引き起こしていた。
体集積回路の例を以下に示す。図７は可変容量を等価的
に取り込んだＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ(Phase
Lock Loop) 回路中のＶＣＯ（Variable Cycle Oscilla
tor)回路の構成を示す回路図である。図７において１は
発振部で、発振部１中のコンデンサＣ5 およびＣ6 、コ
イルＬは集積回路の外部に実装されている。また、２は
可変容量を等価的に取り込んだ可変容量部である。しか
し、可変容量を実現するために、バイポーラトランジス
タ９個、ダイオード２個、抵抗２個等の多くの素子を必
要とし、チップサイズの増大を引き起こしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の可変容量を等価的に取り込んだ半導体集積回路はチッ
プサイズが大きくなるという問題をもっていた。本発明
の目的は、小さい面積で実現可能な可変容量コンデンサ
を搭載した半導体集積回路およびその製造方法を提供す
ることにある。
の可変容量を等価的に取り込んだ半導体集積回路はチッ
プサイズが大きくなるという問題をもっていた。本発明
の目的は、小さい面積で実現可能な可変容量コンデンサ
を搭載した半導体集積回路およびその製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
（構成）上記課題を解決し目的を達成するために本発明
の半導体集積回路およびその製造方法は、以下のごとく
構成されている。 （１）例えば、所定の回路機能を実現する機能ブロック
部を形成した半導体基板上に、金属／高誘電率材料／金
属又は金属／高誘電率材料／半導体の積層構造からな
り、該積層構造にバイアス電圧を印加する手段を有する
少なくとも一つの可変容量コンデンサを設けてなる。 （２）金属／高誘電率材料／金属又は金属／高誘電率材
料／半導体の積層構造からなり、該積層構造にバイアス
電圧を印加する手段を有する少なくとも一つの可変容量
コンデンサと、金属／高誘電率材料／金属又は金属／高
誘電率材料／半導体の積層構造からなる少なくとも一つ
の固定容量コンデンサとを具備してなる。 （３）上記（２）に記載の半導体集積回路を製造する方
法において、前記可変容量コンデンサと前記固定容量コ
ンデンサを、同一の製造工程で同時に形成する。
の半導体集積回路およびその製造方法は、以下のごとく
構成されている。 （１）例えば、所定の回路機能を実現する機能ブロック
部を形成した半導体基板上に、金属／高誘電率材料／金
属又は金属／高誘電率材料／半導体の積層構造からな
り、該積層構造にバイアス電圧を印加する手段を有する
少なくとも一つの可変容量コンデンサを設けてなる。 （２）金属／高誘電率材料／金属又は金属／高誘電率材
料／半導体の積層構造からなり、該積層構造にバイアス
電圧を印加する手段を有する少なくとも一つの可変容量
コンデンサと、金属／高誘電率材料／金属又は金属／高
誘電率材料／半導体の積層構造からなる少なくとも一つ
の固定容量コンデンサとを具備してなる。 （３）上記（２）に記載の半導体集積回路を製造する方
法において、前記可変容量コンデンサと前記固定容量コ
ンデンサを、同一の製造工程で同時に形成する。
【０００８】本発明において好ましい態様は以下の通り
である。 （ａ）上記高誘電率材料の誘電率が２０以上である。 （ｂ）上記高誘電率材料の膜厚が１μｍ以下である。
である。 （ａ）上記高誘電率材料の誘電率が２０以上である。 （ｂ）上記高誘電率材料の膜厚が１μｍ以下である。
【０００９】また本発明においては、複数の可変容量コ
ンデンサ間で高誘電率材料の膜厚及び面積が異なっても
良い。また、可変容量コンデンサ及び固定容量コンデン
サを構成する高誘電率材料が素子によって異なってもよ
い。
ンデンサ間で高誘電率材料の膜厚及び面積が異なっても
良い。また、可変容量コンデンサ及び固定容量コンデン
サを構成する高誘電率材料が素子によって異なってもよ
い。
【００１０】（作用）金属と高誘電率材料と金属との積
層構造（以下ＭＩＭ構造と記す）、または金属と高誘電
率材料と半導体との積層構造（以下ＭＩＳ構造と記す）
からなるコンデンサは、すでに固定電圧におけるコンデ
ンサ素子として使用することが提案されていた。これら
の構造で、誘電率の高い薄膜を用いると、高誘電率材料
特有の電気容量の電圧依存性を示す。従来から集積回路
内で用いられてきた低誘電率のＳｉＯ2 、ＳｉＮまたは
ＳｉＯＮでは、低誘電率材料であるがゆえに電気容量の
電圧依存性はほとんど見られない。また一方で、高誘電
