DE69600992T2

DE69600992T2 - Halbleitergerät, das Schwankungen im Substratpotenzial zu verhindern fähig ist

Info

Publication number: DE69600992T2
Application number: DE69600992T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Mitsubishi Denki K.K. Tokyo 100 Akamatsu; Takuya Mitsubishi Denki K.K. Tokyo 100 Ariki; Shigeru Mitsubishi Denki K.K. Tokyo 100 Mori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: KR970063253A; US5815032A; KR100236813B1; EP0789362B1; DE69600992D1; TW303467B; JPH09213073A; CN1156885A; EP0789362A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleiterschaltung und insbesondere auf eine integrierte Halbleiterschaltung, die mit einer Substratpotentialerzeugungsschaltung versehen ist.

Beschreibung der Hintergrundtechnik

In vergangenen Jahren ist der Hauptstrom von integrierten Halbleiterschaltungen mit DRAM (Dynamischer Direktzugriffsspeicher) jene, die einen gemeinsamen Anschluß für einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß aufweisen, damit die Zahl der Anschlüsse verringert wird, während die Zahl der Bit von Information erhöht wird.
Fig. 14, die auf der US 4 996 446 beruht, ist ein Schaltbild der Zusammensetzung eines Ausgangspuffers 5 einer integrierten Halbleiterschaltung mit einem herkömmlichen DRAM. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, enthält der Ausgangspuffer 5 einen Spannungsversorgungsknoten 55, einen Masseknoten und zwei N-Kanal-MOS- Transistoren 57, 58, die in Reihe geschaltet sind.
Wenn ein Ausgangssteuersignal OEM aktiviert wird, werden die N- Kanal-MOS-Transistoren 57, 58 ein- oder ausgeschaltet, so daß Daten von einem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 ausgegeben werden.
Wenn Daten eingegeben werden, werden die Potentiale von Knoten 51, 52 typischerweise auf dem Massepegel fixiert, und die zwei N-Kanal-MOS-Transistoren 57, 58 werden ausgeschaltet (d. h. auf einen Hi-Z-Zustand gesetzt).
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Aufbaus des Ausgangspuffers 5. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, weist der Ausgangspuffer 5 ein p-Halbleitersubstrat 60 und Eingangs/Ausgangsanschluß 6 mit einer dazwischen eingefügten n&spplus;-Schicht 59 auf. Wenn Unterschwingen von Daten oder ähnliches an den Eingangs/Ausgangsanschluß 6 eingegeben wird, während Daten eingegeben werden, wird der näher zu der Spannungsversorgung positionierte Transistor 57 eingeschaltet, und ein Substratstrom wird so erzeugt, daß ein Substratpotential auf einen positiven Wert fluktuiert. Solch eine Fluktuation des Substratpotentiales verschlechtert unerwünschter Weise die Vorrichtungseigenschaften der integrierten Halbleiterschaltung.
Aus der US 4 985 869 ist eine integrierte Halbleiterschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Die bekannte integrierte Halbleiterschaltung weist ein Halbleitersubstrat und einen Substratrückvorspannungsgenerator auf. Zwei Substratpotentialerzeugermittel sind vorgesehen, eins wird aktiviert, wenn ein Auffrischmodus gestartet wird, so daß Vorhersagemittel zum Vorhersagen einer möglichen Fluktuation vorhanden sind. Schließlich ist ein Substratpotentialhaltemittel vorhanden.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Halbleiterschaltung vorzusehen, bei der ein Substratpotential nicht fluktuiert, selbst wenn Unterschießen von Daten an einen Eingangs/Ausgangsanschluß eingegeben wird, während Daten eingegeben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine integrierte Halbleiterschaltung, wie sie in Ansprüchen 1 oder 5 angegeben ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.
Somit ist es der Hauptvorteil der Erfindung, daß, wenn eine Erfassungsschaltung eine Möglichkeit einer. Fluktuation eines Substratpotentiales zu der Zeit des Eingebens/Ausgebens von Daten vorerfaßt, eine Substratpotentialhalteschaltung auch zusätzlich zu einer normaltätigen Substratpotentialerzeugungsschaltung tätig ist und die Vorspannungsfähigkeit vergrößert ist, so daß die Fluktuation des Substratpotentiales verhindert werden kann.
Weiter ist es ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß, da eine Substratspannung an das Gate eines aus einem Ausgangspuffer gebildeten N-Kanal-MOS-Transistors geliefert wird, ein Substratstrom nicht fließt, wenn ein Unterschwingen eingegeben wird, wodurch Fluktuationen in einem Substratpotential verhindert werden.
Die vorangehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des gesamten Aufbaus einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines speziellen Aufbaues des Substratpotentialerzeugerabschnittes von Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Schaltbild eines speziellen Aufbaues der Oszillatorschaltung und der Vorspannungsschaltung von Fig. 2.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines speziellen Aufbaues der Erkennungsschaltung von Fig. 1.
Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Schaltung darstellt.
Fig. 6 zeigt den Aufbau des Substratpotentialerzeugerabschnittes einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb der in Fig. 6 gezeigten Schaltung darstellt.
Fig. 8 zeigt den Aufbau des Substratpotentialerzeugerabschnittes einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Schaltung darstellt.
Fig. 10 zeigt den Aufbau des Substratpotentialerzeugerabschnittes einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb der in Fig. 10 gezeigten Schaltung darstellt.
Fig. 12 zeigt den Aufbau einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Betrieb der in Fig. 12 gezeigten Schaltung darstellt.
Fig. 14 ist ein Schaltbild des Aufbaus des Ausgangspuffers einer integrierten Halbleiterschaltung mit einem herkömmlichen DRAM.
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht des Aufbaues des in Fig. 14 gezeigten Ausgangspuffers.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren bezeichnen entsprechende Bezugszeichen entsprechende oder ähnliche Abschnitte.

