電容結構及電容陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電容結構及電容陣列，該電容結構包括上極板和下極板，其中上極板包括主上極板和次上極板，主上極板與公共端連接，次上極板接地，且主上極板與下極板構成主電容，次上極板與下極板構成次電容。本發(fā)明通過在電容結構中設置有主上極板和次上極板，并使對應的主電容參與電荷重分配，次電容不參與電荷重分配，通過修改主上極板的面積可以改變主電容的電容值，從而使電容結構具有不同的分數(shù)倍電容值，并且在使用電容結構時通過使各個電容結構中主上極板與次上極板的面積之和相等，可以解決使用多個電容值大小不同的電容結構時存在的電容失配的問題。
【專利說明】
電容結構及電容陣列
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于模擬集成電路技術領域，具體設及一種電容結構及電容陣列。
【背景技術】
[0002] 作為常用的ADC(Analog-t〇-Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)結構類型之一，SAR (Successive-Approximation-Register，逐次逼近寄存器)ADC由于具有結構簡單、易集成、 低功耗等優(yōu)勢而獲得了廣泛應用。然而，隨著集成電路設計技術及工藝特征尺寸的減小， S0C(System-〇n-a-化ip，系統(tǒng)級忍片）規(guī)模越來越大，對嵌入其中的ADC的忍片面積和性能 都提出了更嚴格的要求。
[0003] 電容陣列作為SAR ADC中的重要部分，其線性度、電壓系數(shù)直接影響SAR ADC性能， 其面積大小直接影響SAR ADC整體忍片面積大小。目前，在SAR ADC的電容陣列中通常包括 多個并聯(lián)的電容結構，每個電容結構必須至少包括一個單位電容（其電容值為單位電容 值）；并且隨著電容結構對應權位級別的增高，其包括的單位電容的數(shù)量呈倍數(shù)增加。隨著 生產(chǎn)工藝對SAR ADC精度和速度的不斷提高，SAR ADC中電容結構的權位級別逐級增加，從 而導致電容陣列中最高權位電容結構包括大量的單位電容，對應地，其電容結構的面積將 顯著增加，從而大大增加了忍片的面積。隨著最高權位電容結構使用的單位電容數(shù)量的增 加，與其對應的開關的大小也將增加，從而進一步增加了忍片的面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種電容結構，W解決在使用多個電容值大小不同的電容結構時存在 的電容失配的問題;另外，本發(fā)明還提供一種電容陣列，W解決SARADC中電容陣列占據(jù)面積 太大的問題。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種電容結構，包括上極板和下極板，其中所 述上極板包括主上極板和次上極板，所述主上極板與輸入信號連接，所述次上極板接地，且 所述主上極板與所述下極板構成主電容，所述次上極板與所述下極板構成次電容。
[0006] 在一種可選的實現(xiàn)方式中，所述主上極板位于所述次上極板所圍成區(qū)域的中屯、位 置處。
[0007] 在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述主上極板與所述次上極板之間為氧化層。
[000引在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述上極板與所述下極板之間為氧化層。
[0009] 在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述上極板上側(cè)為氧化層。
[0010] 在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述下極板為所述主上極板和所述次上極板的共用 下極板。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實施例的第二方面，提供一種電容陣列，包括多個并聯(lián)的上述電容結 構，針對每個電容結構，其主上極板與次上極板的面積之和均等于單位電容的上極板面積， 或者其主電容與次電容的電容值之和均等于單位電容值。
[0012] 在一種可選的實現(xiàn)方式中，所述多個電容結構的主上極板的面積或主電容的電容 值依次按照倍數(shù)增加。
[0013] 在另一種可選的實現(xiàn)方式中，針對每個電容結構，其下極板與開關連接。
[0014] 在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述開關為選擇開關，其選擇端用于連接參考電壓 或接地或輸入信號。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 1、本發(fā)明通過在電容結構中設置有主上極板和次上極板，并使對應的主電容參與 電荷重分配，次電容不參與電荷重分配，通過修改主上極板的面積可W改變主電容的電容 值，從而使電容結構具有不同的分數(shù)倍電容值，并且在使用電容結構時通過使各個電容結 構中主上極板與次上極板的面積之和相等，可W解決使用多個電容值大小不同的電容結構 時存在的電容失配的問題；
