(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのノードと、これらのノードに結合された逆バイアスダイオードによりこれらのノード間の容量性インピーダンスの少なくとも一部を補償する手段とを具える電子集積回路装置であって、前記逆バイアスダイオードはブレークスルーで駆動され、前記２つのノードのうちの一方のノードがボンディングパッド又は前記電子集積回路の相互接続ワイヤに接続されており、前記電子集積回路装置の基板に対する前記ボンディングパッド又は前記相互接続ワイヤのキャパシタンスが、補償すべき前記容量性インピーダンスのうちの前記一部である当該電子集積回路装置において、
前記ボンディングパッド又は前記相互接続ワイヤと前記基板との間に前記２つのノードのうちの他方のノードと結合される埋込層が配置され、前記逆バイアスダイオードが前記ボンディングパッド又は前記相互接続ワイヤと前記埋込層との間に前記２つのノードを経て接続されていることを特徴とする電子集積回路装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の電子集積回路装置において、この電子集積回路装置が更に、バイアス電流を前記逆バイアスダイオードに流す手段を有していることを特徴とする電子集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、２つのノードと、これらのノード間の容量性インピーダンスの少なくとも一部を補償する手段とを具える電子装置に関するものである。
電子装置の分野では、２つのノード間の不所望なキャパシタンス又は寄生キャパシタンスがしばしばこのような電子装置の有効性を阻害する。その理由は、これらの不所望なキャパシタンスが、電子装置を用いうる上側周波数を制限するか、或いは電子装置を不安定にする為である。一般的な従来技術では、前記の不所望なキャパシタンスを補償する手段としてしばしばコイルが用いられ、このコイルを前記の２つのノード間に、従って前記の不所望なキャパシタンスと並列に配置している。このようなコイルは、集積化する場合に集積回路上の極めて大きな表面積を必要とし、従って高価なものとなるという欠点がある。外部コイルの場合、集積回路に接続する追加のピンを必要とする。更に、コイルは正確な補償のために調整する必要がある。本発明は特に、２つのノードと、これらのノードに結合された逆バイアスダイオードによりこれらのノード間の容量性インピーダンスの少なくとも一部を補償する手段とを具える電子集積回路装置であって、前記逆バイアスダイオードはブレークスルーで駆動され、前記２つのノードのうちの一方のノードがボンディングパッド又は前記電子集積回路の相互接続ワイヤに接続されており、前記電子集積回路装置の基板に対する前記ボンディングパッド又は前記相互接続ワイヤのキャパシタンスが、補償すべき前記容量性インピーダンスのうちの前記一部である当該電子集積回路装置に関するものである。
本発明の目的は、不所望なキャパシタンスを少なくとも部分的に補償でき、小型で容易に集積化しうる手段を有する電子装置を提供せんとするにある。
本発明による電子集積回路装置は、前記ボンディングパッド又は前記相互接続ワイヤと前記基板との間に前記２つのノードのうちの他方のノードと結合される埋込層が配置され、前記逆バイアスダイオードが前記ボンディングパッド又は前記相互接続ワイヤと前記埋込層との間に前記２つのノードを経て接続されていることを特徴とする。
本発明は、逆バイアスダイオードは抵抗と並列に接続された負値のキャパシタンスの特性を呈し、不所望な正のキャパシタンスを補償するのに用いて有利であるという認識を基に成したものである。負のキャパシタンスを不所望な正のキャパシタンスと並列に配置することにより、この正のキャパシタンスを少なくとも部分的に相殺しうる。本発明による手法を用いることにより、不所望なキャパシタンスを補償するための小型で容易に集積化しうる手段が実現される。
集積回路では、回路の入力及び出力がボンディングパッドを介して与えられる。ボンディングパッドは半導体材料の基板に対して大きなキャパシタンスを有し、従ってしばしば集積回路の前記の入力又は出力の帯域幅を制限する。この寄生キャパシタンスはブレークスルーで駆動されるダイオードをボンディングパッドに結合することにより相殺しうる。
更に、前記の２つのノードの一方を集積回路の相互接続ワイヤに接続することができる。集積回路上の相互接続ワイヤは回路中の種々の素子を接続するのに用いられる。これらのワイヤは半導体材料に接近している為、これらのワイヤは寄生キャパシタンスを有しているが、この寄生キャパシタンスはダイオードを用いることにより補償しうる。
