JP2000163970A - Back-bias circuit - Google Patents

Back-bias circuit

Info

Publication number
JP2000163970A
JP2000163970A JP10338284A JP33828498A JP2000163970A JP 2000163970 A JP2000163970 A JP 2000163970A JP 10338284 A JP10338284 A JP 10338284A JP 33828498 A JP33828498 A JP 33828498A JP 2000163970 A JP2000163970 A JP 2000163970A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
back bias
node
circuit
voltage
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10338284A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3868131B2 (en
Inventor
Kenichi Origasa
憲一 折笠
Kiyoto Ota
清人 大田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP33828498A priority Critical patent/JP3868131B2/en
Publication of JP2000163970A publication Critical patent/JP2000163970A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3868131B2 publication Critical patent/JP3868131B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a back-bias circuit which can improve the manufacture yield of a semiconductor device, obtains target transistor characteristics, and enables manufacture of a semiconductor chip having performance exactly as designed. SOLUTION: A detection circuit 12 for a back-bias voltage VBB comprises a current mirror circuit composed of P-channel transistors T1 to T3, which supply the current of a current source 20 to a 1st reference potential node Vref1 and a 2nd reference potential node Vref2, two N-channel reference transistors T4 and T5 which are connected between the 1st reference potential node Vref1 and the node of a ground electrode, a resistance 22 which is connected between the 2nd reference potential node Vref2 and the node of the back-bias voltage VBB, and a differential amplifier 23 which inputs the 1st and 2nd reference potential node Vref1 and Vref2, and the back-bias voltage VBB is optimized by detecting the threshold voltage of the transistors.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のトランジス
タにより構成される半導体装置に対して、そのトランジ
スタのしきい値電圧を補正するためのバックバイアス電
圧を印加するバックバイアス回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a back bias circuit for applying a back bias voltage for correcting a threshold voltage of a transistor to a semiconductor device including a plurality of transistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、複数のトランジスタにより構
成される半導体装置において、その半導体装置が形成さ
れている基板に対して、その基板上のトランジスタのし
きい値電圧を補正するために、バックバイアス電圧を印
加するバックバイアス回路が広く使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device including a plurality of transistors, a back bias is applied to a substrate on which the semiconductor device is formed in order to correct a threshold voltage of the transistor on the substrate. A back bias circuit for applying a voltage is widely used.

【0003】このようなバックバイアス回路を備えた半
導体装置においては、半導体基板上にゲート電極を形成
する前に、この半導体基板の表面に不純物を拡散し、ま
たは注入することにより、半導体装置を構成するトラン
ジスタのしきい値電圧が決定されている。
In a semiconductor device provided with such a back bias circuit, an impurity is diffused or implanted into the surface of the semiconductor substrate before forming a gate electrode on the semiconductor substrate, thereby forming the semiconductor device. The threshold voltage of the transistor is determined.

【0004】なお、上記の半導体基板上には、バックバ
イアス回路のジェネレーターが設けられ、バックバイア
ス電圧が所定の電圧になるように、バックバイアス回路
の動作を制御する検知回路が設けられる。
A generator for a back bias circuit is provided on the semiconductor substrate, and a detection circuit for controlling the operation of the back bias circuit is provided so that the back bias voltage becomes a predetermined voltage.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来のバックバイアス回路を備えた半導体装置にお
いては、その基板上にゲート電極を形成する前にトラン
ジスタのしきい値電圧が決定されるため、ゲート電極の
寸法のばらつき及び熱履歴のばらつきによるトランジス
タのしきい値電圧の変動がおこる。この際に、バックバ
イアス電圧が前記所定の電圧に固定されている場合、こ
のしきい値電圧の変動を補正することができないという
問題がある。
However, in a semiconductor device having a conventional back bias circuit as described above, the threshold voltage of the transistor is determined before the gate electrode is formed on the substrate. The threshold voltage of the transistor fluctuates due to variations in the dimensions of the gate electrode and variations in the thermal history. At this time, when the back bias voltage is fixed to the predetermined voltage, there is a problem that the fluctuation of the threshold voltage cannot be corrected.

【0006】したがって、上記のようなしきい値電圧の
変動に対する補正ができないため、その変動に応じてバ
ックバイアス電圧を変更することができず、半導体装置
の製造歩留まりを悪化させると共に、トランジスタ特性
が目的のものにならず、設計のとおりの性能の半導体チ
ップを製造することが困難となるという問題点を有して
いた。
Therefore, since the above-described change in the threshold voltage cannot be corrected, the back bias voltage cannot be changed in accordance with the change, so that the manufacturing yield of the semiconductor device is deteriorated and the transistor characteristics are reduced. And it is difficult to manufacture a semiconductor chip having the performance as designed.

【0007】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、半導体装置において、トランジスタのしきい値電
圧の変動に応じてバックバイアス電圧を変更することが
でき、半導体装置の製造歩留まりを向上させることがで
きると共に、トランジスタ特性を目的のものにし、設計
のとおりの性能の半導体チップを製造することができる
バックバイアス回路を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems. In a semiconductor device, a back bias voltage can be changed in accordance with a change in a threshold voltage of a transistor, thereby improving the semiconductor device manufacturing yield. And a back bias circuit capable of producing a semiconductor chip having a designed performance with a desired transistor characteristic.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明のバックバイアス回路は、しきい値電圧の変
動に応じてバックバイアス電圧を変更する機能を有し、
トランジスタのしきい値電圧に比例する電圧と、バック
バイアス電圧に比例する電圧との差を検知し、バックバ
イアス発生回路を制御することで、ゲート電極寸法のば
らつき、不純物注入のばらつき、および熱履歴のばらつ
き等により、しきい値電圧が変動しても、それを検知し
てバックバイアス電圧を制御して変更し、トランジスタ
のしきい値電圧を補正することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a back bias circuit according to the present invention has a function of changing a back bias voltage in accordance with a change in a threshold voltage.
By detecting the difference between the voltage proportional to the threshold voltage of the transistor and the voltage proportional to the back bias voltage, and controlling the back bias generation circuit, variations in gate electrode dimensions, variations in impurity implantation, and thermal history Even if the threshold voltage fluctuates due to variations in the threshold voltage, the threshold voltage of the transistor is corrected by detecting the fluctuation and controlling and changing the back bias voltage.

【0009】また、作動温度が高い場合にバックバイア
ス電圧の電位が高くなるように設定されるので、バック
バイアスが印加されるトランジスタの高温時のリーク電
流を抑えることを特徴とする。
Further, since the potential of the back bias voltage is set to be high when the operating temperature is high, a leakage current of the transistor to which the back bias is applied at a high temperature is suppressed.

【0010】また、電源電圧に関係なくバックバイアス
電圧は一定であるので、電源電圧が低い電圧となった際
にもバックバイアス電圧は一定とし、リーク電流の増加
を抑えることを特徴とする。
Further, since the back bias voltage is constant irrespective of the power supply voltage, the back bias voltage is kept constant even when the power supply voltage becomes low, thereby suppressing an increase in leakage current.

【0011】特に、ダイナミック・ランダム・アクセス
・メモリ(DRAM)のデータ保持特性の悪化を防止す
ることを特徴とする。以上により、半導体装置におい
て、トランジスタのしきい値電圧の変動に応じてバック
バイアス電圧を変更することができ、半導体装置の製造
歩留まりを向上させることができると共に、トランジス
タ特性を目的のものにし、設計のとおりの性能の半導体
チップを製造することができる。
In particular, the present invention is characterized in that the data retention characteristics of a dynamic random access memory (DRAM) are prevented from deteriorating. As described above, in the semiconductor device, the back bias voltage can be changed in accordance with the change in the threshold voltage of the transistor, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. A semiconductor chip having the following performance can be manufactured.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載のバック
バイアス回路は、複数のトランジスタにより構成される
半導体装置に対して、そのトランジスタのしきい値電圧
を補正するためのバックバイアス電圧を印加するバック
バイアス回路であって、チャージポンプ回路で構成され
前記バックバイアス電圧を出力するバックバイアス発生
回路と、前記バックバイアス発生回路からのバックバイ
アス電圧を検知して、その電圧に応じて前記バックバイ
アス発生回路の動作のオン・オフを制御する検知回路と
で構成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a back bias circuit according to a first aspect of the present invention, a back bias voltage for correcting a threshold voltage of a transistor for a semiconductor device including a plurality of transistors is provided. A back bias circuit configured to apply a back bias voltage, configured by a charge pump circuit, and outputting the back bias voltage; detecting a back bias voltage from the back bias generation circuit; And a detection circuit for controlling ON / OFF of the operation of the bias generation circuit.