[Erste Ausführungsform]

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des gesamten Aufbaues einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine integrierte Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf einem Halbleitersubstrat 60 gebildet und mit einem Substratpotentialerzeugerabschnitt 1 versehen, der eine an das Halbleitersubstrat 60 angelegte Substratspannung Vbb er zeugt. Der Substratpotentialerzeugerabschnitt 1 enthält weiter eine Erkennungsschaltung 3 und eine Substratpotentialhalteschaltung 4 zusätzlich zu einer Substratpotentialerzeugerschaltung 2, die herkömmlicher Weise vorgesehen ist. Die Erkennungsschaltung 3 sagt einen Modus vorher, indem Daten von einem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 eingegeben werden (ebenfalls als "ein Schreibzyklus" bezeichnet), bevor die Daten tatsächlich eingegeben werden, als Reaktion auf ein von einem CAS-Puffer 7 ausgegebenes Spaltenadreßhinweissignal /CAS, ein von einem WE-Puffer 8 ausgegebenes Schreibfreigabesignal /W und ein von einer Ausgangssteuersignalerzeugungsschaltung 9 ausgegebenes Ausgangssteuersignal OEM. Wenn der Schreibzyklus von der Erkennungsschaltung 3 erkannt wird, wird die Substratpotentialhalteschaltung 4 zusätzlich zu der Substratpotentialerzeugungsschaltung 2 tätig, wodurch die Vorspannfähigkeit erhöht wird.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines speziellen Aufbaus des Substratpotentialerzeugerabschnittes 1 von Fig. 1. Die Substratpotentialerzeugungsschaltung 2 ist herkömmlich vorgesehen und enthält: eine Referenzpotentialerzeugungsschaltung 10, die ein als eine Referenz für ein Substrat dienendes Referenzpotential erzeugt; eine das Substratpotential mit dem Referenzpotential vergleichende Vergleichsschaltung 11, eine ein Signal von der Vergleichsschaltung 11 empfangende Oszillationssteuerschaltung 12 zum Steuern der Oszillation einer Oszillationsschaltung 13, 15; eine ein Signal wie ein Zeilenadreßhinweissignal /RAS empfangende Oszillationssteuerschaltung 17 zum Bewirken, daß eine Oszillationsschaltung 18 schwingt, wenn zum Beispiel die integrierte Halbleiterschaltung beginnt tätig zu sein; eine durch einen Ringoszillator schwingende Oszillationsschaltung 13, 15, 18 und eine Vorspannungsschaltung 14, 16, 19 mit einem Pumpkondensator 141, die eine Substratspannung Vbb durch kapazitive Kopplung erzeugt, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Vorspannungsfähigkeiten der Vorspannungsschaltungen 14, 16, 19 werden durch die Oszillationsfrequenzen der entsprechenden Oszillationsschaltungen 13, 15 und 18 und durch die Größen ihrer entsprechenden eingesetzten Pumpkondensatoren bestimmt, und es wird angenommen, daß die Vorspannungsschaltung 14 eine vergrößerte Vorspannungsfähigkeit im Vergleich zu der Vorspannungsschaltung 16 aufweist, und daß die Vorspannungsschaltung 16 eine verringert Vorspannungsfähigkeit im Vergleich mit der Vorspannungsschaltung 14 aufweist.