[0017] 2、本發(fā)明通過使主上極板位于次上極板所圍成區(qū)域的中屯、位置處，由此可W避免 次上極板對主上極板的使用造成影響，從而可W提高主上極板的使用精度；
[0018] 3、本發(fā)明通過將主上極板與次上極板之間設置氧化層，可W對主上極板和次上極 板進行隔離，從而可W進一步避免次上極板對主上極板的使用造成影響，提高主上極板的 使用精度；
[0019] 4、本發(fā)明通過使上極板的上側(cè)為氧化層，可W避免外部環(huán)境對電容結構的使用精 度造成影響，從而可W提高電容結構使用的精度；
[0020] 5、本發(fā)明通過在SAR ADC的電容陣列中采用上述電容結構，可W解決SAR ADC在使 用多個電容值大小不同的電容結構時存在的電容失配問題;本發(fā)明通過使次上極板與參與 電荷重分配的主上極板的面積之和為單位電容的上極板面積，并使各個電容結構中主上極 板的面積依次按倍數(shù)增加，可W在保證每個電容結構至少包括一個單位電容W及滿足電荷 重分配要求的前提下，實現(xiàn)每個使用分數(shù)倍電容結構的權位級別都只包括一個單位電容， 從而可W降低SARADC中電容陣列占據(jù)的面積，此外，本發(fā)明在降低電容結構占據(jù)面積的同 時，所有分數(shù)倍單位電容與單位電容的開關都可W為相同單位大小。運不僅使RC常數(shù)保持 一致，也使所有分數(shù)倍單位電容開關大小匹配，保證了建立時間恒定。又因為所有分數(shù)倍電 容開關大小一致，無需再按照2"倍放大，對應開關占據(jù)面積也將減小，從而進一步降低SAR ADC中電容陣列占據(jù)的面積。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明電容結構的一個實施例俯視圖；
[0022] 圖2是圖1中電容結構的一個實施例剖視圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明電容結構的一個實施例電路圖。
【具體實施方式】
[0024] 為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明實施例中的技術方案，并使本發(fā)明實 施例的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明實施例中技術方 案作進一步詳細的說明。
[0025] 在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語"連接"應做廣義理 解，例如，可W是機械連接或電連接，也可W是兩個元件內(nèi)部的連通，可W是直接相連，也可 W通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可W根據(jù)具體情況理解上述 術語的具體含義。
[00%] 參見圖1、圖2和圖3,該電容結構可W包括上極板100和下極板103,其中上極板100 包括主上極板101和次上極板102,主上極板101與公共端INPUT連接，次上極板102接地，且 主上極板101與下極板103構成主電容，次上極板102與下極板103構成次電容。
[0027] 本實施例中，上極板100(包括主上極板101和次上極板102)和下極板103都可W為 P化Y(多晶）層，且上極板100與下極板103之間可W為氧化層，由此主上極板101與下極板 103構成主電容，次上極板102與下極板103構成次電容。另外，主上極板101與次上極板102 之間可W為氧化層，由此可W對主上極板和次上極板進行隔離，從而可W避免次上極板對 主上極板的使用造成影響，提高主上極板的使用精度。如圖1所示，主上極板101位于次上極 板102所圍成區(qū)域的中屯、位置處，由此可W進一步避免次上極板對主上極板的使用造成影 響，從而可W進一步提高主上極板的使用精度。如圖2所示，上極板100上側(cè)為氧化層，由此 可W避免外部環(huán)境對電容結構的使用造成影響，從而可W提高電容結構使用的精度;此外， 下極板103為主上極板101和次上極板的共用下極板。
[0028] 由上述實施例可見，本發(fā)明通過在電容結構中設置有主上極板和次上極板，并使 對應的主電容參與電荷重分配，次電容不參與電荷重分配，通過修改主上極板的面積可W 改變主電容的電容值，從而使電容結構具有不同的分數(shù)倍電容值，并且在使用電容結構時 通過使各個電容結構中主上極板與次上極板的面積之和相等，可W解決使用多個電容值大 小不同的電容結構時存在的電容失配的問題。
[0029] 本發(fā)明還提供一種電容陣列，該電容陣列可W包括多個并聯(lián)的上述電容結構，針 對每個電容結構，其主上極板與次上極板的面積之和均等于單位電容的上極板面積，或者 其主電容與次電容的電容值之和均等于單位電容值。