【0013】請求項2に記載のバックバイアス回路は、
請求項1に記載の検知回路を、バックバイアス発生回路
から出力されるバックバイアス電圧が電源電圧に依存せ
ず一定となるように構成する。
The back bias circuit according to claim 2 is
The detection circuit according to claim 1 is configured such that the back bias voltage output from the back bias generation circuit is constant independently of the power supply voltage.

【0014】請求項3に記載のバックバイアス回路は、
請求項1または請求項2に記載の検知回路を、一端が接
地電位である接地電極からなる接地ノードに接続された
電流源と、前記電流源の他端が接続され、その電流源と
等しいまたは比例した電流を第1の基準電位ノードおよ
び第2の基準電位ノードに流すカレントミラー回路と、
前記第1の基準電位ノードと接地ノードとの間に接続さ
れた第1の抵抗素子と、前記第2の基準電位ノードとバ
ックバイアス電圧が入力されるノードとの間に接続され
た第2の抵抗素子と、前記第1および第2の基準電位ノ
ードの電圧がそれぞれ入力される第1および第2の入力
端子を有し、それらの電圧差に基づいて、前記バックバ
イアス発生回路の動作のオン・オフ制御用の制御信号を
出力する差動増幅器とで構成する。
The back bias circuit according to claim 3 is
3. A detection circuit according to claim 1, wherein one end of the detection circuit is connected to a ground node formed of a ground electrode having a ground potential, and the other end of the current source is connected to the current source. A current mirror circuit for causing a proportional current to flow through the first reference potential node and the second reference potential node;
A first resistance element connected between the first reference potential node and a ground node, and a second resistance element connected between the second reference potential node and a node to which a back bias voltage is input. A resistance element; and first and second input terminals to which voltages of the first and second reference potential nodes are respectively inputted, and based on a voltage difference between them, the operation of the back bias generation circuit is turned on. -It is composed of a differential amplifier that outputs a control signal for off control.

【0015】請求項4に記載のバックバイアス回路は、
請求項3に記載の電流源を、その出力電流が電源電圧に
依存せず一定となるように構成する。請求項5に記載の
バックバイアス回路は、請求項3または請求項4に記載
の電流源を、ソースが電源に接続されゲートとドレイン
が第1のノードに接続された第1のPチャネルトランジ
スタと、ドレインが第2のノードに接続されゲートが前
記第1のノードに接続されソースが第3の抵抗素子を介
して前記電源に接続された第2のPチャネルトランジス
タと、ソースが前記第1のノードに接続されゲートが前
記第2のノードに接続されドレインが接地電位である接
地電極に接続された第1のNチャネルトランジスタと、
ソースとゲートが前記第2のノードに接続されドレイン
が前記接地電極に接続された第2のNチャネルトランジ
スタと、ゲートが前記第2のノードに接続されソースが
前記接地電極に接続されドレインが出力ノードとなる第
3のNチャネルトランジスタとで構成する。
The back bias circuit according to claim 4 is
The current source according to claim 3 is configured such that its output current is constant without depending on the power supply voltage. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a back bias circuit comprising the current source according to the third or fourth aspect, comprising a first P-channel transistor having a source connected to a power supply and a gate and a drain connected to a first node. A second P-channel transistor having a drain connected to the second node, a gate connected to the first node, a source connected to the power supply via a third resistance element, and a source connected to the first P-channel transistor. A first N-channel transistor connected to a node, a gate connected to the second node, and a drain connected to a ground electrode having a ground potential;
A second N-channel transistor having a source and a gate connected to the second node and a drain connected to the ground electrode; a gate connected to the second node, a source connected to the ground electrode, and a drain connected to the output; And a third N-channel transistor serving as a node.

【0016】請求項6に記載のバックバイアス回路は、
請求項1から請求項5のいずれかに記載のバックバイア
ス発生回路から出力されるバックバイアス電圧の絶対値
が、温度に依存して動作温度に比例するように構成す
る。
The back bias circuit according to claim 6 is
The absolute value of the back bias voltage output from the back bias generating circuit according to any one of claims 1 to 5 is dependent on temperature and is proportional to the operating temperature.

【0017】請求項7に記載のバックバイアス回路は、
請求項3から請求項5のいずれかに記載の電流源を、そ
の出力電流が温度に依存して動作温度に比例するように
構成する。
The back bias circuit according to claim 7 is
The current source according to any one of claims 3 to 5 is configured such that its output current is temperature-dependent and proportional to the operating temperature.

【0018】請求項8に記載のバックバイアス回路は、
請求項1または請求項2に記載の検知回路を、一端が接
地電位である接地電極からなる接地ノードに接続された
電流源と、前記電流源の他端が接続され、その電流源と
等しい電流を第1の基準電位ノードおよび第2の基準電
位ノードに流すカレントミラー回路と、前記第1の基準
電位ノードと接地ノードとの間に接続された1個または
複数個の基準トランジスタと、前記第2の基準電位ノー
ドとバックバイアス電圧が入力されるノードとの間に接
続された抵抗素子と、前記第1および第2の基準電位ノ
ードの電圧がそれぞれ入力される第1および第2の入力
端子を有し、それらの電圧差に基づいて、前記バックバ
イアス発生回路の動作のオン・オフ制御用の制御信号を
出力する差動増幅器とで構成する。
The back bias circuit according to claim 8 is
3. A detection circuit according to claim 1, wherein one end of the current source is connected to a ground node formed of a ground electrode having a ground potential, and the other end of the current source is connected to the current source. A current mirror circuit for flowing current through a first reference potential node and a second reference potential node; one or more reference transistors connected between the first reference potential node and a ground node; Resistance element connected between the second reference potential node and a node to which the back bias voltage is input, and first and second input terminals to which the voltages of the first and second reference potential nodes are input, respectively. And a differential amplifier that outputs a control signal for on / off control of the operation of the back bias generation circuit based on the voltage difference therebetween.

【0019】請求項9に記載のバックバイアス回路は、
所定の製造条件で、所定の電圧のバックバイアス電圧を
出力するバックバイアス回路であって、請求項1から請
求項8のいずれかに記載のバックバイアス発生回路から
出力されるバックバイアス電圧の絶対値が、製造条件の
ばらつきにより、構成されるトランジスタのしきい値電
圧に逆比例するように構成する。
The back bias circuit according to claim 9 is
9. A back bias circuit for outputting a predetermined back bias voltage under a predetermined manufacturing condition, wherein the absolute value of the back bias voltage output from the back bias generation circuit according to claim 1. However, due to the variation in the manufacturing conditions, the threshold voltage of the configured transistor is inversely proportional to the threshold voltage.

【0020】請求項10に記載のバックバイアス回路
は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ内に構
成されたバックバイアス回路であって、請求項1から請
求項9のいずれかに記載のバックバイアス発生回路から
出力されるバックバイアス電圧は、前記ダイナミック・
ランダム・アクセス・メモリ内のメモリセルを構成する
トランジスタの基板に供給されるように構成する。
A back bias circuit according to a tenth aspect is a back bias circuit configured in a dynamic random access memory, and the back bias generation circuit according to any one of the first to ninth aspects. The back bias voltage output from the
It is configured to be supplied to a substrate of a transistor constituting a memory cell in a random access memory.

