DE3009303A1

DE3009303A1 - Monolithisch integrierte digitale halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE3009303A1
Application number: DE19803009303
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. Dr. 8021 Taufkirchen Hoffmann; Dieter Dipl.-Ing. 8000 München Kanz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1981-09-24
Also published as: US4454431A; EP0036494B1; EP0036494A3; JPH0213821B2; DE3164950D1; JPS56142663A; EP0036494A2

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA qq ρ ^ 0 3 7 QE

Monolithisch integrierte digitale Halbleiterschaltung

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte digitale Halbleiterschaltung mit kapazitiv gesteuerten Feldeffekttransistoren sowie mit einem die zur Steuerung des Betriebs der eigentlichen digitalen Halbleiterschaltung erforderlichen Taktimpulse liefernden Taktgeber, bei der durch je ein von einer Gleichspannungsquelle geliefertes Potential beaufschlagte Versorgungsan-Schlüsse an dem die eigentliche digitale Halbleiterschaltung samt dem Taktgeber aufnehmenden Halbleiterplättchen vorgesehen und mit wenigstens je einer leitenden Verbindung an die eigentliche digitale Halbleiterschaltung und an den Taktgeber gelegt sind.

Nun sind bei digitalen Halbleiterschaltungen häufig nicht nur zwei Betriebspotentiale sondern noch ein weiteres Betriebspotential erforderlich, das zur Erzeugung einer zwischen der Rückseite des Halbleiterplättchens und den Schaltungsteilen an der Vorderseite desselben liegenden Substratvorspannung gebraucht wird. Ist bei der Schaltung dann ein Taktgeber vorgesehen, so soll im Interesse der Vermeidung einer Zerstörung

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der integrierten Halbleiterschaltung der Taktgeber erst nach dem Aufbau der Substratvorspannung V_BB eingeschaltet werden. Ferner ist man bei vielen Digitalschaltungen, z.B. bei dynamischen Speichern, daran interessiert, dai3 eine die zwischen den beiden Anschlüssen des Halbleiterkörpers liegende Spannungsdifferenz übertreffende Hilfsspannung V zur Verfügung steht, insbesondere dann, wenn die Schaltung mit aufzuladenden Varaktorkondensatoren versehen ist. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Schaltungsmöglichkeit anzugeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein Oszillator zur Steuerung eines Substratvorspannungsgenerators und dieser zur Steuerung des Taktgebers derart vorgesehen ist, daß der Taktgeber erst nach Vollendung des Aufbaus der Substratvorspannung V_ßB in Tätigkeit tritt. Dies geschieht insbesondere unter Vermittlung eines als Komparator wirkenden Umformers, der mit dem Erreichen des Endwertes der Substratvorspannung den Taktgeber aktiviert.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der besagte Oszillator zur Steuerung einer - ein zusätzliches weiteres Betriebspotential V_ liefernden -Spannungsvervielfachungsschaltung , z.B. einer Spannungsverdopplungsschaltung, vorgesehen. Dieses weitere Betriebspotential dient vorzugsweise zur Beaufschlagung von MOS-Kondensatoren, also den besagten Varaktorkondensatoren, die z.B. als Speicherkondensatoren eingesetzt sind. Sie kann aber auch das zum Betrieb der eigentlichen integrierten Digitalaschaltung ES benötigte zweite Betriebspotential anstelle von V bilden.

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Es kann vorteilhaft sein, wenn die Substratvorspannung VßB und/oder die vom Spannungsvervielfacher SV gelieferte Spannung V unter Vermittlung eines Regelkreises stabilisiert wird.

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Eine der Erfindung entsprechende integrierte digitale Halbleiterschaltung ist im Blockschaltbild in der Zeichnung dargestellt. Auf diese soll nun eingegangen werden.

