(57)【要約】【課題】小型化、低コスト化、低雑音化を図ったチャージポンプ式ＤＣ−ＤＣコンバーターを提供する。【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバーターは、発振回路１と、インバーター２と、ダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ，３ｂとを含んでいる。ダイオード・コンデンサ複合デバイスは、半導体基板上に形成されたｎ型ウェル３１ａ，３１ｂと、ｎ型ウェル３１ａ，３１ｂ内に形成されたｐ型拡散領域３３ａ，３３ｂと、半導体基板上に絶縁膜を介して形成される容量用電極３７ａ，３７ｂと、ｎ型ウェル３１ａ，３１ｂ内に形成されたｎ型拡散領域３５ａ，３５ｂとを備える。ｐ型拡散領域３３ａ，３３ｂとｎ型ウェル３１ａ，３１ｂとは、ダイオードの機能を、容量用電極３７ａ，３７ｂとｎ型ウェル３１ａ，３１ｂとは、コンデンサの機能を有する。【選択図】図１
2009158773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成される第１導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域上に形成される容量用電極と、
前記半導体基板の前記容量用電極の側方に形成される第２導電型の拡散領域と、
前記容量用電極の側方であって、前記半導体基板の前記第２導電型の拡散領域が形成される位置とは異なる位置に形成される、第１導電型の拡散領域とを備えた、半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成される第１導電型の第１ウェル領域と、
前記第１ウェル領域上に形成される第１容量用電極と、
前記半導体基板の前記第１容量用電極の側方に形成される第２導電型の第１拡散領域と、
前記第１容量用電極の側方であって、前記半導体基板の前記第１拡散領域が形成される位置とは異なる位置に形成される、第１導電型の第２拡散領域と、
前記半導体基板に形成される第１導電型の第２ウェル領域と、
前記第２ウェル領域上に形成される第２容量用電極と、
前記半導体基板の前記第２容量用電極の側方に形成される第２導電型の第３拡散領域と、
前記第２容量用電極の側方であって、前記半導体基板の前記第３拡散領域が形成される位置とは異なる位置に形成される、第１導電型の第４拡散領域と、
前記第２拡散領域と前記第３拡散領域とを接続する配線部と、
前記第１容量用電極および前記第２容量用電極のそれぞれに、周期的に変化する信号を付与する電気回路とを備えた、コンバーター装置。
【請求項３】
ＤＣからＤＣへの昇圧型の電圧変換を行なう、請求項２に記載のコンバーター装置。
【請求項４】
ＡＣからＤＣへの昇圧型の電圧変換を行なう、請求項２に記載のコンバーター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置およびコンバーター装置に関し、特に、ダイオードとコンデンサの機能を有する半導体装置、およびチャージポンプ動作を行なうコンバーター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターは、ダイオード接続されたトランジスタと、コンデンサと、それらを駆動する発振回路とから構成される。トランジスタは集積回路に内蔵される。コンデンサは外付けされる。
【０００３】
図４は、従来の技術における昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの構成を示す図である。図５は、図４の構成のシンボル表記を示す図である。
【０００４】
図を参照して、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターは、発振回路１と、インバーター２と、外付けコンデンサ６１，６２と、ＭＯＳトランジスタ５ａ，５ｂとを含んでいる。
【０００５】
ＭＯＳトランジスタ５ａ，５ｂのそれぞれは、半導体基板上に形成されたｐ型ウェル５１ａ，５１ｂと、ｐ型ウェル５１ａ，５１ｂ内に形成されたｎ型拡散領域５３ａ，５３ｂと、半導体基板上に絶縁膜を介して形成されるゲート電極５９ａ，５９ｂと、ｐ型ウェル５１ａ，５１ｂ内に形成されたｎ型拡散領域５５ａ，５５ｂと、ｐ型ウェル５１ａ，５１ｂ内に形成されたｐ型拡散領域５７ａ，５７ｂとを備えている。
【０００６】
ゲート電極５９ａ，５９ｂのそれぞれは、ｎ型拡散領域５３ａ，５３ｂとｎ型拡散領域５５ａ，５５ｂとの間に設けられる。
【０００７】
発振器１の出力が外付けのコンデンサ６１の一端に接続される。また、発振器１の出力は、インバーター２を介してコンデンサ６２の一端に接続される。これにより、コンデンサに対して、電荷の注入および抜き取りが行なわれる。
【０００８】
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの入力は、ｎ型拡散領域５３ａおよびゲート電極５９ａに接続される。
【０００９】
コンデンサ６１の他端は、ｎ型拡散領域５５ａ、ｐ型拡散領域５７ａ、ｎ型拡散領域５３ｂ、およびゲート電極５９ｂに接続される。
【００１０】
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの出力部は、コンデンサ６２の他端、ｎ型拡散領域５５ｂ、およびｐ型拡散領域５７ｂに接続される。
【００１１】