率材料を用いたコンデンサにおいても、誘電体がバルク
のセラミックからなるために、電気容量の電圧依存性は
ほとんど問題にされてこなかった。なぜならば、バルク
の高誘電率材料を用いたコンデンサにおいては、電極間
の厚さが薄膜の１００〜１０００倍であるため、特に高
電圧下で用いる用途の部品を除けば、電界としては非常
に小さい値で駆動しており、電気容量変化が比較的小さ
い領域で使用しているためである。ところが、高誘電率
材料を薄膜で使用するコンデンサの場合には、駆動電圧
が３〜５Ｖ程度であっても極めて大きな電界下で使用す
ることになる。例えば、１００ｎｍ〜１μｍの薄膜コン
デンサを５Ｖで駆動すると、５０〜５００ＫＶ／ｃｍと
いう大きな電界がかかる。高誘電率材料は本質的に大き
な電界依存性を持っているが、セラミックや単結晶のバ
ルク材料を使った部品ではあらわれない電圧依存性が高
誘電率薄膜では顕著にあらわれる。高誘電率薄膜を固定
電圧下でコンデンサとして使用する場合、使用電圧にお
ける容量値をあらかじめ見込んで回路設計がなされる。
しかしながら、高誘電率薄膜の誘電率の特徴的な電圧依
存性を生かし、このＭＩＭまたはＭＩＳ構造に負荷する
電圧を変化させることによって、可変容量を得ることが
できる。
層構造（以下ＭＩＭ構造と記す）、または金属と高誘電
率材料と半導体との積層構造（以下ＭＩＳ構造と記す）
からなるコンデンサは、すでに固定電圧におけるコンデ
ンサ素子として使用することが提案されていた。これら
の構造で、誘電率の高い薄膜を用いると、高誘電率材料
特有の電気容量の電圧依存性を示す。従来から集積回路
内で用いられてきた低誘電率のＳｉＯ2 、ＳｉＮまたは
ＳｉＯＮでは、低誘電率材料であるがゆえに電気容量の
電圧依存性はほとんど見られない。また一方で、高誘電
率材料を用いたコンデンサにおいても、誘電体がバルク
のセラミックからなるために、電気容量の電圧依存性は
ほとんど問題にされてこなかった。なぜならば、バルク
の高誘電率材料を用いたコンデンサにおいては、電極間
の厚さが薄膜の１００〜１０００倍であるため、特に高
電圧下で用いる用途の部品を除けば、電界としては非常
に小さい値で駆動しており、電気容量変化が比較的小さ
い領域で使用しているためである。ところが、高誘電率
材料を薄膜で使用するコンデンサの場合には、駆動電圧
が３〜５Ｖ程度であっても極めて大きな電界下で使用す
ることになる。例えば、１００ｎｍ〜１μｍの薄膜コン
デンサを５Ｖで駆動すると、５０〜５００ＫＶ／ｃｍと
いう大きな電界がかかる。高誘電率材料は本質的に大き
な電界依存性を持っているが、セラミックや単結晶のバ
ルク材料を使った部品ではあらわれない電圧依存性が高
誘電率薄膜では顕著にあらわれる。高誘電率薄膜を固定
電圧下でコンデンサとして使用する場合、使用電圧にお
ける容量値をあらかじめ見込んで回路設計がなされる。
しかしながら、高誘電率薄膜の誘電率の特徴的な電圧依
存性を生かし、このＭＩＭまたはＭＩＳ構造に負荷する
電圧を変化させることによって、可変容量を得ることが
できる。
【００１１】
（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態に係わ
るＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ用ＶＣＯ回路の構
成を示す回路図である。図１と図７のＶＣＯ回路は同じ
動作をする回路である。図１において、ＶＣＯ回路は発
振部１（特許請求の範囲の機能ブロック部に相当）と可
変容量部２とから構成されている。Ｒ1 からＲ5 は抵抗
で、Ｌはコイル、Ｑ1 からＱ2 はトランジスタ、Ｃ1 か
らＣ8 は固定容量コンデンサ、そしてＣx は可変容量コ
ンデンサである。またＶcontは可変容量コンデンサＣx
にある電圧を印加し、固定容量コンデンサＣx の電気容
量を所望の値にするための電源である。コンデンサＣ5
及びＣ6 、及びコイルＬは集積回路の外部に実装されて
おり、それ以外の素子はすべて同一基板上に搭載されて
いる。
るＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ用ＶＣＯ回路の構
成を示す回路図である。図１と図７のＶＣＯ回路は同じ
動作をする回路である。図１において、ＶＣＯ回路は発
振部１（特許請求の範囲の機能ブロック部に相当）と可
変容量部２とから構成されている。Ｒ1 からＲ5 は抵抗
で、Ｌはコイル、Ｑ1 からＱ2 はトランジスタ、Ｃ1 か
らＣ8 は固定容量コンデンサ、そしてＣx は可変容量コ