Die beiden Versorgungsanschlüsse des die Schaltung aufnehmenden Halbleiterplättchens sind mit den Betriebspotentialen V_cc und Gj₁T₀ beaufschlagt, die dann den einzelnen Schaltungsteilen in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise zugeführt werden. Von der Darstellung der Leitungswege ist dabei abgesehen worden. Als Schaltungsteile sind, neben der eigentlichen digitalen Halbleiterschaltung ES, noch vorgesehen:

Ein durch die von den beiden Betriebspotentialen V_cc und Gjjpj (= Bezugspotential = Masse) gegeben Betriebsspannung beaufschlagter Oszillator Ö, der insbesondere als RC-Oszillator ausgebildet ist. Er liefert periodische Rechteckimpulse gleicher Amplitude, die zur Steuerung des Substratvorspannungserzeugers und des Spannungsvervielfachers, z.B. Spannungsverdopplers dienen. Der Spannungsvervielfacher ist mit SV, der Substratvorspannungsgenerator mit SE bezeichnet.

Ein getakteter Substratvorspannungserzeuger SE, bei dem ein Oszillator 0 als Taktgeber vorgesehen ist, ist aus der DE-OS 28 12 378 (Titel:"Halbleiterschaltung mit mindestens zwei in einem Halbleiterkristall vereinigten Feldeffekttransistoren" (VPA 78 P 1043)) beschrieben. Die in Fig. 1 dieser OS dargestellte Schaltung eines Substratvorspannungserzeugers kann unmittelbar angewendet werden.

Der für die eigentliche integrierte digitale Halbleiterschaltung ES zuständige Taktgeber TG wird seinerseits über einen Eingang TE mit Rechteckimpulsen von einer externen Iapulsquelle her " beaufschlagt. Er hat die Aufgabe, die zum Betrieb der eigent-

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lichen digitalen Halbleiterschaltung erforderlichen Taktsignale aus den über den Eingang TE erhaltenen Primärimpulsen abzuleiten. Sowohl für den Taktgeber TG als auch für den Substratvorspannungsgenerator SE sind die Versorgungspotentiale V_cc und G^. vorgesehen, was übrigens auch für den zwischen beiden vorgesehenen Umformer gilt.

Dieser Umformer oder Umwandler U wird ebenfalls durch die beiden Betriebspotentiale V_cc und G_n^ versorgt. Er hat die Aufgabe, an den Taktgeber TG ein Aktivierungssignal abzugeben, sobald die vom Substratvorspannungsgenerator SE gelieferte Substratvorspannung voll aufgebaut ist. Somit ist es Zweck der vom Umwandler V gelieferten Spannung, erst dann den Taktgeber TG in Betrieb zu setzen, wenn die Substratvorspannung V_Bß ihren Sollwert erreicht hat. Der Umwandler U wirkt somit als Komparator und kann z.B. durch einen Differenzverstärker gegeben sein. Durch die Anwesenheit des Umwandlers U wird vermieden, daß die eigentliche digitale Halbleiterschaltung ES, z.B. ein Halbleiterspeicher, vor dem Aufbau der Substratvorspannung in Betrieb gesetzt und den dann auftretenden Kurzschlußstrom beschädigt wird.

Ein getakteter Spannungsverdoppler SV ist in der DE-OS 28 11 418 (Titel: "Taktgesteuerter Gleichspannungswandler" (= VPA 78 P 1069)) beschrieben. Das dort beschriebene Schaltungsprinzip läßt sich auch Gleichspannungsvervielfacher mit einem anderen ganzzahligen Verhältnis zwisehen Eingangs- und Ausgangsspannung verwenden. Der dort vorgesehene Oszillator kann ohne weiteres durch den zur Versorgung des Substratvorspannungsgenerators SE vorgesehenen Taktosillator 0 ersetzt werden. Aufgabe des Spannungsvervielfacher s SV ist es, eine zum Betrieb der eigentliehen digitalen Halbleiterschaltung ES benotigte erhöhte Betriebsgleichspannung zu erzeugen, wie sie z.B. zum Aufladen von Speicherkapazitäten benotigt wird.

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Der Ausgang des Spannungsvervielfachers EV ist über eine Begrenzerschaltung BS an das Massenpotential G^, gelegt. Er ist außerdem unmittelbar an einen weiteren Versorgungseingang der eigentlichen digitaöen Halbleiterschaltung ES geschaltet und führt das zum Betrieb auserwählter Schaltungsteile, z.B. zum Aufladen von Speicherkondensatoren, benötigte erhöhte zusätzliche Betriebspotential U_.