Eine integrierte Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält die Erkennungsschaltung 3 und die Potentialhalteschaltung 4 zusätzlich zu der oben erwähnten Substratpotentialerzeugungsschaltung 2. Die Substratpotentialhalteschaltung 4 enthält eine Signalformformungsschaltung 26, eine Oszillationsschaltung 20 und eine Vorspannungsschaltung 21, und spezielle Schaltungen der Oszillationsschaltung 20 und der Vorspannungsschaltung 21 sind in Fig. 3 gezeigt.
Eine in Fig. 3 gezeigte Schaltung enthält einen Ringoszillator 22 und ein NAND-Glied 23 und eine Vorspannungsschaltung 14. Während die Substratpotentialerzeugungsschaltung 2 normal tätig ist, ist die Substratpotentialhalteschaltung 4 nur tätig, wenn die Erkennungsschaltung 3 einen Schreibzyklus erkennt und ein aktiviertes Hochpegelsignal ausgibt. Die Signalformformungsschaltung 26 gibt ein Hochpegelsignal mit einer Breite aus, die einer Dauer entspricht, während der die Vorspannungsschaltung 21 gemäß dem von der Erkennungsschaltung 3 ausgegebenen Signal tätig ist.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines speziellen Aufbaus der Erkennungsschaltung 3.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Erkennungsschaltung 3 ein NOR-Glied 24, daß das Spaltenadreßhinweissignal /CAS und das Schreibfreigabesignal /W als Eingänge empfängt.
Der Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm von Fig. 5 beschrieben. In einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn Daten von dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 eingegeben werden und einen Speicher geschrieben wer den, das in Fig. 5 bei (a) gezeigte Spalten-adreßfreigabesignal /CAS und das in Fig. 5 bei (b) gezeigte Schreibfreigabesignal /W beide auf den niedrigen Pegel aktiviert. Zu dieser Zeit gibt das NOR-Glied 24 ein Hochpegelsignal aus, wie in Fig. 5 bei (c) gezeigt ist, und das Signal wird durch die Signalformformungsschaltung 26 in einen Puls mit einer vorbestimmten Breite, wie in Fig. 5 bei (d) gezeigt ist, geformt. Dann wird ein Ausgangssignal von der Wellenformformungsschaltung 26 an die Oszillationsschaltung 20 eingegeben, und die Vorspannungsschaltung 21 ist während einer vorbestimmten Dauer tätig, während der ein Ausgangssignal der Oszillationsschaltung 20 auf hohem Pegel ist.
Gemäß der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der ersten oben beschriebenen Ausführungsform können, da ein Modus, indem Daten von einem Eingangs/Ausgangsanschluß eingegeben werden, gemäß interner Signale vorhergesagt wird und eine Substratpotentialhalteschaltung als auch eine normal tätige Substratpotentialerzeugungsschaltung zum Erhöhen der Vorspannungsfähigkeit tätig sind, Fluktuationen in einem Substratpotential verhindert werden, selbst wenn ein Unterschwingen zu der Zeit der Dateneingabe auftritt.
Bei der obigen Ausführungsform werden das Spaltenadreßhinweissignal /CAS und das Schreibfreigabesignal /W unter den internen Signalen zum Erkennen eines Schreibzyklus benutzt. Der Schreibzyklus kann jedoch nur durch das Schreibfreigabesignal /W erkannt werden, das auf einen niedrigen Pegel aktiviert wird, wenn Daten in den Speicher geschrieben werden. Weiter kann ein inaktives Ausgangssteuersignal OEM, das aktiviert wird, wenn Daten von dem Ausgangspuffer ausgegeben werden, zum Betätigen der Vorspannungsschaltung erkannt werden.