【0021】請求項11に記載のバックバイアス回路
は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ内に構
成されたバックバイアス回路であって、請求項8に記載
のバックバイアス発生回路から出力されるバックバイア
ス電圧は、前記ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ内のメモリセルを構成するトランジスタの基板に供
給され、かつ基準トランジスタを、前記メモリセルを構
成するトランジスタと同じ構造となるように構成する。
A back bias circuit according to an eleventh aspect is a back bias circuit configured in a dynamic random access memory, wherein a back bias voltage output from the back bias generation circuit according to the eighth aspect is provided. Is supplied to a substrate of a transistor forming a memory cell in the dynamic random access memory, and configures a reference transistor to have the same structure as a transistor forming the memory cell.

【0022】請求項12に記載のバックバイアス回路
は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ内に構
成され、所定の製造条件で、所定の電圧のバックバイア
ス電圧を出力するバックバイアス回路であって、請求項
8に記載のバックバイアス発生回路から出力されるバッ
クバイアス電圧の絶対値が、製造条件のばらつきによ
り、構成されるトランジスタのしきい値電圧に逆比例す
るように構成するとともに、前記バックバイアス電圧
は、前記ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ内
のメモリセルを構成するトランジスタの基板に供給さ
れ、かつ基準トランジスタを、前記メモリセルを構成す
るトランジスタと同じ構造となるように構成する。
A back bias circuit according to a twelfth aspect is a back bias circuit configured in a dynamic random access memory and outputting a predetermined back bias voltage under a predetermined manufacturing condition. Item 9: The absolute value of the back bias voltage output from the back bias generating circuit according to Item 8 is configured to be inversely proportional to the threshold voltage of the configured transistor due to variations in manufacturing conditions. Is supplied to a substrate of a transistor forming a memory cell in the dynamic random access memory, and configures a reference transistor to have the same structure as a transistor forming the memory cell.

【0023】以上の構成によると、しきい値電圧の変動
に応じてバックバイアス電圧を変更する機能を有し、ト
ランジスタのしきい値電圧に比例する電圧と、バックバ
イアス電圧に比例する電圧との差を検知し、バックバイ
アス発生回路を制御することで、ゲート電極寸法のばら
つき、不純物注入のばらつき、および熱履歴のばらつき
等により、しきい値電圧が変動しても、それを検知して
バックバイアス電圧を制御して変更し、トランジスタの
しきい値電圧を補正する。
According to the above structure, the function of changing the back bias voltage in accordance with the change in the threshold voltage is provided, and a voltage proportional to the threshold voltage of the transistor and a voltage proportional to the back bias voltage are determined. By detecting the difference and controlling the back bias generation circuit, even if the threshold voltage fluctuates due to variations in gate electrode dimensions, variations in impurity implantation, and variations in thermal history, etc. The bias voltage is controlled and changed to correct the threshold voltage of the transistor.

【0024】また、作動温度が高い場合にバックバイア
ス電圧の電位が高くなるように設定されるので、バック
バイアスが印加されるトランジスタの高温時のリーク電
流を抑える。
Further, since the potential of the back bias voltage is set to be high when the operating temperature is high, the leakage current of the transistor to which the back bias is applied at a high temperature is suppressed.

【0025】また、電源電圧に関係なくバックバイアス
電圧は一定であるので、電源電圧が低い電圧となった際
にもバックバイアス電圧は一定とし、リーク電流の増加
を抑える。
Since the back bias voltage is constant irrespective of the power supply voltage, the back bias voltage is kept constant even when the power supply voltage becomes low, thereby suppressing an increase in leakage current.

【0026】特に、ダイナミック・ランダム・アクセス
・メモリ(DRAM)のデータ保持特性の悪化を防止す
る。以下、本発明の実施の形態を示すバックバイアス回
路について、図面を参照しながら具体的に説明する。
In particular, it is possible to prevent the data holding characteristic of the dynamic random access memory (DRAM) from deteriorating. Hereinafter, a back bias circuit according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明の実施の形態のバックバイア
ス回路の概略構成を示すブロック図である。図1に示す
ように、このバックバイアス回路10は、バックバイア
ス発生回路11と検知回路12とで構成される。バック
バイアス発生回路11の出力ノードは、半導体装置の半
導体基板に接続され、バックバイアス電圧VBBを出力
する。また、バックバイアス発生回路11には、その動
作・停止を制御する制御信号GEが入力される。検知回
路12は、上記のバックバイアス電圧VBBが入力され
制御信号GEを出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a back bias circuit according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the back bias circuit 10 includes a back bias generation circuit 11 and a detection circuit 12. An output node of the back bias generation circuit 11 is connected to a semiconductor substrate of the semiconductor device and outputs a back bias voltage VBB. Further, a control signal GE for controlling the operation / stop is input to the back bias generation circuit 11. The detection circuit 12 receives the back bias voltage VBB and outputs a control signal GE.

【0028】図2は本発明の実施の形態のバックバイア
ス回路10における検知回路12の一構成例を示す回路
図である。図2において、検知回路12は、カレントミ
ラー型に接続されたPチャネルトランジスタT1〜T3
と、電流源20と、基準電位発生用負荷21と、トリミ
ング可能な抵抗22と、差動増幅器23と、インバータ
24、25とを含む。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the detection circuit 12 in the back bias circuit 10 according to the embodiment of the present invention. 2, the detection circuit 12 includes P-channel transistors T1 to T3 connected in a current mirror type.
, A current source 20, a reference potential generating load 21, a trimmable resistor 22, a differential amplifier 23, and inverters 24 and 25.

【0029】PチャネルトランジスタT1は、ゲートと
ドレインが電流源20に接続され、基板とソースが電源
電圧VDDに接続されるPチャネルMOSFETで構成
される。
The P-channel transistor T1 is composed of a P-channel MOSFET whose gate and drain are connected to the current source 20, and whose substrate and source are connected to the power supply voltage VDD.

【0030】PチャネルトランジスタT2は、Pチャネ
ルトランジスタT1とカレントミラー回路を構成するよ
うに、ゲートがPチャネルトランジスタT1のゲートに
接続され、基板とソースが電源電圧VDDに接続され、
ドレインはノード(第1の基準電位ノード)Vref1
に接続されるPチャネルMOSFETで構成される。
The P-channel transistor T2 has a gate connected to the gate of the P-channel transistor T1, a substrate and a source connected to the power supply voltage VDD so as to form a current mirror circuit with the P-channel transistor T1,
The drain is a node (first reference potential node) Vref1
And a P-channel MOSFET connected to.

【0031】PチャネルトランジスタT3は、Pチャネ
ルトランジスタT1とカレントミラー回路を構成するよ
うに、ゲートがPチャネルトランジスタT1のゲートに
接続され、基板とソースが電源電圧VDDに接続され、
ドレインはノード(第2の基準電位ノード)Vref2
に接続されるPチャネルMOSFETで構成される。
The P-channel transistor T3 has a gate connected to the gate of the P-channel transistor T1, a substrate and a source connected to the power supply voltage VDD so as to form a current mirror circuit with the P-channel transistor T1,
The drain is a node (second reference potential node) Vref2
And a P-channel MOSFET connected to.

【0032】基準電位発生用負荷21は、ノードVre
f1と接地電位である接地電極との間にダイオード接続
されたNチャネルトランジスタ(NチャネルMOSFE
T)T4、T5で構成される。これらNチャネルトラン
ジスタT4、T5は、バックバイアス電圧VBBが印加
されるトランジスタと同じ構造および同じ工程で製造さ
れる。ただし、NチャネルトランジスタT4、T5の基
板には接地電位の電圧が印加される。ここではダイオー
ド接続されるNチャネルトランジスタとして、Nチャネ
ルMOSFETを2個用いたものを示しているが、1個
のみであってもよいし、3個以上の直列接続であっても
よい。
The reference potential generating load 21 is connected to the node Vre
An N-channel transistor (N-channel MOSFE) diode-connected between f1 and a ground electrode which is a ground potential.
T) It is composed of T4 and T5. These N-channel transistors T4 and T5 are manufactured with the same structure and the same process as the transistor to which the back bias voltage VBB is applied. However, the ground potential voltage is applied to the substrates of the N-channel transistors T4 and T5. Here, two N-channel MOSFETs are shown as diode-connected N-channel transistors. However, only one N-channel MOSFET may be used, or three or more N-channel MOSFETs may be connected in series.