コンデンサ６１，６２の電荷を、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタに導入することにより、チャージポンプ動作が行なわれる。これらの動作によって、昇圧動作が実現される。
【００１２】
下記特許文献１は、充電電圧が小さいときに発生する突入電圧を抑制するチャージポンプ方式のＤＣ−ＤＣコンバーターを開示している。
【特許文献１】特開２００７−２８８８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術における昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターでは、集積回路内部に高容量のコンデンサを集積する事が困難であった。このため、通常は２つ以上の外付けコンデンサが必要であり、集積回路には少なくとも４つの端子（図４、５において四角形で示す。）を設ける必要がある。
【００１４】
このような状況から従来の技術においては、実装設計の小型化に制約が生じるという問題があった。他にも、チップ外に発振信号を出す必要があるため放射ノイズが問題になる場合がある。また、これらの制約や問題は、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターのコスト高の要因ともなっていた。
【００１５】
この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、小型化、低コスト化、低雑音化を図るための半導体装置、およびコンバーター装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に形成される第１導電型のウェル領域と、ウェル領域上に形成される容量用電極と、半導体基板の容量用電極の側方に形成される第２導電型の拡散領域と、容量用電極の側方であって、半導体基板の第２導電型の拡散領域が形成される位置とは異なる位置に形成される、第１導電型の拡散領域とを備える。
【００１７】
この発明の他の局面に従うとコンバーター装置は、半導体基板と、半導体基板に形成される第１導電型の第１ウェル領域と、第１ウェル領域上に形成される第１容量用電極と、半導体基板の第１容量用電極の側方に形成される第２導電型の第１拡散領域と、第１容量用電極の側方であって、半導体基板の第１拡散領域が形成される位置とは異なる位置に形成される、第１導電型の第２拡散領域と、半導体基板に形成される第１導電型の第２ウェル領域と、第２ウェル領域上に形成される第２容量用電極と、半導体基板の第２容量用電極の側方に形成される第２導電型の第３拡散領域と、第２容量用電極の側方であって、半導体基板の第３拡散領域が形成される位置とは異なる位置に形成される、第１導電型の第４拡散領域と、第２拡散領域と第３拡散領域とを接続する配線部と、第１容量用電極および第２容量用電極のそれぞれに、周期的に変化する信号を付与する電気回路とを備える。
【００１８】
好ましくはコンバーター装置は、ＤＣからＤＣへの昇圧型の電圧変換を行なう。
【００１９】
好ましくはコンバーター装置は、ＡＣからＤＣへの昇圧型の電圧変換を行なう。
【発明の効果】
【００２０】
これら発明に従うと、小型化、低コスト化、低雑音化を図るための半導体装置、およびコンバーター装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態におけるチャージポンプ式コンバーターについて説明する。
【００２２】
チャージポンプ式コンバーターは、昇圧動作に必要な外付けコンデンサを集積回路に内蔵することにより、小型化、低コスト化、低雑音化を図っている。
【００２３】
より詳しくは、本発明の実施の形態におけるチャージポンプ式コンバーターは、ダイオード・コンデンサ複合デバイス（半導体装置）を含み、それを用いて昇圧動作を行なう。ダイオード・コンデンサ複合デバイスは、ダイオード、コンデンサの複合機能を持つデバイスであって、半導体集積回路上に形成される。
【００２４】
これにより、昇圧用の外付け部品を使用することなく、半導体集積回路上でＤＣ−ＤＣ変換（またはＡＣ−ＤＣ変換）を行なうことが可能となる。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態における昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの構成を示す図である。図２は、図１の構成のシンボル表記を示す図である。
【００２６】
図を参照して、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターは、発振回路１と、インバーター２と、ダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ，３ｂとを含んでいる。
【００２７】
ダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ，３ｂのそれぞれは、半導体基板上に形成されたｎ型ウェル３１ａ，３１ｂと、ｎ型ウェル３１ａ，３１ｂ内に形成されたｐ型拡散領域３３ａ，３３ｂと、半導体基板上に絶縁膜を介して形成される容量用電極３７ａ，３７ｂと、ｎ型ウェル３１ａ，３１ｂ内に形成されたｎ型拡散領域３５ａ，３５ｂとを備えている。
【００２８】
容量用電極３７ａ，３７ｂのそれぞれは、ｐ型拡散領域３３ａ，３３ｂとｎ型拡散領域３５ａ，３５ｂとの間に設けられる。
【００２９】