ンデンサである。またＶcontは可変容量コンデンサＣx
にある電圧を印加し、固定容量コンデンサＣx の電気容
量を所望の値にするための電源である。コンデンサＣ5
及びＣ6 、及びコイルＬは集積回路の外部に実装されて
おり、それ以外の素子はすべて同一基板上に搭載されて
いる。
【００１２】図１において、図１と図７とにおける可変
容量部２の大きさを比べると、図７の可変容量部２では
７５０００μｍ2 の面積を要していたが、図１の可変容
量部２においては６８００μｍ2 となり、約１０分の１
の面積にすることができた。そのため、本実施形態の回
路は従来に比べてチップサイズを小さくすることができ
た。
容量部２の大きさを比べると、図７の可変容量部２では
７５０００μｍ2 の面積を要していたが、図１の可変容
量部２においては６８００μｍ2 となり、約１０分の１
の面積にすることができた。そのため、本実施形態の回
路は従来に比べてチップサイズを小さくすることができ
た。
【００１３】本実施形態の発振回路の発振原理を以下に
示す。コンデンサの電気容量がＣ、コイルのインダクタ
ンスがＬ0 の発振回路の発振周波数ｆ0 は、 ｆ0 ＝１／［２π×（Ｌ0 ×Ｃ）1/2 ］ である。本実施形態のＶＣＯ回路のコンデンサは可変容
量コンデンサであるので、電気容量Ｃが変化する。した
がって本実施形態のＶＣＯ回路では異なる周波数を提供
することができる。
示す。コンデンサの電気容量がＣ、コイルのインダクタ
ンスがＬ0 の発振回路の発振周波数ｆ0 は、 ｆ0 ＝１／［２π×（Ｌ0 ×Ｃ）1/2 ］ である。本実施形態のＶＣＯ回路のコンデンサは可変容
量コンデンサであるので、電気容量Ｃが変化する。した
がって本実施形態のＶＣＯ回路では異なる周波数を提供
することができる。
【００１４】Ｘ1 Ｖ印加時の電気容量がｘ1 Ｃ0 Ｆ、Ｘ
2 Ｖ印加時の容量がｘ2 Ｃ0 Ｆである時には、それぞれ
の発振周波数ｆ01とｆ02は次の関係を持つ。 ｆ02＝ｆ01×（ｘ1 ／ｘ2 ）1/2 可変容量コンデンサは、複数個組み合わせて使用するこ
とができ、また他の固定容量コンデンサとを組み合わせ
て用いることもできる。例えば、電気容量がＣv の可変
容量コンデンサと電気容量がＣf の固定容量コンデンサ
とが並列にコイルに接続されていれば、発振周波数ｆ0
は、 ｆ0 ＝１／｛２π×［Ｌ0 ×（Ｃf ＋Ｃv ）］1/2 ｝ となり、可変容量コンデンサの電気容量Ｃv が変化する
ことによって発振周波数ｆ0 が変化する。
2 Ｖ印加時の容量がｘ2 Ｃ0 Ｆである時には、それぞれ
の発振周波数ｆ01とｆ02は次の関係を持つ。 ｆ02＝ｆ01×（ｘ1 ／ｘ2 ）1/2 可変容量コンデンサは、複数個組み合わせて使用するこ
とができ、また他の固定容量コンデンサとを組み合わせ
て用いることもできる。例えば、電気容量がＣv の可変
容量コンデンサと電気容量がＣf の固定容量コンデンサ
とが並列にコイルに接続されていれば、発振周波数ｆ0
は、 ｆ0 ＝１／｛２π×［Ｌ0 ×（Ｃf ＋Ｃv ）］1/2 ｝ となり、可変容量コンデンサの電気容量Ｃv が変化する
ことによって発振周波数ｆ0 が変化する。
【００１５】図２は本発明の第１実施形態に係わる可変
容量コンデンサを用いたＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰ
ＬＬ用ＶＣＯ回路の発振部および可変容量部の等価回路
の構成を示す回路図である。
容量コンデンサを用いたＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰ
ＬＬ用ＶＣＯ回路の発振部および可変容量部の等価回路
の構成を示す回路図である。
【００１６】可変容量部２は固定容量コンデンサＣ7 及
びＣ8 と可変容量コンデンサＣx とが直列に接続されて
構成されており、可変容量部２の合成電気容量Ｃは、 Ｃ＝（Ｃ7 ×Ｃx ×Ｃ8 ）／（Ｃ7 ×Ｃx ＋Ｃx ×Ｃ8 ＋Ｃ7 ×Ｃ8 ） というように、可変容量コンデンサＣx の変化に応じて
合成電気容量Ｃが変化する。また固定容量コンデンサＣ
1 およびＣ2 が可変容量部２に並列に接続されているの
で、可変容量コンデンサＣx の変化に応じて合成電気容
量Ｃが変化し、さらには合成電気容量Ｃと固定容量コン
デンサＣ1 およびＣ2 との合成電気容量が可変容量とし
て変化することを利用して、異なる発振周波数を得てい
る。また特に精度を必要とする回路では、さらに複数の
固定容量コンデンサあるいは抵抗素子と組み合わせて用
い、発振周波数を制御してもよい。
びＣ8 と可変容量コンデンサＣx とが直列に接続されて
