JP2003051550A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2003051550A JP2003051550A JP2001238997A JP2001238997A JP2003051550A JP 2003051550 A JP2003051550 A JP 2003051550A JP 2001238997 A JP2001238997 A JP 2001238997A JP 2001238997 A JP2001238997 A JP 2001238997A JP 2003051550 A JP2003051550 A JP 2003051550A
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Abstract
を補償するとともに、電荷転送能力の低下を抑制するこ
とのできる半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板1の一主面部に、チャージポ
ンプ回路を構成する要素としてゲートをドレインに接続
することによりダイオード素子として機能し、かつ、直
列に接続された複数のMOSトランジスタTr0〜Tr4が
形成されるものにおいて、初段のMOSトランジスタT
r0のゲート長Lg0より終段のMOSトランジスタTr4の
ゲート長を短くしたり、終段に近い1つ又は複数のMO
Sトランジスタのゲート長を、その前段のMOSトラン
ジスタのゲート長より短くしたりする。
Description
リ、EEPROMなど、チャージポンプ回路を備える半
導体装置に関する。
示すように、ゲートをドレインに接続することによりダ
イオードとして機能する、いわゆる、ダイオード接続さ
れたNMOSトランジスタTr0、Tr1、Tr2、Tr3、T
r4(実際にはより多くのトランジスタが直列接続される
が、説明及び図面の簡単化のためにここでは4個として
示してある)が、それぞれのドレインを入力端、ソース
を出力端として直列に接続され、これらのトランジスタ
Tr0、Tr1、Tr2、Tr3、Tr4の各ソース、すなわち、
出力端にそれぞれキャパシタC1、C2、C3、C4の各一
端が接続されており、このうち、トランジスタTr0のド
レインに入力電圧Vddを印加するとともに、キャパシタ
C1、C2、C3、C4の各他端に、互いに反転位相関係に
あるクロック信号φ、/φ(/φはφの反転信号を示
す。図ではφの上にオーバーラインを付して示す。)を
交互に印加することによって、トランジスタTr4の出力
端から昇圧された出力電圧Voutを得る構成になってい
る。
期毎に、電荷の転送と充電を繰返しながら1段毎に昇圧
していき、最終的にメモリのデータ書き込みや消去に必
要な高電圧を出力する。より具体的には、入力電圧Vdd
により、初段のトランジスタTr0を介して、コンデンサ
C1が充電され、クロック信号φで昇圧された電荷がト
ランジスタTr1を介して次段のキャパシタC2に充電さ
れる。キャパシタC2の他端のクロック信号が/φから
φに変化したときに再び昇圧が行われ、以下、同様な動
作が繰返されて終段のキャパシタC4に所定の出力電圧
Voutを発生させる。
とする。いま、クロック信号φ、/φの振幅をVclk、
トランジスタTr0〜Tr4の各しきい値電圧をVt0〜Vt
4、入力電圧をVddとし、トランジスタTr0のドレイン
を入力電源の接続点M0とし、Tr1、Tr2、Tr3、Tr4
の各接続点、すなわち、キャパシタC1、C2、C3、C4
の接続点をM1、M2、M3、M4とすると、クロックφが
L(Low)レベルのとき、接続点M1の電位VM1は、 VM1=Vdd−Vt0 …(1) となる。
ると、接続点M1の電位VM1は、 VM1=(Vdd−Vt0)+Vclk(C1/(C1+C1s)) …(2) に上昇する。同様に、クロックレベルの切り替わりによ
り接続点M2 の最大電位VM2は、 VM2=(Vdd−Vt0)+Vclk(C1/(C1+C1s))−Vt1…(3) となり、1段当たりの昇圧分ΔVは、 ΔV=Vclk(C1/(C1+C1s))−Vt1 …(4) となる。
点M1、M2、M3、…、Mnの寄生容量値、Nは段数であ
る。
る半導体装置のうち、特に、MOSトランジスタTr0〜
Tr4に関連する部分を詳細に示した断面図であり、半導
体基板1の主面部にウエル2が形成されている。このウ
エル2の表面部にMOSトランジスタTr0を構成するド
レイン40及びソース41が形成されている。このうち、ソ
ース41はトランジスタTr1を構成するドレインにもなっ
ている。以下、ドレイン40を含めてこれらの電極40〜45
をソース(ドレイン)と称することとする。ソース(ド
