DE2839073C2

DE2839073C2 - Dynamische Stromquelle für Halbleiterbausteine und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE2839073C2
Application number: DE2839073A
Authority: DE
Inventors: Paul-Werner Von Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen Basse; Karl-Heinz Dr.rer.nat. 8000 München Url
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1983-02-17
Also published as: JPS5538700A; FR2435748B1; US4297592A; FR2435748A1; JPS5948475B2; GB2030811A; GB2030811B; DE2839073A1

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamische Stromquelle für Halbleiterbausteine, die als ein auf einem Chip integrierter Kondensator ausgebildet ist.

Eine derartige Stromquelle >M aus der DE-OS 23 41 899 bekannt.

In integrierten Halbleiterbausteinfn werden an vielen Stellen der Schaltung kleine Ströme benötigt, so z. B. zum Einstellen von Referenzpegeln. Derartige Ströme sollen an Stellen mit beliebigen Potentialen eingeprägt werden können. Sie werden meist nur kurzzeitig benötigt

Bisher wurden derartige kleine Ströme durch Bauelemente mit hohem Widerstand, z. B. mit langen schmalen Diffusionsbahnen, Polysiliziumbahnen, langer, schmalen MOS-Transistoren oder durch Reihenschaltung vieler kleiner Transistoren erzeugt. Diese Bauelemente benötigen auf dem Chip eine große Fläche. Sie sind außerdem aufgrund ihrer geringen Breite bei großer Länge stark toleranzbehaftet.

Ändern sich die Potentiale der Schaltungspunkte, an denen Ströme eingespeist werden, während des Betriebes, benötigt man mit den bisherigen Bauelementen sogar komplizierte geregelte Stromquellen.

Bei der in der deutschen Offenlegungsschrift 26 23 219 beschriebenen Leseverstärkerschaltung für einen dynamischen MOS-Speicher ist zur Realisierung einer vorteilhaften Entladungskurve an dem Knoten der Verstärkerschaltung eine Schaltung vorgesehen, die in ihrer Gesamtheit relativ viel Integrationsplatz auf dem Chip benötigt.

In der DE-OS 23 41 899 ist eine Halbleiteranordnung beschrieben, die u, a, auf ihrem Substrat eine Transistorkondensatorzelle enthält. Sinn dieser Schaltung ist es, das Substrat ohne unmittelbare Anlegung einer Spannung auf einen bestimmten Spannungspegel zu bringen. Dies geschieht dadurch, daß durch Anlegen einer Spannung Φ 2 an eine Aluminiumelektrode eine Inversionsschicht geschaffen wird, die zusammen mit der Aluminiumelektrode einen Kondensator bildet. Bei Ansteuerung des Transistors fließt ein Strom über die Drain- und die Source-Elektrode des Transistors in das Inversionsgebiet des Kondensators, Wird nunmehr der Transistor gesperrt und die Spannung Φ 2 gleichzeitig abgeschaltet, so gelangt die so entstandene Kondensatorladung größtenteils in das Substrat und bewirkt damit, daß dieses auf ein bestimmtes Bezugspotential aufgeladen wird. Da bei dieser Anordnung die Kondensatorspannung

ίο schlagartig abgeschaltet wird, entlädt sich der Kondensator mit einem im wesentlichen nach einer e-Funktion abklingenden Stromstoß. Es kann daher bei dieser Entladung nicht von einer Stromquelle, die einen kurzzeitigen eingeprägten Strom liefert, gesprochen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Halbleiterbausteine, insbesondere für Leseverstärker in dynamischen MOS-Speicherbausteinen, eine integrierbare dynamische Stromquelle zur kurzzeitigen Erzeu- gung eingeprägter Ströme geringer Stromstärke bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einer dynamischen Stromquelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kondensator zur Erzeugung kurzzeitiger eingeprägter Ströme geringer Stromstärke über eine annähernd linear ansteigende Spannungsflanke angesteuert wird.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Stromquelle bei einem Leseverstärker mit zwei kreuzgekoppelten, an

jo den Bitleitungen eines Speichers anliegenden Transistoren, deren QuelleceJektroden mit einem Knotenpunkt verbunden sind, der vor Zyklusbeginn auf ein bestimmtes Potential gebracht wird, das zum Bewerten eines Lesesignals in definierter Weise abgesenkt wird, verwendet wird, wobei der Kondensator den Knotenpunkt mit einer ersten Taktleitung verbindet, und ein weiterer, über eine zweite Taktieitung angesteuerter Schalttransistor vorgesehen ist, der den Knotenpunkt bedarfsweise an Null-Potential legt