構成されており、可変容量部２の合成電気容量Ｃは、 Ｃ＝（Ｃ7 ×Ｃx ×Ｃ8 ）／（Ｃ7 ×Ｃx ＋Ｃx ×Ｃ8 ＋Ｃ7 ×Ｃ8 ） というように、可変容量コンデンサＣx の変化に応じて
合成電気容量Ｃが変化する。また固定容量コンデンサＣ
1 およびＣ2 が可変容量部２に並列に接続されているの
で、可変容量コンデンサＣx の変化に応じて合成電気容
量Ｃが変化し、さらには合成電気容量Ｃと固定容量コン
デンサＣ1 およびＣ2 との合成電気容量が可変容量とし
て変化することを利用して、異なる発振周波数を得てい
る。また特に精度を必要とする回路では、さらに複数の
固定容量コンデンサあるいは抵抗素子と組み合わせて用
い、発振周波数を制御してもよい。
【００１７】またＨｉ−Ｆｉ用ＦＭチューナ回路や車載
用ＦＭ電子チューナ回路に用いられている可変容量ダイ
オードを本発明に係わる可変容量コンデンサに置き換え
て、半導体基板上に搭載することも可能である。また、
可変容量コンデンサを集積回路を、ＡＧＣ高性能アン
プ、音声用リミッタアンプ、ＣＲ位相発振回路等にも搭
載することが可能である。
用ＦＭ電子チューナ回路に用いられている可変容量ダイ
オードを本発明に係わる可変容量コンデンサに置き換え
て、半導体基板上に搭載することも可能である。また、
可変容量コンデンサを集積回路を、ＡＧＣ高性能アン
プ、音声用リミッタアンプ、ＣＲ位相発振回路等にも搭
載することが可能である。
【００１８】次に本実施形態の図１のＶＣＯ回路に搭載
した可変容量コンデンサについて説明する。図３は本発
明の第１実施形態に係わる可変容量コンデンサの構造を
示す断面図である。図１において、Ｓｉ基板１１上にＳ
ｉ酸化膜からなる分離層１２が形成されている。分離層
１２の上部の一部にＰｔ／Ｔｉからなる下部電極１３が
形成され、その上部に高誘電率膜１４として膜厚２００
ｎｍの（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 がゾル・ゲル法によって
形成されている。またその上にＰｔからなる上部電極１
５が形成され、その上に保護膜１６が形成され、その保
護膜１６が一部を開口されて、上部電極１５と接続する
配線１７が形成されている。配線１７の下部の上部電極
１５と高誘電率膜１４と下部電極１３との積層構造にバ
イアス電圧が印加されるようになっており、そのバイア
ス電圧を変化させることによって可変容量コンデンサと
して機能する。
した可変容量コンデンサについて説明する。図３は本発
明の第１実施形態に係わる可変容量コンデンサの構造を
示す断面図である。図１において、Ｓｉ基板１１上にＳ
ｉ酸化膜からなる分離層１２が形成されている。分離層
１２の上部の一部にＰｔ／Ｔｉからなる下部電極１３が
形成され、その上部に高誘電率膜１４として膜厚２００
ｎｍの（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 がゾル・ゲル法によって
形成されている。またその上にＰｔからなる上部電極１
５が形成され、その上に保護膜１６が形成され、その保
護膜１６が一部を開口されて、上部電極１５と接続する
配線１７が形成されている。配線１７の下部の上部電極
１５と高誘電率膜１４と下部電極１３との積層構造にバ
イアス電圧が印加されるようになっており、そのバイア
ス電圧を変化させることによって可変容量コンデンサと
して機能する。
【００１９】次に高誘電率膜の図３のＭＩＭ構造におい
て、材料を変えたときの可変容量コンデンサの電気容量
の電圧依存性を示す。ここで高誘電率材料として、強誘
電体と２種類の常誘電体を用いた。
て、材料を変えたときの可変容量コンデンサの電気容量
の電圧依存性を示す。ここで高誘電率材料として、強誘
電体と２種類の常誘電体を用いた。
【００２０】図４は本発明の第１実施形態に係わる可変
容量コンデンサの電気容量の電圧依存性を示す特性図で
ある。図４において、（ａ）及び（ｂ）は常誘電体で、
特に常誘電体（ｂ）は図１に示した構成の膜厚２００ｎ
ｍの（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ3 である。また、（ｃ）は強誘
電体でる。
容量コンデンサの電気容量の電圧依存性を示す特性図で
ある。図４において、（ａ）及び（ｂ）は常誘電体で、
特に常誘電体（ｂ）は図１に示した構成の膜厚２００ｎ
ｍの（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ3 である。また、（ｃ）は強誘
電体でる。