Die Substratvorspannung V_ßB, die vom Substratvorspannungsgenerator SE zur Verfügung gestellt wird, kommt hingegen allen im Halbleiterplättchen vorgesehenen Schaltungsteilen zugute. Das eigentliche Betriebspotential V_cc ist, wie bereits festgestellt, den Schaltungsteilen 0, SE, U, TG und SV zur Verfügung gestellt. Es dient außerdem als Hauptbetriebspotential für die eigentliche integrierte Schaltung ES. Dasselbe gilt für das Bezugspotential

Die Begrenzerschaltung BS kann z.B. aus zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten MOS-Feldeffekttransistoren t bestehen, die durch Verbindung ihrer Gates mit ihren Drains als Widerstände geschaltet sind. Die Source des letzten dieser Transistoren t liegt am Bezugspotential G.™. Die Anzahl der in Reihe liegenden Transistoren t richtet sich nach der Anzahl der in der Spannungsvervielfachungsschaltung SV bezüglich der beiden Betriebspotentiale V_cc und G^ hintereinandergeschalteten Feldeffekttransistoren. Die Transistoren t können übrigens auch als in Sperrichtung liegende Dioden geschaltet sein.

1 Figur

7 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Monolithisch integrierte digitale Halbleiterschaltung mit kapazitiv gesteuerten Feldeffekttransistoren sowie mit einem die zur Steuerung des Betriebes der eigentlichen digitalen Halbleiterschaltung erforderlichen Taktimpulse liefernden Taktgeber, bei der durch je ein von einer Gleichspannungsquelle geliefertes Potential (V««> CkflO beaufschlagte Versorgungsanschlüsse an dem die eigentliche digitale Halbleiterschaltung (ES) samt dem Taktgeber (TG) aufnehmenden Halbleiterplättchen vorgesehen und mit wenigstens je einer leitenden Verbindung an die eigentliche digitale Halbleiterschaltung (ES) und an den Taktgeber (TG) gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (O) zur Steuerung eines Substratvorspannungsgenerators (SE) und dieser zur Steuerung des Taktgebers (TG) derart vorgesehen ist, daß der Taktgeber (TG) erst nach Vollendung des Aufbaus der Substratvorspannung (Vg_B) in Tätigkeit tritt.

2. Monolithisch integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Substratvorspannung (Vgg) liefernden Ausgang des Substratvorspannungserzeugers (SE) und einem der Aktivierung des Taktgebers (TG) dienenden Eingang desselben ein als Komparator wirkender Umformer (U) derart vorgesehen ist, daß der Umformer (U) mit Vollendung des Aufbaus der Substratvorspannung (Vtvq) ein Aktivierungssignal an den Taktgeber (TG) abgibt.

3. Monolithisch integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator £0) zur Steuerung einer ein zusätzliches Betriebspotential (V ) liefernden Spannungsvervielfachungsschaltung (SV) vorgesehen ist.

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4. Monolithisch integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das erhöhte Betriebspotential (V ) liefernde Ausgang der Spannungsvervielfachungsschaltung (SV) über eine

5· Begrenzerschaltung (BS) an das Bezugspotential Gj₁₀, das von dem einen Anschluß des die Schaltung aufnehmenden Halbleiterkörpers geliefert wird, gelegt ist.

5. Monolithisch integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung (BS) aus in Serie liegenden MOS-Feldeffekttransistören (t) besteht, die in gleicher Weise als Widerstände geschaltet sind.

6. Monolithisch integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung (BS) aus in Serie liegenden MOS-Feldeffekttransistoren (t) besteht, die in gleicher Weise als in Sperrichtung liegende Dioden geschaltet sind.

7. Monolithisch integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Spannungsvervielfacher (SV) gelieferte Spannung (V_) und/oder die vom Substratvorspannungsgenerator (SE) gelieferte Spannung (ν_βΒ) stabilisiert ist.

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