【0033】抵抗22は、例えばポリシリコン抵抗やシ
リサイド抵抗などで構成される。抵抗22は、ノードV
ref2とバックバイアス電圧VBBのノードとの間に
接続される。この抵抗22の抵抗値は所望の抵抗値Rに
設定される。また、抵抗22は、複数の抵抗素子と並列
に接続されたフューズ素子からなる単位が複数直列に接
続され、周知技術であるレーザートリミングなどの方法
により上記のフューズ素子を切断して所望の抵抗値Rに
設定される構成であってもよい。
The resistor 22 is composed of, for example, a polysilicon resistor or a silicide resistor. The resistor 22 is connected to the node V
It is connected between ref2 and the node of the back bias voltage VBB. The resistance value of the resistor 22 is set to a desired resistance value R. The resistor 22 is formed by connecting a plurality of units each including a plurality of resistance elements and a fuse element connected in parallel, and cutting the fuse element by a known technique such as laser trimming to obtain a desired resistance value. It may be configured to be set to R.

【0034】差動増幅器23は、ノードVref1およ
びノードVref2を−端子および+端子への入力と
し、出力が波形整形用のインバータ24に入力される。
バッファ用のインバータ25は、その入力がインバータ
24の出力に接続され、出力は制御信号GEのノードに
接続される構成をとる。ここでは一例としてインバータ
24、25を用いて2段接続としたが、さらにインバー
タを多数接続して構成してもよいし、インバータを省略
して差動増幅器23の出力が制御信号GEのノードに直
接接続される構成であってもよい。
The differential amplifier 23 has the node Vref1 and the node Vref2 as inputs to the-terminal and the + terminal, and outputs the output to the inverter 24 for waveform shaping.
The buffer inverter 25 has a configuration in which the input is connected to the output of the inverter 24 and the output is connected to the node of the control signal GE. Here, as an example, two-stage connection is made using the inverters 24 and 25. However, it is also possible to connect a large number of inverters, or to omit the inverter and output the differential amplifier 23 to the node of the control signal GE. It may be configured to be directly connected.

【0035】図3は図2内の電流源20の構成を示す回
路図である。この電流源20は、基本的には、カレント
ミラー型に接続されたPチャネルトランジスタ(Pチャ
ネルMOSFET)31、35の組と、Nチャネルトラ
ンジスタ(NチャネルMOSFET)36、37、39
の組と、抵抗38とからなる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the current source 20 in FIG. The current source 20 basically includes a set of P-channel transistors (P-channel MOSFETs) 31 and 35 connected in a current mirror type, and N-channel transistors (N-channel MOSFETs) 36, 37 and 39.
And a resistor 38.

【0036】また、電流源20は、基板とソースが電源
電圧VDDに接続されゲートとドレインがノード32に
接続されたPチャネルトランジスタ31と、基板とソー
スがノード33に接続されゲートがノード32に接続さ
れドレインがノード34に接続されたPチャネルトラン
ジスタ35と、ソースとゲートがノード34に接続され
ドレインが接地電極に接地されたNチャネルトランジス
タ36と、ソースがノード32に接続されゲートがノー
ド34に接続されドレインが接地電極に接地されたNチ
ャネルトランジスタ37と、電源電圧VDDとノード3
3との間に接続された抵抗38と、ゲートがノード34
に接続されドレインが接地電極に接地されソースが出力
電流Iaを受けるNチャネルトランジスタ39とを含
む。
The current source 20 includes a P-channel transistor 31 having a substrate and a source connected to a power supply voltage VDD and a gate and a drain connected to a node 32, and a substrate and a source connected to a node 33 and a gate connected to the node 32. A P-channel transistor 35 having a drain connected to a node 34; an N-channel transistor 36 having a source and a gate connected to the node 34 and a drain grounded to a ground electrode; and a source connected to the node 32 and a gate connected to the node 34. -Channel transistor 37 connected to a power supply voltage VDD and node 3
3 and a gate connected to the node 34.
And an N-channel transistor 39 whose drain is grounded to the ground electrode and whose source receives output current Ia.

【0037】図4は図1内のバックバイアス発生回路1
1の一構成例を示す回路図である。本回路は、制御信号
GEによりバックバイアス発生動作の動作・停止を制御
可能な構成をとる。このバックバイアス発生回路11
は、リングオシレータ40と、インバータ41と、容量
を形成するように接続された容量用トランジスタである
Nチャネルトランジスタ(NチャネルMOSFET)4
2と、Nチャネルトランジスタ(NチャネルMOSFE
T)43、44とから構成される。
FIG. 4 shows the back bias generation circuit 1 shown in FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram showing one configuration example of the present invention. This circuit has a configuration in which the operation / stop of the back bias generation operation can be controlled by the control signal GE. This back bias generation circuit 11
Is an N-channel transistor (N-channel MOSFET) 4 which is a capacity transistor connected to form a capacitor with a ring oscillator 40, an inverter 41, and
2 and an N-channel transistor (N-channel MOSFE
T) 43, 44.

【0038】リングオシレータ40は、制御信号GEが
Hレベル(ハイレベル)の場合に、一定周期のパルスを
発生し、制御信号GEがLレベル(ローレベル)の場合
は、パルスを停止する回路である。インバータ41は、
リングオシレータ40の出力を受け、その出力波形を整
形するためのバッファの役割を果たす。Nチャネルトラ
ンジスタ42は、ゲートがインバータ41の出力に接続
され、ソースとドレインが短絡されて、Nチャネルトラ
ンジスタ43のゲートとソースおよびNチャネルトラン
ジスタ44のソースに接続される。Nチャネルトランジ
スタ43のドレインは接地電極に接地され、Nチャネル
トランジスタ44のドレインはバックバイアス電圧VB
Bを出力する。これらNチャネルトランジスタ42、4
3、44はチャージポンプ回路を構成する。
The ring oscillator 40 is a circuit that generates a pulse of a fixed period when the control signal GE is at H level (high level), and stops the pulse when the control signal GE is at L level (low level). is there. The inverter 41 is
It receives the output of ring oscillator 40 and plays the role of a buffer for shaping the output waveform. N-channel transistor 42 has a gate connected to the output of inverter 41, a source and a drain short-circuited, and connected to the gate and source of N-channel transistor 43 and the source of N-channel transistor 44. The drain of N-channel transistor 43 is grounded to a ground electrode, and the drain of N-channel transistor 44 is back bias voltage VB
B is output. These N-channel transistors 42, 4
Reference numerals 3 and 44 constitute a charge pump circuit.

【0039】図5は図2内の差動増幅器23の一構成例
を示す回路図である。この差動増幅器23は、基本的に
は、Pチャネルトランジスタ(PチャネルMOSFE
T)50、51と、Nチャネルトランジスタ(Nチャネ
ルMOSFET)52、53と、電流制御用のNチャネ
ルトランジスタ(NチャネルMOSFET)54とから
構成される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the differential amplifier 23 in FIG. This differential amplifier 23 basically includes a P-channel transistor (P-channel MOSFE).
T) 50, 51; N-channel transistors (N-channel MOSFETs) 52, 53; and N-channel transistors (N-channel MOSFETs) 54 for current control.