レイン)40〜45は略等しい間隔で形成され、さらに、こ
れらを含めたウエル2の表面全体にゲート絶縁膜3が形
成されている。また、ゲート絶縁膜3上におけるソース
(ドレイン)40〜45の各中間部にゲート電極50〜54が形
成され、ソース(ドレイン)40、41及びゲート電極50に
よってトランジスタTr0が構成され、以下、同様にソー
ス(ドレイン)41、42及びゲート電極51によってトラン
ジスタTr1が構成され、順次同様にトランジスタTr2、
Tr3、Tr4が構成されている。
としてゲート電極50が接続され、この接続点M0 に入力
電圧Vddが印加される。また、ソース(ドレイン)41を
接続点M1としてゲート電極51が接続され、この接続点
M1にキャパシタC1の一端が接続され、以下、同様にソ
ース(ドレイン)42を接続点M2としてゲート電極52が
接続され、この接続点M2にキャパシタC2の一端が接続
され、順次同様に接続点M3、M4としてゲート電極53、
54がそれぞれ接続され、この接続点M4にキャパシタC4
の一端が接続され、最後にソース(ドレイン)45から出
力電圧Voutを取り出すように構成されている。なお、
キャパシタC1〜C4はトランジスタTr0〜Tr4に隣接す
る他の領域に形成され、その他端に前述したクロック信
号φ、/φが交互に印加される。これによって、図2に
示したチャージポンプ回路が半導体基板1の主面部に形
成される。
した出力電圧Vout から明らかなように、各トランジス
タTr0〜Tr4のしきい値電圧Vt0〜Vt4が高いと昇圧能
力は低下するため、最終的な出力電圧Vout も低下して
しまう。トランジスタTr0〜Tr4のしきい値電圧Vt0〜
Vt4はトランジスタの構造のみに依存するのではなく、
ソース電位から見た基板バイアスにも依存する。このこ
とを、例えば、NMOSトランジスタを例にとり説明す
る。NMOSトランジスタにおいて、ソース電位よりも
基板電位が低い場合、換言すれば、基板電位よりもソー
ス電位が高い場合、電位差の絶対値が増大するに従っ
て、しきい値電圧は増大する。チャージポンプ回路にあ
っては、最終段に近いトランジスタほど、そのソースに
は高電圧が印加される。図2の例ではVM1<VM2<VM3
<VM4の関係になる。
にあっては、最終段に近いトランジスタほどしきい値電
圧が上昇する、いわゆる、基板バイアス効果が強く作用
し、それに伴って電流供給能力も低下するため、電荷が
著しく転送しにくくなるという問題があった。
なされたもので、基板バイアス効果による電流供給能力
の低下を補償するとともに、電荷転送能力の低下を抑制
することのできる半導体装置を提供することを目的とす
る。
になされた本発明は、MOSトランジスタに対する基板
バイアスの別の作用として、ソースとドレインの間の耐
圧が上昇する特性を利用し、その分だけ最終段に近いト
ランジスタのゲート長を短くしたもので、請求項1に記
載の半導体装置では、初段のMOSトランジスタのゲー
ト長より終段のMOSトランジスタのゲート長を短くし
たものである。つまり、図3に示した従来の半導体装置
を構成するトランジスタTr0〜Tr4の各ゲート長Lg0〜
Lg4がLg0=Lg1=Lg2=Lg3=Lg4の関係にあるのに
対して、基板バイアス効果が最も大きく現れる終段のゲ
ート長Lg4を初段のMOSトランジスタのゲート長Lg0
より短くするという最も簡易な設計変更のみで電荷転送
能力の低下を抑制している。
直列接続された少なくとも一部の区間で、初段に近いM
OSトランジスタのゲート長より初段から遠いMOSト
ランジスタのゲート長を短くしたもので、基板バイアス
効果が大きく現れるもののゲート長をより短くするよう
な領域を広げるほど、電荷転送能力の低下をより大きく
抑制することができる。
終段に近い1つ又は複数のMOSトランジスタのゲート
長を、これらのMOSトランジスタよりも前段のMOS
トランジスタのゲート長より短くしたもので、これは基
板バイアス効果が大きく現れる範囲でゲート長を短くす
るだけで電荷転送能力の低下を大きく抑制する。
実施の形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に
係る半導体装置の一実施の形態を示す部分断面図であ
り、図2を用いて説明したチャージポンプ回路を構成す
る要素のうち、特に、MOSトランジスタTr0〜Tr4に
関連する部分を詳細に示した断面図であり、図中、従来
装置を示す図3と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。ここでは、トランジスタTr0〜Tr4
の各ゲート長Lg0〜Lg4の間にLg0>Lg1>Lg2>Lg3
>Lg4の関係になるように構成した点が図3と異なるだ