本発明によれば、ボンディングパッド又は相互接続ワイヤと半導体材料の基板との間に埋込層が配置され、ダイオードがボンディングパッド又は相互接続ワイヤと埋込層との間に接続されているようにする。埋込層を半導体材料中でボンディングパッド又は相互接続ワイヤの下側に設けることにより、寄生キャパシタンスはボンディングパッド又は相互接続ワイヤと基板との間ではなく、ボンディングパッド又は相互接続ワイヤと前記の埋込層との間に形成されるようになる。従って、寄生抵抗の値は良好に規定される。その理由は、半導体装置の製造中、この埋込層とボンディングパッド又は相互接続ワイヤとの間の距離を正確に調整しうる為である。従って、ブレークスルーで駆動されるダイオードの寸法を適切にすることにより、前記の寄生キャパシタンスの正確な補償が可能となる。又、寄生キャパシタンスは前記のボンディングパッド又は相互接続ワイヤと前記の埋込層との間に含まれる為、半導体材料上に存在する他の装置との結合が低減されるという他の利点が得られる。
本発明による例では、電子装置が更に、バイアス電流をダイオードに流す手段を有していることを特徴とする。ダイオードを流れるバイアス電流を選択することにより、ダイオードの負のキャパシタンスの値を適切に選択し、負のキャパシタンスの値を不所望なキャパシタンスの値に適合するように不所望なキャパシタンスを正確に補償することができる。
本発明の上述した目的及び特徴は以下の図面に関する好適実施例の説明から一層明らかとなるであろう。
以下図面につき説明するに、各図間で同一素子には同一符号を付してある。
文献IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.ED−13,No.１の第１６９〜１７４頁には、アバランシェダイオードの動作が説明されている。この文献は、アバランシェ周波数よりも高い周波数ではこのダイオードのインピーダンスの抵抗部分が負となるという効果に関して説明を行なっている。この効果は例えば発振器に用いて有利である。アバランシェ周波数よりも低い周波数の場合、ダイオードは抵抗とコイルとの直列回路とみなすことができる。このことは上述した文献にも記載されている。図１は、アバランシェ周波数よりも低い周波数でブレークスルーで動作するダイオードの等価回路を示し、この回路は抵抗値がＲである抵抗とインダクタンス値がＬであるコイルとの直列回路を有する。この図１の直列回路のアドミッタンスＹsは
Ys=1/(R+jωL)=[1-(jωL/R)]/R[1+(ω2L2/R2)]
で与えられる。ここにωは角周波数である。抵抗の値がコイルのインピーダンスよりも著しく高い場合には、この直列回路は負のキャパシタンスを有するキャパシタとこの抵抗との並列回路と近似しうる。この近似はアバランシェ周波数よりも低い周波数に対して有効となる。図２は、コンダクタンスＧ（ここに、Ｇ＝１／Ｒである）を有するコンダクタと、キャパシタンスＣを有するキャパシタとの並列回路により前記等価回路の近似を示している。図２の並列回路のアドミッタンスＹpは
Ｙp＝Ｇ＋ｊωＣ
で表わされる。これらのアドミッタンスＹs及びＹpを互いに等しくする必要がある為、Ｙs及びＹpに対する式から、キャパシタンス値Ｃは負で周波数に依存し、
Ｃ（ω）＝−Ｌ／（Ｒ2＋ω2Ｌ2）
で与えられるようになる。従って、アバランシェ周波数よりも低い周波数においてブレークスルーで動作するダイオードはコンダクタンスＧのコンダクタと負のキャパシタンスＣのキャパシタとの並列回路とみなすことができる。負のキャパシタンスを正のキャパシタンスに並列に導入することにより、正のキャパシタンスが補償される。従って、ブレークスルーで動作しているダイオードを容量性成分を有するインピーダンスに並列に導入することにより、この容量性成分を有効に補償することができる。ダイオードはむしろ簡単で小型の装置であり、容易に集積化しうる為、本発明は、特に集積回路において、不所望なキャパシタンスを補償する優れた解決策を提供する。ここで述べているブレークスルーとはバンド−バンドトンネル効果又は衝突電離効果又はその双方により生ぜしめられるキャリアの発生を意味するものである。従って、ブレークスルー機構はアバランシェブレークスルーに限定されず、トンネル効果等の他のブレークスルー機構をも同様に含む。