【００２１】強誘電体である（ｃ）は電気容量の電圧依
存性が大きいが、強誘電体自身の性質のためにヒステリ
シスが存在している。常誘電体である（ｂ）の（Ｂａ，
Ｓｒ）Ｔｉ3 の電気容量の電圧依存性は比較的大きい。
また常誘電体である（ａ）は同じく常誘電体である
（ｂ）の（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ3 に比べて電気容量の電圧
依存性が小さい。
存性が大きいが、強誘電体自身の性質のためにヒステリ
シスが存在している。常誘電体である（ｂ）の（Ｂａ，
Ｓｒ）Ｔｉ3 の電気容量の電圧依存性は比較的大きい。
また常誘電体である（ａ）は同じく常誘電体である
（ｂ）の（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔｉ3 に比べて電気容量の電圧
依存性が小さい。
【００２２】図５は本発明の第１実施形態に係わる高誘
電率膜の膜厚を変化させたときの可変容量コンデンサの
電気容量の電圧依存性を示す特性図である。図５におい
て（ａ）は膜厚１μｍ、（ｂ）は膜厚５００ｎｍ、
（ｃ）は膜厚１００ｎｍ、（ｄ）は膜厚５０ｎｍであ
る。高誘電率膜の膜厚を薄くすると、特徴的な電圧−容
量変化が得られる。高誘電率膜の膜厚が１μｍ、５００
ｎｍでは電気容量の電圧依存性は小さい。しかし、高誘
電率膜の膜厚が１００ｎｍ、５０ｎｍと薄くなると、電
気容量の電圧依存性が大きくなることが分かる。高誘電
率膜の膜厚が薄くなると電気容量の電圧依存性が大きく
なるのは、膜厚が薄くなると高誘電率膜にかかる電界が
大きくなるからである。
電率膜の膜厚を変化させたときの可変容量コンデンサの
電気容量の電圧依存性を示す特性図である。図５におい
て（ａ）は膜厚１μｍ、（ｂ）は膜厚５００ｎｍ、
（ｃ）は膜厚１００ｎｍ、（ｄ）は膜厚５０ｎｍであ
る。高誘電率膜の膜厚を薄くすると、特徴的な電圧−容
量変化が得られる。高誘電率膜の膜厚が１μｍ、５００
ｎｍでは電気容量の電圧依存性は小さい。しかし、高誘
電率膜の膜厚が１００ｎｍ、５０ｎｍと薄くなると、電
気容量の電圧依存性が大きくなることが分かる。高誘電
率膜の膜厚が薄くなると電気容量の電圧依存性が大きく
なるのは、膜厚が薄くなると高誘電率膜にかかる電界が
大きくなるからである。
【００２３】高誘電率膜の厚さが１μｍを越えると、電
圧−容量変化を持つものの、電圧−容量変化が小さくな
るばかりでなく、通常の半導体プロセスでは、基板上で
積層構造に加工することが難しくなるため、高誘電体膜
の厚さは１μｍ以下であることが望ましい。
圧−容量変化を持つものの、電圧−容量変化が小さくな
るばかりでなく、通常の半導体プロセスでは、基板上で
積層構造に加工することが難しくなるため、高誘電体膜
の厚さは１μｍ以下であることが望ましい。
【００２４】以上のように高誘電率材料の薄膜を用いた
ＭＩＭ構造あるいはＭＩＳ構造では、特徴的な電圧−容
量変化が得られる。特にＭＩＳ構造では空乏層のために
電気容量の電圧依存性は、ＭＩＭ構造に比べて、さらに
大きくなる。
ＭＩＭ構造あるいはＭＩＳ構造では、特徴的な電圧−容
量変化が得られる。特にＭＩＳ構造では空乏層のために
電気容量の電圧依存性は、ＭＩＭ構造に比べて、さらに
大きくなる。
【００２５】所望の電圧−容量変化は、誘電体の種類、
膜厚、電極材料等を変えたり、誘電体膜中に若干の添加
物、不純物を注入すること等によって得られる。高誘電
率材料としては、十分大きな容量変化を引き起こさせる
ために誘電率２０以上のものが望ましい。特に各種のペ
ロブスカイト構造を含む層状化合物が代表的なものであ
る。その中でも特に、ＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、
（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 等は誘電率が１００
以上であり、膜厚が比較的厚い領域でも大きな電圧−容
量変化が得られる。一方、誘電率が２０から１００の高
誘電率材料では電圧−容量変化は比較的小さいものの、
容量精度が高く、誘電損失、誘電率の温度依存性が小さ
いという利点を有する。
膜厚、電極材料等を変えたり、誘電体膜中に若干の添加
物、不純物を注入すること等によって得られる。高誘電
率材料としては、十分大きな容量変化を引き起こさせる
ために誘電率２０以上のものが望ましい。特に各種のペ
ロブスカイト構造を含む層状化合物が代表的なものであ
る。その中でも特に、ＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、