けで、これ以外は全て図3と同一に構成されている。
心にしてその動作を説明する。図1に示したトランジス
タTr0〜Tr4のソース電圧は、最終段に近くなるほど徐
々に高くなり、接続点の電位はVM1<VM2<VM3<VM4
の関係になる。このため、基板バイアス効果によるしき
い値電圧の上昇によって、最終段に向かうほど昇圧能力
は低下し、トランジスタのソース電圧とドレイン電圧と
の差は小さくなる。
ジスタTr0〜Tr4の各ゲート長を徐々に短くして、すな
わち、Lg0>Lg1>Lg2>Lg3>Lg4の関係を持たせる
ことで、基板バイアス効果に伴う電流供給能力の低下を
補償し、電荷転送能力の低下を抑制している。
間耐圧の上昇と、ソース・ドレイン間電圧の低下とを互
いに補償し合うように初段から最終段に向かって次第に
ゲート長を短くすることが最も効果があるといえるが、
特に基板バイアス効果を強く受ける最終段に近い数段分
のゲート長のみを短くしても、十分な効果が得られ、極
端な場合として最終段のゲート長のみを短くしても相応
の効果が得られる。
内に全てのトランジスタTr0〜Tr4を形成したが、トラ
ンジスタTr0〜Tr4を異なるウエルに分けて構成するも
のにも本発明を適用することができる。
ンジスタをダイオード接続して出力電圧Voutとして正
の高電圧を発生するチャージポンプ回路を備える半導体
装置について説明したが、本発明はこれに適用を限定さ
れるものではなく、例えば、PMOSトランジスタをダ
イオード接続して負の高電圧を発生するチャージポンプ
回路を備える半導体装置にも適用することができる。
部分断面図である。
プ回路の概略構成図である。
半導体装置の構成を示す部分断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板の一主面部に、チャージポン
プ回路を構成する要素としてゲートをドレインに接続す
ることによりダイオード素子として機能し、かつ、直列
に接続された複数のMOSトランジスタが形成される半
導体装置において、 初段の前記MOSトランジスタのゲート長より終段の前
記MOSトランジスタのゲート長を短くしたことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項2】 半導体基板の一主面部に、チャージポン
プ回路を構成する要素としてゲートをドレインに接続す
ることによりダイオード素子として機能し、かつ、直列
に接続された複数のMOSトランジスタが形成される半
導体装置において、 直列接続された少なくとも一部の区間で、初段に近い前
記MOSトランジスタのゲート長より初段から遠い前記
MOSトランジスタのゲート長を短くしたことを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項3】 半導体基板の一主面部に、チャージポン
プ回路を構成する要素としてゲートをドレインに接続す
ることによりダイオード素子として機能し、かつ、直列
に接続された複数のMOSトランジスタが形成される半
導体装置において、 終段に近い1つ又は複数の前記MOSトランジスタのゲ
ート長を、これらのMOSトランジスタよりも前段のM
OSトランジスタのゲート長より短くしたことを特徴と
する半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001238997A JP2003051550A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001238997A JP2003051550A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003051550A true JP2003051550A (ja) | 2003-02-21 |
Family
ID=19069825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001238997A Pending JP2003051550A (ja) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003051550A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
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- 2001-08-07 JP JP2001238997A patent/JP2003051550A/ja active Pending
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