[Zweite Ausführungsform]

Fig. 6 zeigt den Aufbau eines Substratpotentialerzeugerabschnittes einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, enthält der Substratpotentialerzeugerabschnitt eine eine Substratspannung Vbb erzeugende Substratpotentialerzeugungsschaltung 2, eine Erkennungsschaltung 27 für eine Eingangsdatenänderung, eine Signalformformungsschaltung 26, eine Oszillationsschaltung 20 und eine Vorspannungsschaltung 21. Die Substratpotentialerzeugungsschaltung 2, die wie Signalformformungsschaltung 26, die Oszillationsschaltung 20 und die Vorspannungsschaltung 21 sind ähnlich zu jenen in der ersten Ausführungsform beschriebenen.
Weiter enthält die Erkennungsschaltung 27 für Eingangsdatenänderung Erkennungsschaltungen 28 für Datenänderung, deren Zahl die gleich ist wie der Daten, die gleichzeitig von einem Eingangs/Ausgangsanschluß eingegeben/ausgegeben werden, ein NAND- Glied 29, einen ein Ausgangssignal des NAND-Gliedes 29 invertierenden Inverter 61 und ein NOR-Glied 30.
Der Betrieb der in Fig. 6 gezeigten Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm von Fig. 7 beschrieben. Wie in Fig. 7 bei (a) gezeigt ist, werden während einer Hochpegeldauer, während der das Ausgangssteuersignal OEM aktiviert gehalten wird, Daten von dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 über einen Ausgangspuffer 5 ausgegeben. Zu der Zeit wird wegen des hohen Pegels das Ausgangssteuersignal OEM an das NOR-Glied 30 eingegeben, und eine Ausgabe des NOR-Gliedes 30 ist auf einen niedrigen Pegel gesetzt, wie in Fig. 7 bei (d) gezeigt ist, die Erkennungsschaltung 27 der Eingangsdatenänderung betätigt nicht die Vorspannungsschaltung 21.
Wenn andererseits das Ausgangssteuersignal OEM auf einen inaktiven Zustand des niedrigen Pegels während einer Dateneingabeperiode gesetzt ist, wird der Ausgangspuffer 5 auf einen Hi-Z-Zustand gesetzt. Wenn in diesem Zustand eine Änderung des Logikpegels von Daten Dqx(x = 1 bis n) von n Daten, die simultan an dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 eingegeben werden, wie in Fig. 7 bei (b) gezeigt ist, auftritt, gibt die Erkennungsschaltung 28 der Datenänderung einen Puls auf niedrigem Pegel als ein Ausgangssignal /DTDx aus, wie in Fig. 7 bei (c) gezeigt ist. Wenn somit der Puls des niedrigen Pegels von mindestens einer Erken nungsschaltung 28 der Datenänderung der n Erkennungsschaltungen 28 der Datenänderungen ausgegeben wird, wird ein Ausgangssignal des NAND-Gliedes 29 auf einen hohen Pegel gesetzt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 29 wird durch den Invertierer 61 invertiert und dann an das NOR-Glied 30 eingegeben. Als Resultat wird ein Puls hohen Pegels von dem NOR-Glied 30 ausgegeben, wie in Fig. 7 bei (d) gezeigt ist. Synchron zu dem Anstieg des Pulses wird ein Puls mit einer vorbestimmten Breite, wie in Fig. 7 bei (e) gezeigt ist, in der Signalformformungsschaltung 26 gebildet, der an die Oszillatorschaltung 20 einzugeben ist. Somit wird die Vorspannungsschaltung 21 für eine Dauer tätig, die der vorbestimmten Breite des Pulses entspricht.
Gemäß einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform ist typischerweise, wenn die Substratspannung Vbb durch eine Substratpotentialerzeugungsschaltung an ein Halbleitersubstrat angelegt wird, eine andere Vorspannungsschaltung ebenfalls gemäß von Änderungen in dem Logikpegel von Eingangsdaten tätig, so daß Fluktuationen in einem Substratpotential aufgrund von Unterschwingen der Eingangsdaten verhindert werden kann.
Bei der zweiten Ausführungsform erkennt die Erkennungsschaltung 28 der Datenänderung Änderungen in dem Logikpegel der Eingangsdaten von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel und umgekehrt von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. Die Erkennungsschaltung 28 der Datenänderung braucht jedoch nur Änderungen der Eingangsdaten entweder von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel oder von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel zu erkennen.
Wenn zum Beispiel ein Substratpotential nicht aufgrund von Überschwingen der Eingangsdaten fluktuiert, braucht nur die Eingabe von Unterschwingen vorerkannt zu werden und die Erkennungsschaltung 28 der Datenänderung braucht nur Änderungen der Eingangsdaten von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel zu erkennen.