Die Einprägung kleiner Ströme- mit Hilfe von Kondensatoren bei Leseverstärkern in dynamischen MOS-Speicherbausteinen ist besonders günstig.

Um mit den in der deutschen Offenlegungsschrift 26 23 219 beschriebenen Leseverstärkern die kleinen Differenzsignale der Bitleitungen sicher bewerten zu können, muß die Fußpunktspannung an dem Knoten einen definierten Verlauf aufweisen. Durch die Verwendung von Kondensatoren als dynamische Stromquellen läßt sich ein derartiger Spannungsverlauf besonders einfach bewerkstelligen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild, F i g. 2 eine schematische Darstellung der Spannungs- und Stromverläufe für das Schaltbild gemäß F ig. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Leseverstärkers für dynamische MOS-Speicherbausteine und

F i g. 4 bis 6 eine schema tische Darstellung der Slrom- und Spannungsverläufe in dem Leseverstärker gemäß der F i g. 3.

Bei der in der Fig, I dargestellten Schaltungsanordnung dienen die Kondensatoren Cl, C2 und C3 als dynamische Stromquellen für die Teilschaltung TSeines integrierten Halbleiterbausteines. Sämtliche Kondcnsa toren werden über eine gemeinsame .Spannungsflanke UE (obere Keihe der Fig. 2) angesteuert. Bei einer derartigen Ansteuerung ergibt sich der dargestel'te Stromverlaui' /. wobei sich an den Punkten UX bis (7 3

der angegebene Spannungsverlauf einstellt. Durch die Schaltung ist es möglii-n, die gleichen Ströme mit einer Flanke an mehreren Stellen einer Schaltung mit verschiedenen Potentialen einzuprägen.

Da der Strom / proportional zur Kapazität des vorgeschalteten Kondensators ist, ist der Platzbedarf der Kondensatoren auf der integrierten Schaltungsanordnung um so kleiner, je kleiner der Strom ist Durch Verwendung von Siliziumdioxid als Dielektrikum in den Kondensatoren können die Kapazitätswerte sehr genau eingestellt werden, da die Isolatordichte und Fläche der Kondensatorplatten gut reproduzierbar sind.

Besonders günstig ist die Einprägung kleiner Ströme mit Hilfe von Kondensatoren bei Leseverstärkern in dynamischen MOS-Speicherbausteinen, wie sie in der F i g. 3 dargestellt sind.

Bei derartigen Speicherbausteinen, entsprechend der deutschen Offenlegungsschrift 26 23 219, aus zwei an Bitleitungen BL und BR angekoppelten, kreuzgekoppelten Schalttransistoren M1 und M 2, muß zur Bewertung der Differenzsignale an den Bitleitungen BL und BR der Verlauf der Fußpunktspannung an dem Knoten F bestimmten Anforderungen genügen, und zwar muß er den in der Fig.6 angegebenen Spannungsve'lauf UF aufweisen. Die Gründe, warum dieser Spannungsverlauf gefordert wird, ergeben sich aus der zitierten deutschen Offenlegungsschrift. So darf bei der anfänglichen Verstärkung das Potential des Fußpunktes F nur langsam abgesenkt werden. Sobald das Differenzsignal an den Bitleitungen BL und BR verstärkt ist, muß der Fußpunkt F möglichst schnell mit der Masseleitung verbunden werden.