図３は第１の既知の増幅回路、いわゆるコレクタ接地構造の増幅回路を示す回路図である。電圧源１は抵抗３を経てトランジスタT1のベースに結合されている。トランジスタT1のエミッタは第１ノード２０に接続されている。電流源５は第１ノード２０及び第２ノード２１間に結合され、これらノードのうち少なくとも一方に信号が流れる。第２ノード２１は基準端子３１に接続されている。電圧電源７は基準端子３０及び３１に結合されている。トランジスタT1のコレクタは基準端子３０に結合されている。この増幅回路はしばしば、この場合電圧源１及び抵抗３によって表わされる高インピーダンス出力部と低インピーダンス負荷との間のバッファとして用いられる。この負荷はしばしば可成り大きな容量性部分を有し、この場合この容量性部分をノード２０及び２１間に結合されたキャパシタ９で示してある。この容量性負荷は種々の原因によって生じる。例えば、増幅回路の出力端は通常他のトランジスタ回路の入力端に結合される。これらトランジスタ回路の入力端はしばしば、特に集積回路において寄生キャパシタンスを有し、従って増幅回路の出力端に容量性の負荷を与える。更に、増幅回路の出力端を他の回路に接続するワイヤがしばしば集積回路において寄生キャパシタンスを有する。高インピーダンス出力部と容量性の負荷との組合せがしばしば増幅回路を高周波数で不安定とする。
図４は、ブレークスルーで動作するダイオード１１が増幅回路に加えられ、このダイオードの陽極がノード２０に結合され、このダイオードの陰極がノード２１に結合されているという点で、図３と相違している。ブレークスルーで動作するダイオードを容量性負荷に対して並列にして用いることにより、負荷の容量性部分を特定の周波数帯域において完全に（又は所望に応じ部分的に）補償して、前述した不安定性を回避することができる。負キャパシタンスの値は、追加の電流源をダイオードと直列に配置することにより調整することができる。その理由は、負キャパシタンスの値はダイオードを流れる電流の関数となる為である。上述したところから明らかなように、ブレークスルーで動作するこのようなダイオードの使用は増幅器の出力端で見られるような寄生キャパシタンスを補償するのに限定されるものではなく、増幅器の入力端における寄生キャパシタンスの補償にも適用しうるものである。
図５は第２の既知の増幅回路を示す回路図である。この図５は以下の点、すなわち
抵抗１３がトランジスタT1のコレクタと基準端子３０との間に結合されており、
トランジスタT2及び電流源１５が加えられ、トランジスタT2のベースがトランジスタT1のコレクタに結合され、トランジスタT2のコレクタが基準端子３０に結合され、電流源１５がその一端でトランジスタT2のエミッタに、その他端で基準端子３１に結合されており、
ノード２０が、この場合トランジスタT1のコレクタとトランジスタT2のベースとが結合されているノードとなっており、
ノード２１が基準端子３０に接続されており、
寄生キャパシタンスを表わすキャパシタ９がノード２０及び２１間に結合され、
キャパシタ１０が設けられ、トランジスタT1のエミッタが交流信号に対して実質的に基準端子３１に短絡されるようになっている、
という点で図３と相違している。この種類の増幅回路は一般に高周波集積回路で用いられている。この増幅回路の帯域幅の制限は、主として、トランジスタT1の寄生キャパシタンス（コレクタ−基板間及びコレクタ−ベース間キャパシタンス）と、ワイヤの寄生キャパシタンスと、トランジスタT2の寄生キャパシタンス（コレクタ−ベース間、ベース−エミッタ間及び拡散キャパシタンス）との合計のキャパシタンス値（このキャパシタンス値をノード２０及び２１間にキャパシタ９のキャパシタンスとして示してある）と、抵抗１３の抵抗値との積より成る時定数とによって決定される。
図６は、抵抗１３の代わりに、ダイオード１１が用いられ、このダイオード１１の陽極がノード２１に結合され、このダイオードの陰極がノード２０に結合されているという点で図５と相違している。抵抗１３をブレークスルーで動作するダイオードに置き換えることにより、キャパシタ９のキャパシタンス値を（少なくとも部分的に）補償し、これにより増幅回路の帯域幅を広げることができる。ブレークスルーで動作するダイオード１１の微分抵抗を抵抗１３の代わりに用いることができるが、このダイオード１１を抵抗１３と並列に配置することもできる。トランジスタT2は図５及び６の増幅回路にとって本質をなすものでなく、増幅回路の帯域幅を制限する寄生キャパシタンスが生じうる１つの原因を示しているだけのものである。更に、ブレークスルーで駆動されるダイオードの陽極をトランジスタT1のベースに結合し、このダイオードの陰極をこのトランジスタのコレクタに結合することにより、このダイオードをこのトランジスタのコレクタ−ベース接合と並列に結合して図５のトランジスタT1のコレクタ−ベースキャパシタンスを補償することもできる。トランジスタのコレクタ及びベース間に帰還抵抗を結合した図５の増幅回路の変形例の場合でも、トランジスタのコレクタ−ベースキャパシタンスを補償するために、ブレークスルーで駆動されるダイオードを設けることができる。このような補償の場合、ダイオードの陽極をトランジスタのベースに結合し、ダイオードの陰極をトランジスタのコレクタに結合する。