【0040】また、この差動増幅器23は、カレントミ
ラー型に配置されたPチャネルトランジスタ50、51
と、それらのドレインに接続されたNチャネルトランジ
スタ52、53とで構成され、Nチャネルトランジスタ
54を介して接地電極に接地される一般的な差動増幅器
の構成をなす。
The differential amplifier 23 includes P-channel transistors 50 and 51 arranged in a current mirror type.
And N-channel transistors 52 and 53 connected to their drains, forming a general differential amplifier grounded to a ground electrode via an N-channel transistor 54.

【0041】次に、図2に示す検知回路12の動作説明
を行うにあたり、先に簡単に図3に示す電流源20の動
作について説明する。図3において、Nチャネルトラン
ジスタ(NチャネルMOSFET)36、37の寸法と
しきい値電圧Vtnが等しいとすれば、Nチャネルトラ
ンジスタ36、37は互いにカレントミラー回路を構成
するから、これらNチャネルトランジスタ36、37に
流れる電流Ioが、Pチャネルトランジスタ(Pチャネ
ルMOSFET)31、35にも流れる。Pチャネルト
ランジスタ31、35のしきい値電圧は等しくVtpと
すれば、各トランジスタ31、35、36、37に流れ
る電流は、 Io=β31・(V32−VDD−Vtp)2 Io=β35・(V32−VDD+Io・R38−Vtp)2 Io=β36・(V34−Vtn)2 Io=β37・(V34−Vtn)2 で与えられる。ここでV32はノード32の電圧、V34
ノード34の電圧、R38は抵抗38の抵抗値である。
Next, before describing the operation of the detection circuit 12 shown in FIG. 2, the operation of the current source 20 shown in FIG. 3 will be briefly described first. In FIG. 3, if the dimensions of the N-channel transistors (N-channel MOSFETs) 36 and 37 are equal to the threshold voltage Vtn, the N-channel transistors 36 and 37 constitute a current mirror circuit with each other. The current Io flowing through 37 also flows through P-channel transistors (P-channel MOSFETs) 31 and 35. If the threshold voltage of the P-channel transistor 31 and 35 equally Vtp, currents flowing through the transistors 31,35,36,37 is, Io = β 31 · (V 32 -VDD-Vtp) 2 Io = β 35 (V 32 −VDD + Io · R 38 −Vtp) 2 Io = β 36 (V 34 −Vtn) 2 Io = β 37 (V 34 −Vtn) 2 Here V 32 is the voltage of the node 32, V 34 is the voltage at the node 34, R 38 is the resistance of the resistor 38.

【0042】ここで、β36=β37から上式を変形して、 Io=1/(R38 2・β31)・(1−(β31/β350.52 を得る。またNチャネルトランジスタ36と、Nチャネ
ルトランジスタ(NチャネルMOSFET)39はカレ
ントミラー回路を構成しているため、この回路は、Io
の定数倍の電流Iaを出力する。
[0042] Here, by modifying the above equation from β 36 = β 37, obtain Io = 1 / (R 38 2 · β 31) · (1- (β 31 / β 35) 0.5) 2. Since the N-channel transistor 36 and the N-channel transistor (N-channel MOSFET) 39 form a current mirror circuit, this circuit
And outputs a current Ia which is a constant multiple of.

【0043】一方、この構成により、電流源20の出力
する電流は、1/βに比例することが分かる。すなわ
ち、図3に示す電流源20は、回路の動作温度が高い場
合には電流が増加し、動作温度が低い場合には電流が減
少するという特性を持つ。また電流源20の出力する電
流Iaは、電源電圧VDDに依存しない特徴をも持つ。
On the other hand, according to this configuration, it can be seen that the current output from the current source 20 is proportional to 1 / β. That is, the current source 20 shown in FIG. 3 has a characteristic that the current increases when the operating temperature of the circuit is high, and decreases when the operating temperature is low. The current Ia output from the current source 20 also has a feature that does not depend on the power supply voltage VDD.

【0044】次に、図2に示す検知回路12の動作につ
いて説明する。Pチャネルトランジスタ(PチャネルM
OSFET)T1には電流Iaが流れる。カレントミラ
ー型に接続されたPチャネルトランジスタ(Pチャネル
MOSFET)T2、T3には、それぞれのゲート長と
ゲート幅の比で決まる電流Ib、Icが流れる。
Next, the operation of the detection circuit 12 shown in FIG. 2 will be described. P-channel transistor (P-channel M
The current Ia flows through the OSFET) T1. In the P-channel transistors (P-channel MOSFETs) T2 and T3 connected in a current mirror type, currents Ib and Ic determined by a ratio between their respective gate lengths and gate widths flow.

【0045】ノードVref1の電圧値は、VBBバッ
クバイアストランジスタ(NチャネルMOSFET)T
4、T5のしきい値電圧をVt1とすると、2・Vt1
の電圧となる。ノードVref2の電圧値は、抵抗22
の抵抗値をR22とすると、R22・Ic+VBBの電
圧となる。抵抗値R22は、バックバイアス電圧が所望
の電位の時に、R22・Ic+VBB=2・Vt1とな
るように選ばれる。
The voltage value of node Vref1 is VBB back bias transistor (N-channel MOSFET) T
4. Assuming that the threshold voltage of T5 is Vt1, 2 · Vt1
Voltage. The voltage value of the node Vref2 is
Is R22 · Ic + VBB, where R22 is the resistance value of R22. The resistance value R22 is selected such that R22 · Ic + VBB = 2 · Vt1 when the back bias voltage is at a desired potential.

【0046】ノードVref2の電圧が、ノードVre
f1の電圧より高い場合には、差動増幅器23により制
御信号GEがハイレベルにされ、バックバイアス発生回
路11が動作状態となり、バックバイアス電圧VBBを
負電位にする。そして、バックバイアス電圧VBBが負
電位になり、ノードVref2の電圧がノードVref
1の電圧より低い場合には、制御信号GEがローレベル
にされ、バックバイアス発生回路11が停止状態とな
る。このようにして、バックバイアス電圧VBBは、所
望の電位に設定される。
The voltage at node Vref2 is
When the voltage is higher than the voltage of f1, the control signal GE is set to the high level by the differential amplifier 23, the back bias generation circuit 11 is activated, and the back bias voltage VBB is set to the negative potential. Then, the back bias voltage VBB becomes a negative potential, and the voltage of the node Vref2 becomes the node Vref.
If the voltage is lower than 1, the control signal GE is set to low level, and the back bias generation circuit 11 is stopped. Thus, the back bias voltage VBB is set to a desired potential.

【0047】仮に、バックバイアス電圧VBBが印加さ
れるトランジスタ群のしきい値電圧が、不純物注入のば
らつき、寸法のばらつき、熱履歴のばらつき等の影響で
低くなった場合は、ノードVref1の電圧が低くな
る。この場合、ノードVref2の電圧とノードVre
f1の電圧とが等しくなるバックバイアス電圧VBB
は、バックバイアス電圧VBBが印加されるトランジス
タ群のしきい値電圧が目的のとおりに製造された場合に
比べ、深い負電圧に設定される。よって、バックバイア
ス効果により、バックバイアス電圧VBBが印加される
トランジスタ群のしきい値電圧を高くすることができ、
目的のトランジスタ性能へ補正することができる。
If the threshold voltage of the transistor group to which the back bias voltage VBB is applied becomes low due to the influence of the variation of the impurity implantation, the variation of the dimensions, the variation of the thermal history, and the like, the voltage of the node Vref1 is reduced. Lower. In this case, the voltage of the node Vref2 and the node Vre
Back bias voltage VBB that is equal to the voltage of f1
The threshold voltage of the transistor group to which the back bias voltage VBB is applied is set to a deeper negative voltage as compared with the case where the transistor is manufactured as intended. Therefore, the threshold voltage of the transistor group to which the back bias voltage VBB is applied can be increased by the back bias effect,
It can be corrected to the target transistor performance.