[Dritte Ausführungsform]

Fig. 8 zeigt einen Aufbau eines Substratpotentialerzeugerabschnittes einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, weist der Substratpotentialerzeugerabschnitt der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der dritten Ausführungsform einen ähnlichen Aufbau wie der des Substratpotentialerzeugerabschnittes der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform auf, aber er unterscheidet sich darin, daß er eine Frequenzteilerschaltung 32 enthält, die einen Puls der Frequenz ausgibt, die niedriger als die eines Eingangspulses zwischen der Erkennungsschaltung 27 der Eingangsdatenänderung der Signalformformungsschaltung 26 ist.
Der Betrieb des Substratpotentialerzeugerabschnittes wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm von Fig. 9 beschrieben. Wenn Änderungen in Daten, die durch die Erkennungsschaltung 27 der Eingangsdatenänderung erkannt werden, weniger häufig sind, ist der Substratpotentialerzeugerabschnitt auf die gleiche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform tätig. Wenn jedoch die Änderungen in dem Logikpegel der Eingangsdaten häufiger sind, wie in Fig. 9 bei (b) gezeigt ist, gibt die Erkennungsschaltung 27 der Eingangsdatenänderung Pulse mit einer hohen Frequenz aus, wie in Fig. 9 bei (d) gezeigt ist. Zu der Zeit gibt die Frequenzteilerschaltung 32 solch einen Puls aus, daß ihr Ausgangssignal auf den hohen Pegel synchron mit dem Anstieg eines Eingangspulses ansteigt und auf einen niedrigen Pegel synchron mit dem Steigen des nächsten Eingangspulses fällt. Als Resultat gibt die Frequenzteilerschaltung 32 an die Signalformformungsschaltung 26 ein Signal aus, das ausgegeben würde, wenn Änderungen in den Daten weniger häufig durch die Erkennungsschaltung 27 der Eingangsdatenänderung erkannt werden, und dieses ist effektiv wenn im Betrieb die Signalformformungsschaltung 26 und die Oszillationsschaltung 20 nicht ein Eingangssignal mit einer hohen Frequenz verfolgen könnten.
Bei einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß der dritten Ausführungsform kann, wenn eine Vorspannungsfähigkeit eines Substratpotentialerzeugungsabschnittes aufgrund der Änderung in dem Logikpegel von Eingangsdaten erhöht wird, eine Vorspannungsschaltung, die zusätzlich tätig ist, optimal tätig sein, selbst wenn sich die Daten häufig ändern.

[Vierte Ausführungsform]