ｐ型拡散領域３３ａ，３３ｂと、ｎ型ウェル３１ａ，３１ｂとが接する部分は、ダイオードの機能を有する。また、容量用電極３７ａ，３７ｂのそれぞれと、容量用電極３７ａ，３７ｂに対向するｎ型ウェル３１ａ，３１ｂの部分とは、コンデンサの機能を有する。
【００３０】
発振器１の出力が容量用電極３７ａに接続される。また、発振器１の出力は、インバーター２を介して容量用電極３７ｂに接続される。これにより、コンデンサの機能を有する部分に対して、電荷の注入および抜き取りが行なわれる。
【００３１】
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの入力は、ｐ型拡散領域３３ａに接続される。ｎ型拡散領域３５ａは、配線によりｐ型拡散領域３３ｂに接続される。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの出力は、ｎ型拡散領域３５ｂに接続される。
【００３２】
コンデンサの電荷を、ダイオード部分に導入することにより、チャージポンプ動作が行なわれる。これらの動作によって、昇圧動作が実現される。
【００３３】
ここで、ダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ，３ｂについて説明する。
【００３４】
通常のＭＯＳトランジスタを作成する場合は、半導体基板に不純物を注入してウェルを形成する。ウェル上に薄い絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を形成する。ゲート電極の両サイドにウェルと逆型の不純物を注入して拡散領域を形成する。さらにウェル電位を確保するために、ウェルと同型の不純物を注入して基板コンタクトを確保する。
【００３５】
ダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ，３ｂにおいては、ゲート電極相当部分（容量用電極３７ａ，３７ｂ）の片サイドにウェルと逆型の不純物を注入し、その反対サイドにはウェルと同型の不純物を注入する。そして基板コンタクトは設けない。これによりＰＮ接合が形成され、ウェル側の半導体にはコンデンサが形成される。
【００３６】
容量用電極３７ａ，３７ｂの下の絶縁膜によって形成される、電極とウェルの面積あたりの容量は、例えば３．３Ｖ耐圧プロセスでは１平方ミクロンあたり３ｆＦ以上になる。通常の容量形成法では、標準的な３層メタルプロセスで１平方ミクロンあたり０．２ｆＦ程度である。通常の容量形成法（通常の集積回路内コンデンサ形成法）と比べて、本実施の形態では、チップ内部にはるかに大きい容量を持たせる事が出来る。これにより、外付けコンデンサを使用せずに実用的な出力電流を確保することが可能になる。
【００３７】
［実施の形態における効果］
【００３８】
以上のように本発明の実施の形態によると、コンバーター回路においてコンデンサの機能を半導体基板上に搭載することができる。このため、小型化、低コスト化、低雑音化を図ることができる半導体装置、およびチャージポンプ式コンバーターを提供することが可能となる。
【００３９】
［その他］
【００４０】
上記実施の形態では、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーター回路について説明したが、チャージポンプ動作の動力源である発振器１からの入力に代えて外部からのＡＣ信号を入力することとしてもよい。そのため上述の回路において、発振器１の部分を外部入力に変えると、ＡＣ−ＤＣコンバーター回路として使用することが可能である。
【００４１】
また、図１の半導体のｎ型とｐ型は逆にしても動作する。この場合、出力電圧の符号は逆になる。
【００４２】
また、図３のようにダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ〜３ｄを多段接続すると、より高い電圧を出力することが可能になる。
【００４３】
なお、上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態における昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの構成を示す図である。
【図２】図１の構成のシンボル表記を示す図である。
【図３】ダイオード・コンデンサ複合デバイス３ａ〜３ｄを多段接続する例を示す図である。
【図４】従来の技術における昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバーターの構成を示す図である。
【図５】図４の構成のシンボル表記を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  発振回路（発振器）
２  インバーター
３ａ〜３ｄ  ダイオード・コンデンサ複合デバイス
５ａ，５ｂ  トランジスタ
３１ａ，３１ｂ  ｎ型ウェル
３３ａ，３３ｂ  ｐ型拡散領域
３５ａ，３５ｂ  ｎ型拡散領域
３７ａ，３７ｂ  容量用電極
５１ａ，５１ｂ  ｐ型ウェル
５３ａ，５３ｂ  ｎ型拡散領域
５５ａ，５５ｂ  ｎ型拡散領域
５７ａ，５７ｂ  ｐ型拡散領域
５９ａ，５９ｂ  ゲート電極
６１，６２  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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