図７は集積化した半導体装置を示す線図である。半導体本体６２は容器すなわちハウジング６１内で支持体６３上に装着され、集積化半導体装置のボンディングパッド６６は接着ワイヤ６５を介して接続ピン６４に接続されている。集積化半導体装置におけるボンディングパッドは半導体装置の基板に対する寄生キャパシタンスを有する。ボンディングパッドと基板との間のこの寄生キャパシタンスは、このボンディングパッドと基板との間に結合された、ブレークスルーで動作するダイオードによって補償しうる。集積化半導体装置はこの特定例ではボンディングパッド６６に結合された少なくとも一本の相互接続ワイヤ６７を有する。周知のように、相互接続ワイヤは半導体本体６２上に集積化された装置相互間を接続するのにも用いられる。集積回路中の相互接続ワイヤは、これらワイヤと例えば半導体本体６２の基板との間に寄生キャパシタンスを有し、これらの寄生キャパシタンスはブレークスルーで動作するダイオードをワイヤと基板との間に結合することにより補償しうる。実際には、ダイオードをいずれにしても相互接続ワイヤに接続するようにすれば良いものであるが、本例はブレークスルーで動作するダイオードをこのような相互接続ワイヤの寄生キャパシタンスを補償するのにも用いることができるということを単に示しているだけのものである。
図８は、ボンディングパッドと、本発明によって用いる、線図的に示すダイオードとを有する半導体装置の断面図を示す。図示の半導体装置の構造は説明のためのみのものであり、これに限定されるべきものではない。
半導体材料は一般に知られている処理工程で製造する。領域Ｉは図７のボンディングパッド６６に類似する金属性ボンディングパッドである。領域Ｉがボンディングパッドの代わりに相互接続ワイヤを表わすこともできる。領域IIはSiO2より成る絶縁層である。領域IIIはSiO2より成る薄肉層であり、高ドープｎ型材料である領域Ｖ及びVIとの接続を達成する金属接点VIIIを有する。領域VIはいわゆる埋込ｎ型層であり、基準電位点に接続されている。領域IVは他のSiO2層である。領域VIIは半導体材料のｐ型基板であり、通常接地基準点に接続されている。埋込ｎ型層がないと、ボンディングパッド（領域Ｉ）と基板（領域VII）との間に寄生キャパシタンスが生じてしまう。半導体本体上で接近して位置する多数の装置を有する密実の半導体装置では、ボンディングパッドとこのボンディングパッドに接近している装置との間に寄生キャパシタンスが生じるおそれがある。その結果、多数の寄生キャパシタンスがボンディングパッドから生じるようになる。これらの寄生キャパシタンスの量及び値は良好に規定されず、従って補償するのが困難である。埋込ｎ型層VIを加えることにより、寄生キャパシタンスはボンディングパッドと前記の埋込ｎ型層との間に規定される。この埋込ｎ型層とボンディングパッドとの間の距離はこれらの間の層の厚さにより良好に調整される為、ボンディングパッドと埋込ｎ型層との間の領域に限定される良好に規定される寄生キャパシタンスが得られる。従って、ボンディングパッドと近接の装置との間にはもはやいかなる重大な寄生キャパシタンスも存在しなくなる。良好に規定される寄生キャパシタンスは、ボンディングパッドから基板への又は近接の装置への良好に規定されない寄生キャパシタンスよりも一層容易に補償されうる。前記の寄生キャパシタンスを補償するために、ブレークスルーで動作するダイオード１１をボンディングパッドと埋込ｎ型層との間に接続しうる。この目的のために、ボンディングパッドを比較的低いバイアス電圧でバイアスし、埋込ｎ型層を充分に高いバイアス電圧でバイアスして、これにより逆バイアスされるダイオード１１をブレークスルーで駆動するようにする。