Fig. 10 zeigt einen Aufbau eines Substratpotentialerzeugungsabschnittes einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, enthält der Substratpotentialerzeugerabschnitt, während er den ähnlichen Aufbau zu jenen in der ersten bis dritten Ausführungsform gezeigten aufweist, weiter einen Referenzpotentialerzeugerabschnitt 33, der eine als eine Referenz für die Substratspannung Vbb dienende Referenzspannung Vref1, eine Potentialpegelvergleichsschaltung, die ein Substratpotential mit dem Referenzpotential Vref1 vergleicht, ein NAND-Glied 39, das ein Ausgangssignal von der Potentialpegelvergleichsschaltung 34 und ein Ausgangssignal von der Signalformformungsschaltung 26 als Eingänge empfängt, und einen Inverter 40, der ein Ausgangssignal von dem NAND-Glied 39 invertiert, und weiter enthält er einen Referenzpotentialerzeugerabschnitt 35, der eine Referenzspannung Vref2 erzeugt, einen Potentialpegelvergleichsabschnitt 36, der der Substratpotential mit der Referenzspannung Vref2 vergleicht, ein NAND-Glied 43, das ein Ausgangssignal von dem Potentialpegelvergleichsabschnitt 36 und ein Ausgangssignal von der Signalformformungsschaltung 26 als Eingänge empfängt, und einen Inverter 44, der ein Ausgangssignal von dem NAND-Glied 43 invertiert. Eine Erkennungsschaltung 50 entspricht der Erkennungsschaltung 3 der ersten Ausführungsform oder der Erkennungsschaltung 27 der Eingangsdatenänderung gemäß der zweiten und dritten Ausführungsformen.
Der Betrieb des Substratpotentialerzeugerabschnittes 11 wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm von Fig. 11 beschrieben. Wie in Fig. 11 bei (a) gezeigt ist, erkennt die Erkennungsschaltung 50 eine Möglichkeit einer Substratpotentialfluktuation, so wird ein Hochpegelimpuls ausgegeben, und in Synchronisation mit dem Ansteigen des Pulses wird ein Puls mit ei ner vorbestimmten Breite, der in Fig. 11 bei (b) gezeigt ist, von der Signalformformungsschaltung 26 ausgegeben. Zu der Zeit, wenn das Substratpotential von der Potentialspannung Vbb erhöht wird, wie in Fig. 11 bei (e) gezeigt ist, aufgrund der Dateneingabe von dem Eingabe/Ausgabeanschluß oder ähnliches, vergleicht der Potentialpegelvergleichsabschnitt 34 das Substratpotential mit dem an den Referenzpotentialerzeugerabschnitt 33 erzeugten Referenzspannung Vref1, und wenn das Substratpotential größer als die Referenzspannung Vref1 ist, dann gibt der Potentialpegelvergleichsabschnitt 34 einen Hochpegelpuls aus, wie in Fig. 11 bei (c) gezeigt ist. Dann gibt er, da zwei Hochpegelsignale in das NAND-Glied 31 eingegeben werden, ein Niedrigpegelsignal aus. Somit wird ein Hochpegelsignal von dem Inverter 40 an die Oszillationsschaltung 41 eingegeben, und als Resultat wird die Vorspannungsschaltung 42 in Zusatz zu der Substratpotentialerzeugungsschaltung 2 während einer Dauer T1 tätig, während der das Substratpotential höher als Vref1 ist. Wenn jedoch das Substratpotential weiter trotz der Tätigkeit der Vorspannungsschaltung 42 ansteigt und daß Substratpotential höher als eine durch den Referenzpotentialerzeugerabschnitt 35 erzeugte Referenzspannung Vref2 wird, gibt der Potentialpegelvergleichsabschnitt 36 ein Hochpegelpuls aus, wie in (d) und (e) von Fig. 11 gezeigt ist. Dann gibt das NAND-Glied 43 ein Niederpegelsignal aus, und als Resultat wird eine Vorspannungsschaltung 46 ebenfalls für eine Dauer T2 tätig, während der das Substratpotential die Referenzspannung Vref2 überschreitet.
Gemäß der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der vierten Ausführungsform kann, da die Vorspannungsfähigkeit eines Substratpotentialerzeugerabschnittes gemäß der Fluktuationen in einem Substratpotential erhöht wird, daß Substratpotential schnell zu der vorbestimmten Substratspannung Vbb zurückgeführt werden, selbst wenn das Substratpotential fluktuiert. Da weiter eine Vorspannungsschaltung zusätzlich nur tätig zu sein braucht, wenn sich das Substratpotential tatsächlich erhöht, kann der Leistungsverbrauch verringert werden.
Während weiter zwei Referenzpotentialerzeugerabschnitte und zwei Potentialpegelvergleichsabschnitte in der vierten Ausführungsform vorgesehen sind, ist es ebenfalls möglich, einen oder drei oder mehr Referenzpotentialerzeugerabschnitte und einen oder drei oder mehr Potentialpegelvergleichsabschnitte vorzusehen.