[0030] 本實施例中，由于在該電容陣列中電容結構的主上極板與次上極板的面積之和等 于單位電容的上極板面積，因此主上極板的面積為單位電容的分數(shù)倍上極板面積，諸如在 滿足工藝DRC(Design Rule Check)情況下，可W將主上極板的面積設計為 ^C、^C、或者更小，其中C表示單位電容的上極板面積。由于電容結構 2 4 公 1技 32 中僅主電容參與電荷重分配，因此由主上極板與下極板構成的主電容的容值為分數(shù)倍單位 電容值，從而使對應的電容結構為分數(shù)倍單位電容。另外，電容陣列中多個電容結構的主上 極板的面積或主電容的電容值依次按照倍數(shù)增加。
[0031] 參見圖3,針對每個電容結構，其下極板與開關S連接，該開關S可W為選擇開關，其 選擇端可W用于連接參考電壓VREF或接地GND或輸入信號VIN。由于電容陣列中每個電容結 構的主上極板與次上極板的面積之和都等于單位電容的上極板面積，因此在進行下極板采 樣時，無論電容結構中主上極板的面積為^c、^c、^:或者任意分數(shù)倍的單位電容上 32 1 技 8 極板面積，對于開關S接入的電容值都為單位電容值，即主電容和次電容都參與接入對應電 位，但是由于次上極板接地，因此次上極板不參與電荷重分配，只有主上極板參與電荷重分 配。
[0032] 由上述實施例可見，本發(fā)明通過在SAR ADC的電容陣列中采用上述電容結構，可W 解決SAR ADC在使用多個電容值大小不同的電容結構時存在的電容失配問題;本發(fā)明通過 使次上極板與參與電荷重分配的主上極板的面積之和為單位電容的上極板面積，并使各個 電容結構中主上極板的面積依次按倍數(shù)增加，可W在保證每個電容結構至少包括一個單位 電容W及滿足電荷重分配要求的前提下，實現(xiàn)每個使用分數(shù)倍電容結構的權位級別都只包 括一個單位電容，從而可W降低SAR ADC中電容陣列占據(jù)的面積，此外，本發(fā)明在降低電容 結構占據(jù)面積的同時，所有分數(shù)倍單位電容與單位電容的開關都可W為相同單位大小。運 不僅使RC常數(shù)保持一致，也使所有分數(shù)倍單位電容開關大小匹配，保證了建立時間恒定。又 因為所有分數(shù)倍電容開關大小一致，無需再按照2^倍放大，對應開關占據(jù)面積也將減小，從 而進一步降低SAR ADC中電容陣列占據(jù)的面積。
[0033] 本領域技術人員在考慮說明書及實踐運里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其 它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應性變化，運些變型、用途或 者適應性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術領域中的公知常識 或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的 權利要求指出。
[0034] 應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結構，并 且可W在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權利要求來限制。
【主權項】
1. 一種電容結構，其特征在于，包括上極板和下極板，其中所述上極板包括主上極板和 次上極板，所述主上極板與輸入信號連接，所述次上極板接地，且所述主上極板與所述下極 板構成主電容，所述次上極板與所述下極板構成次電容。2. 根據(jù)權利要求1所述的電容結構，其特征在于，所述主上極板位于所述次上極板所圍 成區(qū)域的中心位置處。3. 根據(jù)權利要求1所述的電容結構，其特征在于，所述主上極板與所述次上極板之間為 氧化層。4. 根據(jù)權利要求1所述的電容結構，其特征在于，所述上極板與所述下極板之間為氧化 層。5. 根據(jù)權利要求1所述的電容結構，其特征在于，所述上極板上側(cè)為氧化層。6. 根據(jù)權利要求1所述的電容結構，其特征在于，所述下極板為所述主上極板和所述次 上極板的共用下極板。7. -種電容陣列，其特征在于，包括多個并聯(lián)的權利要求1至6中任意一項所述的電容 結構，針對每個電容結構，其主上極板與次上極板的面積之和均等于單位電容的上極板面 積，或者其主電容與次電容的電容值之和均等于單位電容值。8. 根據(jù)權利要求7所述的電容陣列，其特征在于，所述多個電容結構的主上極板的面積 或主電容的電容值依次按照倍數(shù)增加。9. 根據(jù)權利要求7所述的電容陣列，其特征在于，針對每個電容結構，其下極板與開關 連接。10. 根據(jù)權利要求9所述的電容陣列，其特征在于，所述開關為選擇開關，其選擇端用于 連接參考電壓或接地或輸入信號。
【文檔編號】H01L27/02GK106098800SQ201610471343
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】廖望, 高煒祺, 雷郎成, 劉虹宏, 趙思源, 蘇晨, 劉文喆
【申請人】中國電子科技集團公司第二十四研究所