（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3 、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 等は誘電率が１００
以上であり、膜厚が比較的厚い領域でも大きな電圧−容
量変化が得られる。一方、誘電率が２０から１００の高
誘電率材料では電圧−容量変化は比較的小さいものの、
容量精度が高く、誘電損失、誘電率の温度依存性が小さ
いという利点を有する。
【００２６】（第２実施形態）図６は本発明の第２実施
形態に係わる可変容量コンデンサと固定容量コンデン
サ、およびトランジスタを同一基板上に集積した半導体
集積回路の構成を示す断面図である。
形態に係わる可変容量コンデンサと固定容量コンデン
サ、およびトランジスタを同一基板上に集積した半導体
集積回路の構成を示す断面図である。
【００２７】Ｓｉ基板２１の上部の一部にｎ+ 層２２が
形成され、Ｓｉ基板２１とｎ+ 層２２との上部にｎ型Ｓ
ｉ２３が形成されている。ｎ+ 層２２の上部のｎ型Ｓｉ
２３の一部にｐ層のベース２４が形成され、そのベース
２４の一部にｎ+ 型層からなるエミッタ２５が形成され
ている。またｎ+ 層２２と接続するｎ層からなるコレク
タ２６が形成され、バイポーラトランジスタが形成され
ている。以上の構造の上部に選択的に分離層２７が形成
され、その分離層２７上部に、下部電極２８と、高誘電
率膜２９と上部電極３０を積層した構造からなるコンデ
ンサ素子が２組形成されている。以上すべての構造の上
に保護膜３１が形成され、ベース２４、エミッタ２５、
コレクタ２６、および２つの上部電極３０上にそれぞれ
配線３２及び３３及び３４及び３５及び３６が形成され
ている。配線３６の下のコンデンサ素子にバイアス電圧
を印加することによって、配線３６の下のコンデンサ素
子が可変容量コンデンサとして動作する。したがって、
バイアス電圧を印加しない、配線３５の下のコンデンサ
素子は固定容量コンデンサとなる。
形成され、Ｓｉ基板２１とｎ+ 層２２との上部にｎ型Ｓ
ｉ２３が形成されている。ｎ+ 層２２の上部のｎ型Ｓｉ
２３の一部にｐ層のベース２４が形成され、そのベース
２４の一部にｎ+ 型層からなるエミッタ２５が形成され
ている。またｎ+ 層２２と接続するｎ層からなるコレク
タ２６が形成され、バイポーラトランジスタが形成され
ている。以上の構造の上部に選択的に分離層２７が形成
され、その分離層２７上部に、下部電極２８と、高誘電
率膜２９と上部電極３０を積層した構造からなるコンデ
ンサ素子が２組形成されている。以上すべての構造の上
に保護膜３１が形成され、ベース２４、エミッタ２５、
コレクタ２６、および２つの上部電極３０上にそれぞれ
配線３２及び３３及び３４及び３５及び３６が形成され
ている。配線３６の下のコンデンサ素子にバイアス電圧
を印加することによって、配線３６の下のコンデンサ素
子が可変容量コンデンサとして動作する。したがって、
バイアス電圧を印加しない、配線３５の下のコンデンサ
素子は固定容量コンデンサとなる。
【００２８】可変容量コンデンサ及び固定容量コンデン
サを構成する下部電極２８、高誘電率膜２９、及び上部
電極３０は、それぞれ同一の材料から構成されている。
したがって、下部電極２８、高誘電率膜２９、および上
部電極３０を形成する際、それぞれ同一の成膜方法で形
成することができる。したがって、可変容量コンデンサ
と固定容量コンデンサとは同一の工程で同時に形成する
ことができた。
サを構成する下部電極２８、高誘電率膜２９、及び上部
電極３０は、それぞれ同一の材料から構成されている。
したがって、下部電極２８、高誘電率膜２９、および上
部電極３０を形成する際、それぞれ同一の成膜方法で形
成することができる。したがって、可変容量コンデンサ
と固定容量コンデンサとは同一の工程で同時に形成する
ことができた。
【００２９】可変容量コンデンサと固定容量コンデンサ
とを同一の工程で同時に形成することが可能なので、可
変容量コンデンサの搭載によるプロセスの増加を最小限
に抑えることができる。
とを同一の工程で同時に形成することが可能なので、可
変容量コンデンサの搭載によるプロセスの増加を最小限
に抑えることができる。
【００３０】（変形例）第１実施形態および第２実施形
態の可変容量コンデンサはＭＩＭ構造であるが、ＭＩＳ
構造でも形成することが可能である。
態の可変容量コンデンサはＭＩＭ構造であるが、ＭＩＳ
構造でも形成することが可能である。
【００３１】所望の特性を得るために、金属−金属間あ