[Fünfte Ausführungsform]

Fig. 12 zeigt den Aufbau einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, die integrierte Halbleiterschaltung gemäß der fünften Ausführungsform ist auf einem Halbleitersubstrat 60 gebildet und enthält: einen Spannungsversorgungsknoten 55 und einen Eingangs/Ausgangsanschluß 6, die auf dem Halbleitersubstrat 60 vorgesehen sind; einen N-Kanal-MOS-Transistor 58, dessen Source mit einem Masseknoten verbunden ist, dessen Drain mit dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 verbunden ist und dessen Gate mit einem Knoten 52 verbunden ist; einen N-Kanal-MOS-- Transistor 57, dessen Source mit dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 verbunden ist und dessen Gate mit einem Knoten 51 verbunden ist; einen N-Kanal-MOS-Transistor 56, dessen Source mit dem Drain des N-Kanal-MOS-Transistor 57 verbunden ist und dessen Drain mit dem Spannungsversorgungsknoten 55 verbunden ist; eine Erkennungsschaltung 3, die einen vorbestimmten Logikpegel eines Dateneingabe anzeigenden internen Signales erkennt; und eine Ausgangstransistorsteuerschaltung 54, die ein verstärktes Pegelsignal ausgibt, wenn ein inaktives Niederpegelsignal von der Erkennungsschaltung 3 darin eingegeben wird, und die ein Signal eines Pegels einer Substratspannung Vbb ausgibt, wenn ein aktives Hochpegelsignal von der Erkennungsschaltung 3 darin eingegeben wird. Die Erkennungsschaltung 3 ist ähnlich zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen, und der Spannungsversorgungsknoten 55, die N-Kanal-MOS-Transistoren 57, 58 und der Eingangs/Ausgangsanschluß 6 bilden den Ausgangspuffer 5, der herkömmlicherweise vorgesehen ist.
Der Betrieb der in Fig. 12 gezeigten Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm von Fig. 13 beschrieben.
Wenn die Erkennungsschaltung 3 eine Möglichkeit einer Substratpotentialfluktuation vorhersagt, gibt sie ein Hochpegelsignal aus, wie in Fig. 13 bei (a) gezeigt ist, und folglich wird ein Signal eines in Fig. 13 bei (b) gezeigtes Signal eines Substratspannungspegels von der Ausgangstransistorsteuerschaltung 54 an das Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 56 geliefert. Dieses ermöglicht dem N-Kanal-MOS-Transistor 56 abzuschalten, und ein Substratstrom fließt nicht von dem Spannungsversorgungsknoten 55 zu dem Masseknoten, selbst wenn ein Unterschwingen in den von dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 eingegebenen Daten auftritt. Das heißt, da ein Signal des Substratspannungspegels an das Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 56 geliefert wird, wird der N-Kanal-MOS-Transistor 56 nicht abgeschaltet, selbst wenn ein Unterschwingen des Absolutwertes, das größer als die Schwellenspannung Vth der N-Kanal-MOS-Transistoren 56, 57 ist, an dem Eingangs/Ausgangsanschluß 6 eingegeben wird und wenn das Unterschwingen ein Potential gleich oder mehr als das Resultat der Substratspannung Vbb minus der Schwellenspannung Vth aufweist, und folglich fließt der Substratstrom von dem Spannungsversorgungsknoten 55 nicht zu dem Masseknoten.
Wenn die Erkennungsschaltung 3 nicht die Möglichkeit einer Substratpotentialfluktuation erkennt, gibt sie ein Niederpegelsignal aus, und daher gibt die Ausgangstransistorsteuerschaltung 54 ein verstärktes Pegelsignal aus, wie in Fig. 13 bei (b) gezeigt ist, so daß der N-Kanal-MOS-Transistor 56 eingeschaltet wird.
Bei einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß der fünften Ausführungsform fließt ein Substratstrom nicht, selbst wenn ein Unterschwingen gleich oder größer als das Resultat der Substratspannung Vbb minus der Schwellenspannung Vth eingegeben wird, so daß Fluktuationen in einem Substratpotential verhindert werden können.
Während ein Ausgangssignal der Ausgangssteuerschaltung 54 an das Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 56 in der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der fünften Ausführungsform eingegeben wird, kann es direkt an das Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 57 eingegeben werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt worden ist, ist klar zu verstehen, daß dieses nur als Mittel der Darstellung und des Beispieles dient und nicht als Mittel der Beschränkung genommen werden kann, der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nur durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Integrierte Halbleiterschaltung, die Daten als Reaktion auf ein internes Signal eingibt/ausgibt, mit:

einem Halbleitersubstrat (60);

einem Substratspannungserzeugermittel (2) zum Erzeugen einer an das Halbleitersubstrat (60) anzulegenden vorbestimmten Substratspannung (Vbb);

einem Vorhersagemittel (3) zum Vorhersagen einer Möglichkeit einer Potentialfluktuation des Halbleitersubstrates (60);

einem Substratpotentialhaltemittel (4) zum Erzeugen einer an das Halbleiterpotential anzulegenden Spannung (Vbb) zum Verhindern der Potentialfluktuation des Halbleitersubstrates, wenn das Vorhersagemittel (3) die Möglichkeit der Potentialfluktuation des Halbleitersubstrates (60) erkennt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die integrierte Halbleiterschaltung einen gemeinsamen Eingangs/Ausgangsanschluß (6) aufweist und

daß das Vorhersagemittel (3) einen vorbestimmten Logikpegel des internen Signales erkennt, das Dateneingabe und/oder Änderung im Logikpegel von Eingangsdaten anzeigt.

2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, weiter mit:

einem datenausgebenden Ausgangspuffer (5);

und einem Ausgangssteuermittel (9) zum Liefern eines aktivierten Ausgangssteuersignales (OEM) an den Ausgangspuffer (5), wodurch der Ausgangspuffer (5) zum Ausgeben der Daten gesteuert wird, wobei das Vorhersagemittel (3) Änderungen in dem Logikpegel der Eingangsdaten nur erkennt, wenn das Steuerausgangssignal (OEM) inaktiv ist.

3. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit einem Frequenzteilermittel (32), das zwischen das Vorhersagemittel (3) und das Substratpotentialhaltemittel (4) geschaltet ist, zum Reduzieren der Frequenz der Erkennung der Änderungen in dem Logikpegel der Eingangsdaten durch das Vorhersagemittel (3).

4. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter mit:

einem Referenzpotentialerzeugermittel (33, 35) zum Erzeugen eines Referenzpotentiales (Vref1, Vref2) zum Aufrechterhalten des Potentiales des Halbleitersubstrates (60) und

einem Potentialpegelvergleichsmittel (34, 36) zum Vergleichen des Potentiales der Halbleitersubstrates (60) mit dem Referenzpotential (Vref1, Vref2),

wobei das Substratpotentialhaltemittel (49) nur tätig ist, wenn in dem Potentialpegelvergleichsmittel (34, 36) bestimmt ist, daß das Potential des Halbleitersubstrates größer als das Referenzpotential ist.

5. Integrierte Halbleiterschaltung, die Daten als Reaktion auf ein internes Signal eingibt/ausgibt, mit:

einem Halbleitersubstrat (60);

einem auf dem Halbleitersubstrat (60) vorgesehenen Spannungsversorgungsknoten (55); einem auf dem Halbleitersubstrat (60) vorgesehenen und mit einem Ausgangspuffer (5) verbunden Eingangs/Ausgangsanschluß (6);

mindestens einem zwischen den Spannungsversorgungsknoten (55) und den Eingangs/Ausgangsanschluß (6) geschalteten N-Kanal-MOS- Transistor (56);

gekennzeichnet durch:

ein Ausgangssteuermittel (54) zum Liefern einer Substratspannung an ein Gate des N-Kanal-MOS-Transistors (56), nur wenn der Eingangs/Ausgangsanschluß (6) nicht Daten ausgibt.

6. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 5, weiter mit:

einem Vorhersagemittel (5) zum Erkennen eines vorbestimmten Logikpegels des eine Dateneingabe anzeigenden internen Signales,

wobei das Vorhersagemittel (3) das Ausgangssteuermittel (5) nur betreibt, wenn das Vorhersagemittel (3) den vorbestimmten Logikpegel erkennt.