Die Realisierung eines derartigen Spannungsverlaufes UF ist durch die Parallelschaltung eines Kondensators C in Verbindung mit einem weiteren Schalttransistor M3, die über Taktleitungen 7*1 und 7*2 angesteuert werden, in einfacher Weise möglich. Zu diesem Zwecke werden die Taktleitungen 7*1 und T2 entsprechend der F i g. 4 mit Taktspannungen versorgt

Das langsame Absenken des Potentials UF zum Zeitpunkt 1 bis zum Zeitpunkt 2 (siehe Fig.6), wird durch die Eintragung eines kleinen Stromes /Cüberden Kondensator C und den Takt 7*1 erreicht. Der gemeinsame Takt 7*1 versorgt über hier nicht dargestellte Leitungen die Kondensatoren mehrerer Leseverstärker. Infolge der Schwellspannungstoleranzen der MOS-Transistoren haben diese Verstärker verschieden hohe FuBpunktpotentiaki. Dennoch werden an allen Fußpunkten gleichzeitig und gleichmäßig die Ströme IC eingeprägt, analog zur Darstellung der Fig. 1, womit bei allen Leseyerstärkern der Bewertungsvorgang gleichzeitig eintritt
Das schnelle Absinken des Potentials UF im Bereich zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 wird durch das schnelle Einschalten eines MOS-Schalttransistors MZ (Strom /MJ über den Takt 72 erreicht Da der für viele Leseverstärker gemeinsame Takt T2 in dieser Zeit eine

ίο hohe Flankensteilheit hat, werden alle Fußpunkttransistoren M3 trotz unterschiedlicher Schwellspannungen LTTpraktisch gleichzeitig eingeschaltet

Würde der Kondensator C nicht zur Verfügung stehen, so müßte der Verlauf des Fußpunktpotentials UF durch den gezielten Verlauf der Taktspannung 7*2 an der Steuerelektrode des Transistors MZ eingestellt werden. Eine derartige Einstellung ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da aufgrund der Schwellspannungstoleranzen der Transistoren M 3 die Transistören zwischen den Zeiten 1 und 2 trotz optimal ausgelegter Taktspannung 7*2 nicht gleichzeitig schwach leitend gesteuert werden können.

Bei extremen Abweichungen der Sciiwellspannungen der Transistoren M3 würden einige dieser Transistoren erst im steilen Bereich der Taktspannung T2 (Zeiten 2 bis 3) leitend gesteuert Damit würde die Vorverstärkungsphase bei dem Leseverstärker entfallen, so daß die Leseverstärker die kleinen Differenzsignale falsch bewerten könnten.

Bezugszeichenliste

Ci, C2, C3 Kondensatoren

TS Teilschaltung

UE Spannungsflanke

/ Stromverlauf

i/l, t/2, i/3 Spannung an den Eingängen von TS

BL, BR Bitleitungen

MX, M2 Schalttransistoren

F Knoten

UF Spannung am Knoten F

C Kondensator

7*1. T2 Takte

IC Strom durch Kondensator IC

IM Strom durch Schalttransistor M 3

M3 Schalttransistor

UT Schwellenspannung

1, 2, 3 Zeitpunkte

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dynamische Stromquelle für Halbleiterbausteine, die als ein auf einem Chip integrierter Kondensator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichne t, daß der Kondensator zur Erzeugung kurzzeitiger eingeprägter Ströme geringer Stromstärke über eine annähernd linear ansteigende Spannungsflanke angesteuert wird.

2. Dynamische Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem Leseverstärker mit zwei kreuzgekoppelten, an den Bitleitungen eines Speichers anliegenden Transistoren (M 1, M 2), deren Quellenelektroden mit einem Knotenpunkt (F) verbunden sind, der vor Zyklusbeginn auf ein bestimmtes Potential gebracht wird, das zum Bewerten eines Lesesignals in definierter Weise abgesenkt wird, verwendet wird, wobei der Kondensator (C) den Knotenpunkt (F) mit einer ersten Taktleitung fT\) verbindet, und ein weiterer, über eine zweite taktieiiung (T2) angesteuerter Schalttransistor (M3) vorgesehen ist, der den Knotenpunkt (F) bedarfsweise an Null-Potential legt (F ig. 3).