るいは金属−半導体間に挟む誘電体材料を変えることに
よって、可変容量コンデンサと固定容量コンデンサとを
区別し、形成することも可能である。
るいは金属−半導体間に挟む誘電体材料を変えることに
よって、可変容量コンデンサと固定容量コンデンサとを
区別し、形成することも可能である。
【００３２】複数個の可変容量コンデンサを含む回路で
は、金属−金属間あるいは金属−半導体間に挟む誘電体
膜の膜厚を変えることによって、それぞれの可変容量コ
ンデンサを区別し、形成することもできる。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことが可能である。
は、金属−金属間あるいは金属−半導体間に挟む誘電体
膜の膜厚を変えることによって、それぞれの可変容量コ
ンデンサを区別し、形成することもできる。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことが可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば下記の半導体集積回路お
よびその製造方法を提供できる。ある機能を実現する回
路を有する半導体集積回路上に可変容量をわずかな素子
部で形成することが可能となり、実装すべき個別部品が
減少することによって、集積回路全体の面積を大幅に減
少させることが可能である。
よびその製造方法を提供できる。ある機能を実現する回
路を有する半導体集積回路上に可変容量をわずかな素子
部で形成することが可能となり、実装すべき個別部品が
減少することによって、集積回路全体の面積を大幅に減
少させることが可能である。
【００３４】複数の可変容量コンデンサおよび固定容量
コンデンサを同一基板上に共通工程で同時に形成するこ
とが可能であるため、可変容量コンデンサの搭載による
プロセスコストの増加を最小限に抑えることができる。
コンデンサを同一基板上に共通工程で同時に形成するこ
とが可能であるため、可変容量コンデンサの搭載による
プロセスコストの増加を最小限に抑えることができる。
【図１】本発明の第１実施形態に係わる可変容量コンデ
ンサを用いたＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ用ＶＣ
Ｏ回路の構成を示す回路図。
ンサを用いたＢＳ／ＣＳ−ＦＭ変調器用のＰＬＬ用ＶＣ
Ｏ回路の構成を示す回路図。
【図２】本発明の第１実施形態に係わるＢＳ／ＣＳ−Ｆ
Ｍ変調器用のＰＬＬ用ＶＣＯ回路の発振部および可変容
量部の等価回路の構成を示す回路図。
Ｍ変調器用のＰＬＬ用ＶＣＯ回路の発振部および可変容
量部の等価回路の構成を示す回路図。
【図３】本発明の第１実施形態に係わる可変容量コンデ
ンサの構造を示す断面図。
ンサの構造を示す断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係わる可変容量コンデ
ンサの電気容量の電圧依存性を示す特性図。
ンサの電気容量の電圧依存性を示す特性図。
【図５】本発明の第１実施形態に係わる高誘電率膜の膜
厚を変化させたときの可変容量コンデンサの電気容量の
電圧依存性を示す特性図。
厚を変化させたときの可変容量コンデンサの電気容量の
電圧依存性を示す特性図。
【図６】本発明の第２実施形態に係わる可変容量コンデ
ンサと固定容量コンデンサ、およびトランジスタを同一
基板上に搭載した半導体集積回路の構成を示す断面図。
ンサと固定容量コンデンサ、およびトランジスタを同一
基板上に搭載した半導体集積回路の構成を示す断面図。
【図７】可変容量を等価的に取り込んだＢＳ／ＣＳ−Ｆ
Ｍ変調器用のＰＬＬ回路中のＶＣＯ回路の構成を示す回
路図。
Ｍ変調器用のＰＬＬ回路中のＶＣＯ回路の構成を示す回
路図。
１…発振部 ２…可変容量部 Ｌ…コイル Ｒ1 〜Ｒ5 …抵抗 Ｑ1 〜Ｑ2 …トランジスタ Ｃ1 〜Ｃ10…固定容量コンデンサ Ｃx …可変容量コンデンサ １１…Ｓｉ基板 １２…分離層 １３…下部電極 １４…高誘電率膜 １５…上部電極 １６…保護膜 １７…配線 ２１…Ｓｉ基板 ２２…ｎ+ 層 ２３…ｎ型Ｓｉ ２４…ベース ２５…エミッタ ２６…コレクタ ２７…分離層 ２８…下部電極 ２９…高誘電率膜 ３０…上部電極 ３１…保護膜 ３２〜３６…配線
Claims (3)
- 【請求項１】金属／高誘電率材料／金属又は金属／高誘
電率材料／半導体の積層構造からなり、該積層構造にバ
イアス電圧を印加する手段を有する少なくとも一つの可
変容量コンデンサを設けてなることを特徴とする半導体
集積回路。 - 【請求項２】金属／高誘電率材料／金属又は金属／高誘