【0048】また仮に、バックバイアスが印加されるト
ランジスタ群のしきい値電圧が、不純物注入のばらつ
き、寸法のばらつき、熱履歴のばらつき等の影響で高く
なった場合は、ノードVref1の電圧が高くなる。こ
の場合、ノードVref2の電圧とノードVref1の
電圧とが等しくなるバックバイアス電圧VBBは、バッ
クバイアスが印加されるトランジスタ群のしきい値電圧
が目的のとおりに製造された場合に比べ、浅い負電圧に
設定される。よって、バックバイアス効果によりバック
バイアスが印加されるトランジスタ群のしきい値電圧を
低くすることができ、目的のトランジスタ性能へ補正す
ることができる。
If the threshold voltage of the transistor group to which the back bias is applied rises due to the influence of the variation of the impurity implantation, the variation of the dimensions, the variation of the thermal history, etc., the voltage of the node Vref1 becomes high. Become. In this case, the back bias voltage VBB at which the voltage at the node Vref2 is equal to the voltage at the node Vref1 is a shallower negative voltage than when the threshold voltage of the transistor group to which the back bias is applied is manufactured as intended. Is set to Therefore, the threshold voltage of the transistor group to which the back bias is applied due to the back bias effect can be reduced, and the desired transistor performance can be corrected.

【0049】また、基準電位発生用負荷21は、ダイオ
ード接続されたトランジスタの1個の直列接続であって
もよいし、3個以上の直列接続であってもよいことは先
に述べたが、前者の場合、しきい値電圧の変動に対する
バックバイアス電圧VBBのレベルの変動を少なく設定
することができ、後者の場合は、しきい値電圧の変動に
対するバックバイアス電圧VBBのレベルの変動を大き
く設定することができる。
As described above, the reference potential generating load 21 may be a series connection of one diode-connected transistor, or may be a series connection of three or more transistors. In the former case, the fluctuation of the level of the back bias voltage VBB with respect to the fluctuation of the threshold voltage can be set small, and in the latter case, the fluctuation of the level of the back bias voltage VBB with respect to the fluctuation of the threshold voltage is set large. can do.

【0050】一方、電流源20として図3に示した構成
を用いた場合、チップの動作温度が増加した場合、電流
Iaが増加することは先に述べたが、ミラー効果により
Icも同様に増加するので、結果として、ノードVre
f2の電位が高くなり、バックバイアス電圧は深い負電
位に設定される。逆に温度が低い場合は、ノードVre
f2の電位が低くなり、バックバイアス電圧は浅い負電
位に設定される。
On the other hand, when the configuration shown in FIG. 3 is used as the current source 20, when the operating temperature of the chip increases, the current Ia increases as described above. However, Ic also increases due to the Miller effect. As a result, as a result, the node Vre
The potential of f2 increases, and the back bias voltage is set to a deep negative potential. Conversely, if the temperature is low, the node Vre
The potential of f2 decreases, and the back bias voltage is set to a shallow negative potential.

【0051】この回路を、ダイナミック・ランダム・ア
クセス・メモリ(DRAM)に使用し、そのメモリセル
を構成するトランジスタへのバックバイアス電圧の印加
用として用いた場合、そのDRAMで問題となる高温動
作でのデータ保持能力期間に関し、高温でバックバイア
ス電圧が深くなり、しきい値電圧が増加する効果がある
ので、リーク電流を抑え、データ保持能力期間を延長す
ることが可能となる。
When this circuit is used for a dynamic random access memory (DRAM) and is used for applying a back bias voltage to a transistor constituting the memory cell, the circuit operates at a high temperature which poses a problem in the DRAM. With regard to the data retention capability period, the back bias voltage is deepened at a high temperature and the threshold voltage is increased, so that the leakage current can be suppressed and the data retention capability period can be extended.

【0052】また、この回路構成によれば、電源電圧V
DDに依存せず電流Iaが一定であることは先に述べた
が、ミラー効果によりIcも同様に一定であるので、結
果として、電源電圧VDDに依存せず一定のバックバイ
アス電圧VBBを設定することができる。
According to this circuit configuration, the power supply voltage V
As described above, the current Ia is constant irrespective of the DD, but Ic is also constant due to the Miller effect. As a result, a constant back bias voltage VBB is set independent of the power supply voltage VDD. be able to.

【0053】なお、図4のバックバイアス発生回路11
は、一般的なチャージポンプ回路であるので、ここで
は、その動作についての説明は省略する。
The back bias generation circuit 11 shown in FIG.
Is a general charge pump circuit, and the description of its operation is omitted here.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、しきい値
電圧の変動に応じてバックバイアス電圧を変更する機能
を有し、トランジスタのしきい値電圧に比例する電圧
と、バックバイアス電圧に比例する電圧との差を検知
し、バックバイアス発生回路を制御することで、ゲート
電極寸法のばらつき、不純物注入のばらつき、および熱
履歴のばらつき等により、しきい値電圧が変動しても、
それを検知してバックバイアス電圧を制御して変更し、
トランジスタのしきい値電圧を補正することができる。
As described above, according to the present invention, the function of changing the back bias voltage according to the change in the threshold voltage is provided. By detecting the difference between the threshold voltage and the voltage proportional to the threshold voltage and controlling the back bias generation circuit, even if the threshold voltage fluctuates due to variations in gate electrode dimensions, variations in impurity implantation, and variations in thermal history,
Detecting this and controlling and changing the back bias voltage,
The threshold voltage of the transistor can be corrected.

【0055】また、作動温度が高い場合にバックバイア
ス電圧の電位が高くなるように設定されるので、バック
バイアスが印加されるトランジスタの高温時のリーク電
流を抑えることができる。
Further, since the potential of the back bias voltage is set to be high when the operating temperature is high, the leakage current of the transistor to which the back bias is applied at a high temperature can be suppressed.

【0056】また、電源電圧に関係なくバックバイアス
電圧は一定であるので、電源電圧が低い電圧となった際
にもバックバイアス電圧は一定とし、リーク電流の増加
を抑えることができる。
Further, since the back bias voltage is constant irrespective of the power supply voltage, the back bias voltage is kept constant even when the power supply voltage becomes low, so that an increase in leak current can be suppressed.

【0057】特に、ダイナミック・ランダム・アクセス
・メモリ(DRAM)のデータ保持特性の悪化を防止す
ることができる。以上により、半導体装置において、ト
ランジスタのしきい値電圧の変動に応じてバックバイア
ス電圧を変更することができ、半導体装置の製造歩留ま
りを向上させることができると共に、トランジスタ特性
を目的のものにし、設計のとおりの性能の半導体チップ
を製造することができる。
In particular, it is possible to prevent the data holding characteristic of the dynamic random access memory (DRAM) from deteriorating. As described above, in the semiconductor device, the back bias voltage can be changed in accordance with the change in the threshold voltage of the transistor, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. A semiconductor chip having the following performance can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態のバックバイアス回路の構
成を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a back bias circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態のバックバイアス回路における検
知回路の構成を示す回路図
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a detection circuit in the back bias circuit of the embodiment.

【図3】同実施の形態のバックバイアス回路における電
流源の構成を示す回路図
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a current source in the back bias circuit of the embodiment.

