[发明专利]电压控制可变电容和电压控制振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及电容根据控制电压变化的电压控制可变电容和使用它的电压控制振荡器。

背景技术

作为能够在半导体集成电路中使用的电压控制可变电容，已知变容二极管和MOS型电容元件这两种。在半导体集成电路中能够实现的变容二极管，如图12所示电容值的可变比率(最少电容值与最大电容值的比率)较小，在使用于电压控制型振荡电路等中时，存在不能够得到较大的频率可变幅度的问题。

VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator，电压控制晶体振荡器)等电压控制振荡器，具有利用从外部施加的控制电压，使接入振荡电路的电容值可变，由此控制其振荡频率的功能。作为该可变电容元件一般使用变容二极管，但是在集成电路中能够实现的变容二极管的最小电容值与最大电容值的比率只为2倍左右，较小。这是由于在用于形成集成电路的工艺中不能够实现浓度梯度急剧变化的PN结。

另一方面，作为在集成电路中能够实现的电容可变宽度较大的电压可变型电容，已知MOS型的电容。MOS型的电压可变型电容能够实现为变容二极管(PN结二极管)的可变幅度的近两倍的可变幅度。但是，MOS型的电压可变型电容在MOS型晶体管的阈值(Vt)附近的电压(约0.5V)处电容值急剧变化，因此电容值由于包含在控制电压中的噪声成分而容易受到调制，结果存在使电压控制型振荡器的相位噪声劣化，而且导致控制电压与振荡频率的关系的直线性变差的问题。

于是，在专利文献1中提出了下述可变电容：在将MOS型晶体管的源极、漏极短路的MOS型电容元件的栅极侧连接电容器，并联连接这样形成的MOS型电容元件和电容器的串联电路，对上述源极、漏极的短路部分施加控制电压，并且对MOS型电容元件与电容器之间施加偏置电压。该可变电容中，偏置电压的大小在各串联电路之间相互不同，因此当使控制电压依次变大时，各MOS型电容元件的栅极、源极(漏极)间的电压依次超过阈值，MOS型电容元件的电容值减少。由此，虽然电容的可变比率较大，但是在反转层形成的寄生电阻与电容串联地插入，因此存在可变电容的Q值低的问题。

专利文献1：日本特开2005-64691：图10

发明内容

本发明的目的在于提供一种电压可变型电容，其电容值的可变比率(最小电容值与最大电容值的比率)大，在例如构成电压控制振荡器时能够实现直线性高的控制电压与振荡频率的关系，并且Q值高。本发明的另一目的在于提供一种电压控制振荡器，其能够得到直线性高的控制电压与振荡频率的关系，而且振荡频率的调整幅度大。

本发明的电压控制可变电容的特征在于：

(1)使用多个MOS型电容元件，该MOS型电容元件具有：形成在硅层内的N型阱层；在该阱层上隔着栅极氧化膜形成的栅极电极；和在相对于上述栅极电极在面方向上离开的位置形成在上述阱层内、由N型杂质浓度比阱层多的N⁺层构成的接触层，

(2)上述多个MOS型电容元件的各个接触层共通地电连接，

(3)设置有用于向各MOS型电容元件的栅极电极供给相互不同的偏置电压的偏置电压供给部，

(4)设置有一端分别与上述MOS型电容元件的栅极电极连接，另一端共通地连接的多个非电压可变型电容元件，

(5)当令在上述MOS型电容元件的阱层形成源极、漏极而构成MOS型晶体管时的阈值电压为Vt时，大小相邻的偏置电压彼此的差被设定为比上述阈值电压Vt小，

通过向上述接触层供给控制电压，对上述多个MOS型电容元件的共通连接点与上述多个非电压可变型电容元件的共通连接点之间的电容值进行控制。

各非电压可变型电容元件的电容部分例如与栅极电极重叠设置。

其它发明的电压控制可变电容的特征在于：

(1)使用多个MOS型电容元件，该MOS型电容元件具有：形成在硅层内的P型阱层；在该阱层上隔着栅极氧化膜形成的栅极电极；和在相对于上述栅极电极在面方向上离开的位置形成在上述阱层内、由P型杂质浓度比阱层多的P⁺层构成的接触层，

(2)上述多个MOS型电容元件的各个栅极电极共通地电连接，

(3)设置有用于向各MOS型电容元件的接触层供给相互不同的偏置电压的偏置电压供给部，

(4)设置有一端分别与上述MOS型电容元件的接触层连接，另一端共通地连接的多个非电压可变型电容元件，

(5)当令在上述MOS型电容元件的阱层形成源极、漏极而构成MOS型晶体管时的阈值电压为Vt时，大小相邻的偏置电压彼此的差被设定为比上述阈值电压Vt小，