電率材料／半導体の積層構造からなり、該積層構造にバ
イアス電圧を印加する手段を有する少なくとも一つの可
変容量コンデンサと、金属／高誘電率材料／金属又は金
属／高誘電率材料／半導体の積層構造からなる少なくと
も一つの固定容量コンデンサとを具備してなることを特
徴とする半導体集積回路。 - 【請求項３】請求項２に記載の半導体集積回路を製造す
る方法において、前記可変容量コンデンサと前記固定容
量コンデンサを、同一の製造工程で同時に形成すること
を特徴とする半導体集積回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23583395A JPH0982892A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 半導体集積回路およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23583395A JPH0982892A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 半導体集積回路およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982892A true JPH0982892A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16991945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23583395A Pending JPH0982892A (ja) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | 半導体集積回路およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0982892A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002540597A (ja) * | 1999-03-19 | 2002-11-26 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 改善された集積型の発振器及び調整可能な回路 |
| JP2009537973A (ja) * | 2006-05-18 | 2009-10-29 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 調整可能なオンチップ・サブキャパシタ設計 |
| DE102018208214A1 (de) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | Yazaki Corporation | Verbinder |
| DE102018208215A1 (de) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | Yazaki Corporation | Verbinder |
-
1995
- 1995-09-13 JP JP23583395A patent/JPH0982892A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002540597A (ja) * | 1999-03-19 | 2002-11-26 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 改善された集積型の発振器及び調整可能な回路 |
| JP2009537973A (ja) * | 2006-05-18 | 2009-10-29 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 調整可能なオンチップ・サブキャパシタ設計 |
| DE102018208214A1 (de) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | Yazaki Corporation | Verbinder |
| DE102018208215A1 (de) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | Yazaki Corporation | Verbinder |
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