【図4】同実施の形態のバックバイアス回路におけるバ
ックバイアス発生回路の構成を示す回路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a back bias generation circuit in the back bias circuit according to the embodiment;

【図5】同実施の形態のバックバイアス回路における差
動増幅器の構成を示す回路図
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a differential amplifier in the back bias circuit of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 バックバイアス回路 11 バックバイアス発生回路 12 検知回路 20 電流源 21 基準電位発生用負荷 22 抵抗 23 差動増幅器 24 インバータ 25 インバータ 31、35 PチャネルMOSFET 32、33、34 ノード 36、37、39 NチャネルMOSFET 38 抵抗 40 リングオシレータ 41 インバータ 42 容量用トランジスタ 43、44 NチャネルMOSFET 50、51 PチャネルMOSFET 52、53、54 NチャネルMOSFET GE 制御信号 T1、T2、T3 PチャネルMOSFET T4、T5 VBBバックバイアスNチャネルMOS
FET VBB バックバイアス電圧
Reference Signs List 10 back bias circuit 11 back bias generation circuit 12 detection circuit 20 current source 21 load for reference potential generation 22 resistor 23 differential amplifier 24 inverter 25 inverter 31, 35 P-channel MOSFET 32, 33, 34 node 36, 37, 39 N-channel MOSFET 38 Resistance 40 Ring oscillator 41 Inverter 42 Capacitance transistor 43, 44 N-channel MOSFET 50, 51 P-channel MOSFET 52, 53, 54 N-channel MOSFET GE Control signal T1, T2, T3 P-channel MOSFET T4, T5 VBB Back bias N Channel MOS
FET VBB Back bias voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03F 1/30 H01L 27/04 G 5J090 H03K 19/094 D H03K 19/094 Fターム(参考) 5B024 AA03 BA27 CA07 5F038 AR09 AV02 AV15 BB01 BB08 BG09 CD03 DF05 EZ20 5F083 GA06 HA04 HA05 LA08 PR57 5H420 NA27 NB02 NC02 NC26 5J056 AA00 BB10 BB38 BB59 CC00 CC01 CC02 DD13 DD28 EE07 FF06 5J090 AA03 AA11 AA12 AA43 AA58 CA04 CA11 CA15 CA81 FA02 FA10 FA17 FN03 FN10 HA10 HA17 HA25 HA49 HN07 KA02 KA09 KA12 KA17 MA11 MN02 NN06 TA01 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H03F 1/30 H01L 27/04 G 5J090 H03K 19/094 D H03K 19/094 F term (reference) 5B024 AA03 BA27 CA07 5F038 AR09 AV02 AV15 BB01 BB08 BG09 CD03 DF05 EZ20 5F083 GA06 HA04 HA05 LA08 PR57 5H420 NA27 NB02 NC02 NC26 5J056 AA00 BB10 BB38 BB59 CC00 CC01 CC02 DD13 DD28 EE07 FF06 5J10 AA11A10 A11A11 A11 A11 A11 A11 A11 A11 A11 A11 A11 A11 AA11 A11 A11 A11 AA11 A11 HA17 HA25 HA49 HN07 KA02 KA09 KA12 KA17 MA11 MN02 NN06 TA01

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のトランジスタにより構成される半
導体装置に対して、そのトランジスタのしきい値電圧を
補正するためのバックバイアス電圧を印加するバックバ
イアス回路であって、チャージポンプ回路で構成され前
記バックバイアス電圧を出力するバックバイアス発生回
路と、前記バックバイアス発生回路からのバックバイア
ス電圧を検知して、その電圧に応じて前記バックバイア
ス発生回路の動作のオン・オフを制御する検知回路とで
構成したことを特徴とするバックバイアス回路。
1. A back bias circuit for applying a back bias voltage for correcting a threshold voltage of a transistor to a semiconductor device including a plurality of transistors, the back bias circuit including a charge pump circuit. A back bias generation circuit that outputs a back bias voltage; and a detection circuit that detects a back bias voltage from the back bias generation circuit and controls on / off of the operation of the back bias generation circuit in accordance with the voltage. A back bias circuit, comprising:
【請求項2】 検知回路を、バックバイアス発生回路か
ら出力されるバックバイアス電圧が電源電圧に依存せず
一定となるように構成したことを特徴とする請求項1に
記載のバックバイアス回路。
2. The back bias circuit according to claim 1, wherein the detection circuit is configured such that the back bias voltage output from the back bias generation circuit is constant independently of the power supply voltage.
【請求項3】 検知回路を、一端が接地電位である接地
電極からなる接地ノードに接続された電流源と、前記電
流源の他端が接続され、その電流源と等しいまたは比例
した電流を第1の基準電位ノードおよび第2の基準電位
ノードに流すカレントミラー回路と、前記第1の基準電
位ノードと接地ノードとの間に接続された第1の抵抗素
子と、前記第2の基準電位ノードとバックバイアス電圧
が入力されるノードとの間に接続された第2の抵抗素子
と、前記第1および第2の基準電位ノードの電圧がそれ
ぞれ入力される第1および第2の入力端子を有し、それ
らの電圧差に基づいて、前記バックバイアス発生回路の
動作のオン・オフ制御用の制御信号を出力する差動増幅
器とで構成したことを特徴とする請求項1または請求項
2に記載のバックバイアス回路。
3. A detecting circuit comprising: a current source connected to a ground node having a ground electrode having one end at a ground potential; and a current source connected to the other end of the current source and having a current equal or proportional to the current source. A current mirror circuit flowing through the first reference potential node and the second reference potential node; a first resistance element connected between the first reference potential node and a ground node; and a second reference potential node A second resistance element connected between the first input terminal and a node to which a back bias voltage is input; and a first and second input terminal to which voltages of the first and second reference potential nodes are input, respectively. And a differential amplifier for outputting a control signal for controlling ON / OFF of the operation of the back bias generating circuit based on the voltage difference between the two. Backba Ias circuit.
【請求項4】 電流源を、その出力電流が電源電圧に依
存せず一定となるように構成したことを特徴とする請求
項3に記載のバックバイアス回路。
4. The back bias circuit according to claim 3, wherein the current source is configured such that its output current is constant independently of the power supply voltage.
【請求項5】 電流源を、ソースが電源に接続されゲー
トとドレインが第1のノードに接続された第1のPチャ
ネルトランジスタと、ドレインが第2のノードに接続さ
れゲートが前記第1のノードに接続されソースが第3の
抵抗素子を介して前記電源に接続された第2のPチャネ
ルトランジスタと、ソースが前記第1のノードに接続さ
れゲートが前記第2のノードに接続されドレインが接地
電位である接地電極に接続された第1のNチャネルトラ
ンジスタと、ソースとゲートが前記第2のノードに接続
されドレインが前記接地電極に接続された第2のNチャ
ネルトランジスタと、ゲートが前記第2のノードに接続
されソースが前記接地電極に接続されドレインが出力ノ
ードとなる第3のNチャネルトランジスタとで構成した
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のバッ
クバイアス回路。
5. A current source comprising: a first P-channel transistor having a source connected to a power supply and a gate and a drain connected to a first node; and a drain connected to a second node and a gate connected to the first node. A second P-channel transistor connected to a node and having a source connected to the power supply through a third resistance element, a source connected to the first node, a gate connected to the second node, and a drain connected to the second node; A first N-channel transistor connected to a ground electrode which is a ground potential; a second N-channel transistor having a source and a gate connected to the second node and a drain connected to the ground electrode; A third N-channel transistor connected to a second node, a source connected to the ground electrode, and a drain serving as an output node. The back bias circuit according to claim 3 or claim 4.
【請求項6】 バックバイアス発生回路から出力される
バックバイアス電圧の絶対値が、温度に依存して動作温
度に比例するように構成したことを特徴とする請求項1
から請求項5のいずれかに記載のバックバイアス回路。
6. The system according to claim 1, wherein the absolute value of the back bias voltage output from the back bias generating circuit is dependent on the temperature and is proportional to the operating temperature.
The back bias circuit according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 電流源を、その出力電流が温度に依存し
て動作温度に比例するように構成したことを特徴とする
請求項3から請求項5のいずれかに記載のバックバイア
ス回路。
7. The back bias circuit according to claim 3, wherein the current source is configured so that an output current thereof is dependent on temperature and is proportional to an operating temperature.
【請求項8】 検知回路を、一端が接地電位である接地
電極からなる接地ノードに接続された電流源と、前記電
流源の他端が接続され、その電流源と等しい電流を第1
の基準電位ノードおよび第2の基準電位ノードに流すカ
レントミラー回路と、前記第1の基準電位ノードと接地
ノードとの間に接続された1個または複数個の基準トラ
ンジスタと、前記第2の基準電位ノードとバックバイア
ス電圧が入力されるノードとの間に接続された抵抗素子
と、前記第1および第2の基準電位ノードの電圧がそれ
ぞれ入力される第1および第2の入力端子を有し、それ
らの電圧差に基づいて、前記バックバイアス発生回路の
動作のオン・オフ制御用の制御信号を出力する差動増幅
器とで構成したことを特徴とする請求項1または請求項
2に記載のバックバイアス回路。
8. A detection circuit comprising: a current source connected to a ground node having a ground electrode having one end at a ground potential; and a current equal to the current source connected to the other end of the current source.
A current mirror circuit flowing between the first reference potential node and the second reference potential node; one or more reference transistors connected between the first reference potential node and a ground node; A resistance element connected between a potential node and a node to which a back bias voltage is input, and first and second input terminals to which voltages of the first and second reference potential nodes are respectively input 3. A differential amplifier according to claim 1, wherein said differential amplifier outputs a control signal for on / off control of the operation of said back bias generation circuit based on the voltage difference between them. Back bias circuit.
【請求項9】 所定の製造条件で、所定の電圧のバック
バイアス電圧を出力するバックバイアス回路であって、
バックバイアス発生回路から出力されるバックバイアス
電圧の絶対値が、製造条件のばらつきにより、構成され
るトランジスタのしきい値電圧に逆比例するように構成
したことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか
に記載のバックバイアス回路。
9. A back bias circuit for outputting a back bias voltage of a predetermined voltage under predetermined manufacturing conditions,
2. The method according to claim 1, wherein the absolute value of the back bias voltage output from the back bias generation circuit is inversely proportional to the threshold voltage of the transistor formed due to variations in manufacturing conditions. 9. The back bias circuit according to any one of 8.
【請求項10】 ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ内に構成されたバックバイアス回路であって、バ
ックバイアス発生回路から出力されるバックバイアス電
圧は、前記ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
内のメモリセルを構成するトランジスタの基板に供給さ
れるように構成したことを特徴とする請求項1から請求
項9のいずれかに記載のバックバイアス回路。
10. A dynamic random access system.
A back bias circuit configured in a memory, wherein a back bias voltage output from a back bias generating circuit is supplied to a substrate of a transistor forming a memory cell in the dynamic random access memory. The back bias circuit according to any one of claims 1 to 9, wherein the back bias circuit is configured.
【請求項11】 ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ内に構成されたバックバイアス回路であって、バ
ックバイアス発生回路から出力されるバックバイアス電
圧は、前記ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
内のメモリセルを構成するトランジスタの基板に供給さ
れ、かつ基準トランジスタを、前記メモリセルを構成す
るトランジスタと同じ構造となるように構成したことを
特徴とする請求項8に記載のバックバイアス回路。
11. A dynamic random access system.
A back bias circuit configured in the memory, wherein a back bias voltage output from the back bias generating circuit is supplied to a substrate of a transistor forming a memory cell in the dynamic random access memory, and 9. The back bias circuit according to claim 8, wherein the transistor is configured to have the same structure as a transistor forming the memory cell.
【請求項12】 ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリ内に構成され、所定の製造条件で、所定の電圧の
バックバイアス電圧を出力するバックバイアス回路であ
って、バックバイアス発生回路から出力されるバックバ
イアス電圧の絶対値が、製造条件のばらつきにより、構
成されるトランジスタのしきい値電圧に逆比例するよう
に構成するとともに、前記バックバイアス電圧は、前記
ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ内のメモリ
セルを構成するトランジスタの基板に供給され、かつ基
準トランジスタを、前記メモリセルを構成するトランジ
スタと同じ構造となるように構成したことを特徴とする
請求項8に記載のバックバイアス回路。
12. A dynamic random access system.
A back bias circuit configured in a memory and outputting a back bias voltage of a predetermined voltage under a predetermined manufacturing condition, wherein an absolute value of the back bias voltage output from the back bias generating circuit varies depending on a variation in the manufacturing condition. And the back bias voltage is supplied to a substrate of a transistor constituting a memory cell in the dynamic random access memory, and 9. The back bias circuit according to claim 8, wherein the transistor is configured to have the same structure as a transistor forming the memory cell.
JP33828498A 1998-11-30 1998-11-30 Back bias circuit Expired - Fee Related JP3868131B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33828498A JP3868131B2 (en) 1998-11-30 1998-11-30 Back bias circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33828498A JP3868131B2 (en) 1998-11-30 1998-11-30 Back bias circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000163970A true JP2000163970A (en) 2000-06-16
JP3868131B2 JP3868131B2 (en) 2007-01-17