図４における電圧源１により供給される電圧のバイアス電圧成分を適切に選択することにより、ダイオード１１がブレークスルーで駆動される。電圧源７による電圧を適切な値に選択することにより、図６のダイオード１１も自動的にブレークスルーで駆動される。ダイオードが例えばボンディングパッドと基板との間に結合されている場合には、このダイオードをブレークスルーで駆動するための別のバイアス回路が必要となる。本発明により用いる、ダイオードに対するバイアス回路を図９に示す。本例の回路は、図４及び６におけるように電源又はバイアス電圧を適切に選択することによりブレークスルー動作が可能とならない場合に、用いうる。図示の回路は、トランジスタT3のベースが電圧源１７により供給されるベース電圧を受けるようにした原理的な簡単なトランジスタ回路である。トランジスタT3のエミッタは抵抗１９を経て基準端子３０に結合されている。ダイオードは、基準端子３１に接続されたノード２１とトランジスタT3のコレクタに接続されたノード２０との間に結合されている。電圧源７は基準端子３０及び３１間に結合されている。ダイオード１１の両端間の電圧が充分大きい場合には、このダイオードはブレークスルーで駆動される。電圧源１７によって供給される電圧と抵抗１９の抵抗値とを適切に選択することにより、ダイオードを流れる電流を所望値に設定することができる。このバイアス回路は、例えば、ノード２０で示すボンディングパッドに結合されたダイオードをバイアスするのに用いることができ、この場合の基板はノード２１で示すことができる。
ブレークスルーで動作するダイオードは、これを可変キャパシタンスのダイオードに並列に導入し、これにより可変キャパシタンスの相対範囲を増大させることにより、この可変キャパシタンスのダイオードの最小キャパシタンス値を減少
させるのに用いても有利である。表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタの入力キャパシタンスの補償にブレークスルーで動作するダイオードを用いたり、インピーダンス整合回路網にブレークスルーで動作するダイオードを用いたりするような他の適用分野も可能である。
ブレークスルーで動作するダイオードを補償手段として用いることにより、コイルのような従来の補償手段に比べて、ダイオードの残りの成分である微分抵抗により直流に対する短絡が生じないという他の利点が得られる。このことは、直流阻止キャパシタを必要としないということを意味する。このような直流阻止キャパシタは一般に集積回路にとって望ましくないものである。その理由は、これらの直流阻止キャパシタは充分大きなキャパシタンス値の場合かなり大きなチップ面積を必要とするか、或いは外部キャパシタとして構成した場合この直流阻止キャパシタを外部接続するために集積回路に接続された追加のピンを必要とする為である。この直流阻止キャパシタを必要としないという特性を図６で用いており、ダイオードがキャパシタ９を補償するとともに図５の抵抗１３の代わりとなっている。
本発明は上述した実施例に限定されず、幾多の変更を加えうること勿論である。前述した回路におけるＮＰＮ（又はＰＮＰ）トランジスタの代わりに、ＰＮＰ（又はＮＰＮ）トランジスタを用いることができ、この場合にはダイオード１１の方向を反転させる必要がある。又、ダイオードは、ベース−エミッタ又はベース−コレクタのみを用いたトランジスタとして構成することができる。その他の種々の変更も可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、アバランシェ周波数よりも低い周波数でブレークスルーで動作するダイオードの等価回路を示す回路図であり、
図２は、アバランシェ周波数よりも低い周波数でブレークスルーで動作するダイオードの等価回路の近似を示す回路図であり、
図３は、第１の既知の増幅回路を示す回路図であり、
図４は、電子装置の第１実施例を示す回路図であり、
図５は、第２の既知の増幅回路を示す回路図であり、
図６は、電子装置の第２実施例を示す回路図であり、
図７は、集積化半導体装置を示す線図であり、
図８は、ボンディングパッドと、線図的に示す本発明によって用いるダイオードとを有する半導体装置を示す断面図であり、
図９は、本発明によって用いるダイオード用のバイアス回路を示す回路図である。
【図１】
0004031032.tif 000002
【図２】
0004031032.tif 000003
【図３】
0004031032.tif 000004
【図４】
0004031032.tif 000005
【図５】
0004031032.tif 000006
【図６】
0004031032.tif 000007
【図７】
0004031032.tif 000008
【図８】
0004031032.tif 000009
【図９】
0004031032.tif 000010