Family

ID=18316688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33828498A Expired - Fee Related JP3868131B2 (en) 1998-11-30 1998-11-30 Back bias circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3868131B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030682B2 (en) 2002-09-11 2006-04-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Voltage detection circuit and internal voltage generating circuit comprising it
JP2007026337A (en) * 2005-07-21 2007-02-01 Oki Electric Ind Co Ltd Voltage regulator
JP2007060485A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Seiko Instruments Inc Cmos constant current circuit and differential amplifier
JP2012151429A (en) * 2010-12-29 2012-08-09 Tohoku Univ Integrated circuit and method of manufacturing the same
US8659346B2 (en) 2009-07-15 2014-02-25 Spansion Llc Body-bias voltage controller and method of controlling body-bias voltage

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7030682B2 (en) 2002-09-11 2006-04-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Voltage detection circuit and internal voltage generating circuit comprising it
JP2007026337A (en) * 2005-07-21 2007-02-01 Oki Electric Ind Co Ltd Voltage regulator
JP2007060485A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Seiko Instruments Inc Cmos constant current circuit and differential amplifier
US8659346B2 (en) 2009-07-15 2014-02-25 Spansion Llc Body-bias voltage controller and method of controlling body-bias voltage
JP2012151429A (en) * 2010-12-29 2012-08-09 Tohoku Univ Integrated circuit and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP3868131B2 (en) 2007-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10503189B1 (en) Voltage regulator and dynamic bleeder current circuit
US7554869B2 (en) Semiconductor memory device having internal circuits responsive to temperature data and method thereof
US7391274B2 (en) Low voltage operating ring oscillator with almost constant delay time
US6901022B2 (en) Proportional to temperature voltage generator
EP0573240A2 (en) Reference voltage generator
JP3238526B2 (en) Reference potential generation circuit and semiconductor integrated circuit using the same
US20080061868A1 (en) Digital temperature sensing device using temperature depending characteristic of contact resistance
JPH04366492A (en) Internal supply voltage generating circuit
US7456681B2 (en) Power supply voltage step-down circuit, delay circuit, and semiconductor device having the delay circuit
US6429705B1 (en) Resetting circuit independent of a transistor's threshold
US7834680B2 (en) Internal voltage generation circuit for generating stable internal voltages withstanding varying external conditions
JP2724872B2 (en) Input circuit for semiconductor integrated circuit
US5635869A (en) Current reference circuit
US6201436B1 (en) Bias current generating circuits and methods for integrated circuits including bias current generators that increase and decrease with temperature
KR0126911B1 (en) Circuit and method for voltage reference generating
US7023276B2 (en) Differential amplifier circuit
KR100502972B1 (en) Clock generater for Refresh execution
KR100243295B1 (en) Back bias generator of semiconductor device and method thereof
US7489578B2 (en) Boosted voltage level detector in semiconductor memory device
US20070070761A1 (en) Internal voltage generator
JP2000163970A (en) Back-bias circuit
US9300276B2 (en) Oscillation control circuit for biasing ring oscillator by bandgap reference signal and related method
US8106685B2 (en) Signal receiver and voltage compensation method
US6265932B1 (en) Substrate control voltage circuit of a semiconductor memory
US7084675B2 (en) Circuit and method of generating a boosted voltage

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060327

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060912

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061010

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees