JP2768851B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2768851B2
JP2768851B2 JP3191562A JP19156291A JP2768851B2 JP 2768851 B2 JP2768851 B2 JP 2768851B2 JP 3191562 A JP3191562 A JP 3191562A JP 19156291 A JP19156291 A JP 19156291A JP 2768851 B2 JP2768851 B2 JP 2768851B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電源が短時間にオン
/オフを繰り返した場合、電源がオンした過渡状態にお
いて基板バイアス電位が必要以上に低くならないように
した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の半導体記憶装置における基
板電位発生回路を示す回路図である。この基板電位発生
回路は、P型半導体基板(図示省略)により形成された
半導体記憶装置に一定負電位を与える回路であり、発振
回路1,駆動回路2および電位発生回路3により構成さ
れる。発振回路1は5つのインバータ回路I1 〜I5
直列に接続され、この直列体の入力側と出力側とが接続
されるとともに、この接続点から発振回路1の出力が取
り出されるように構成される。この発振回路1からは、
電源電位と接地電位との間で出力レベルが交互に変化す
るようなパルス波形が出力される。
【0003】また、駆動回路2は、2つのインバータI
6 ,I7により構成されている。これらのインバータI
6 ,I7 は直列に接続されて発振回路1と電位発生回路
3との間に介挿されている。この駆動回路2は後述する
キャパシタC1 を駆動させるためのものであり、インバ
ータI6 ,I7 は比較的駆動能力の高いインバータであ
る。
【0004】この駆動回路2の出力に基づいて電位発生
回路3から基板バイアス電位VBBが出力されるように構
成されている。この電位発生回路3は、NチャネルMO
SトランジスタQ1 ,Q2 およびコンデンサC1 により
構成され、電位発生回路3の入力側と出力側との間にコ
ンデンサC1 とNチャネルMOSトランジスタQ1 がこ
の順で直列に介挿されている。NチャネルMOSトラン
ジスタQ1 のゲートが出力側と接続されている。また、
コンデンサC1 とNチャネルMOSトランジスタQ1
間のノードN1 と接地との間にNチャネルトランジスタ
2 が介挿され、NチャネルMOSトランジスタQ2
ゲートが上記ノードN1 と接続されている。
【0005】図6はインバータI1 〜I7 の具体的構成
例を示す回路図である。インバータI1 〜I7 はPチャ
ネルMOSトランジスタQ5 ,NチャネルMOSトラン
ジスタQ6 より成る。PチャネルMOSトランジスタQ
5 のゲートとNチャネルMOSトランジスタQ6 のゲー
トは共通接続されている。PチャネルMOSトランジス
タQ5 のソースは電源電圧源Vccに、ドレインはNチャ
ネルMOSトランジスタQ6 のドレインに各々接続され
ている。NチャネルトランジスタQ6 のソースは接地さ
れている。
【0006】電位発生回路3の動作は次のとおりであ
る。まず、発振回路1の出力が電源電位Vccになるとき
(ステップ1)、ノードN1 の電位は、コンデンサC1
による容量接合により電源電位Vccレベルまで高くなろ
うとするが、ノードN1 の電位がNチャネルMOSトラ
ンジスタQ2 のスレッシュホールド電位VT2まで上昇す
るとNチャネルMOSトランジスタQ2 が導通し、ノー
ドN1 の電位はそれ以上上昇しなくなる。このようにし
てノードN1の電位はVT2に保たれる。
【0007】次に、発振回路1の出力が接地電位になる
時(ステップ2)、ノードN1 の電位は、コンデンサC
1 の容量結合により電位(VT2−Vcc)になろうとする
が、ノードN1 がノードN2 の電位、すなわち基板バイ
アス電位VBBからNチャネルMOSトランジスタQ1
スレッシュホールド電位VT1を減じた電位(VBB
T1)より小さくなるとNチャネルMOSトランジスタ
1 が導通するので、ノードN1 の電位はそれほど低く
ならない。
【0008】ステップ1およびステップ2をそれぞれ1
回ずつ行うとノードN1 の電位および基板バイアス電位
T は低下する。なお、低下の程度はコンデンサC1
基板の負荷容量の比で決定される。
【0009】さらに、ステップ1およびステップ2を数
回繰り返すとノードN1 の電位は(VT2−Vcc)とVT2
との間で発振し、基板バイアス電位VBBは(VT2−Vcc
+VT1)の一定負電位となる。この一定負電位が出力さ
れるのは電源がオンしているときだけである。つまり、
電源電圧源Vccがオフしているときは上記に示した基板
電位発生回路は動作せず、基板バイアス電位VBBは0V
となる。
【0010】実用上では、ノードN2 は半導体基板と電
気的に接続されているので,基板電流やリーク電流等の
影響によりノードN2 の電位は単位時間当たりにコンデ
ンサC1 からノードN1 に移動する電荷量と基板電流等
の平衡した値となる。すなわち、発振回路1の周波数と
コンデンサC1 の容量により基板バイアス電位VBBの値
は決定される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の基板電位発生回
路は以上のように構成されており、また、半導体基板と
電源ライン等は非常に大きなカップリング容量を構成し
ている。そのため、電源電圧源Vcc(図6参照)をオフ
すると基板バイアス電位VBBは図4の時刻t1 に示すよ
うに大きく負電位側に振れる。電源電圧源Vccをオフす
ると基板電位発生回路は非能動状態となり、基板バイア
ス電位VBBは除々に0Vに近づいてくる。そして、電源
電圧源Vccをオフした後短時間後の時刻t2に電源電圧
源Vccをオンすると、電源電圧源Vccオン時には基板バ
イアス電位VBBは前記カップリング容量のため上昇する
ものの時刻t1 からの時刻があまり経っておらず基板バ
イアス電位VBBがあまり上昇していないので基板バイア
ス電位VBBは0Vよりはるかに小さい電位(VF1)のま
まである(図4参照)。このため、基板上に形成された
NチャネルMOSトランジスタの閾値電圧が電源電圧源
ccオン時の過渡状態において高すぎ半導体装置が誤動
するという問題点があった。
【0012】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、電源を短時間にオン/オフにし
た場合、誤動作しない半導体装置を得ることを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、低電圧電源端子と、高電圧電源端子と、前記低電
圧電源端子からの低電圧より低い電圧を発生する基板電
位発生回路と、容量と、ゲートが前記容量を介して前記
高電圧電源端子に、ソースが前記低電圧電源端子に、ド
レインが前記基板電位発生回路に各々接続されたP型M
OSトランジスタと、前記P型MOSトランジスタのゲ
ートと前記低電圧電源端子との間に接続された抵抗とを
備えている。
【0014】上記半導体装置において、前記P型MOS
トランジスタのバックゲートを接地電位に接続してもよ
い。
【0015】
【作用】この発明においては、容量と、ゲートが容量を
介して高電圧電源端子に、ソースが低電圧電源端子に、
ドレインが基板電位発生回路に各々接続されたP型MO
Sトランジスタと、P型MOSトランジスタのゲートと
低電圧電源端子との間に接続された抵抗とを設けている
ので、電源をオフした場合、P型MOSトランジスタが
オンし、基板には低電圧電源端子に入力されている低電
圧が与えられる。そして、短時間後に電源をオンすると
基板電位発生回路がオンし前記低電圧より低い電圧を基
板に与えるため、基板電位は前記低電圧を基準に基板電
位発生回路が発生する電圧まで下がる。電源オン時の過
渡状態において基板電位はほぼ低電位になり、基板上の
NチャネルMOSトランジスタの閾値電圧が高くなりす
ぎることがない。
【0016】また、P型MOSトランジスタのバックゲ
ートを接地電位に接続すれば、該P型MOSトランジス
タの閾値電圧は低くなり該P型MOSトランジスタは速
くオンする。このため、基板には低電圧電源端子に入力
されている低電圧が速く与えられる。
【0017】
【実施例】図1は、この発明に係る半導体装置の一実施
例を示す回路図である。PチャネルMOSトランジスタ
(以下PMOSトランジスタという)Q3 は、ソースが
接地電圧源VSSに、ドレインが半導体基板200に、ゲ
ートがコンデンサC2 を介して電源電圧源Vccに各々接
続されている。なお、PMOSトランジスタQ3 のバッ
クゲートは一般には電源電圧源Vccに接続されている。
抵抗Rは、PMOSトランジスタQ3 のゲートと接地電
圧源VSSの間に接続されており、高抵抗である。
【0018】基板電位発生回路100は半導体基板20
0に基板バイアス電位VBBを与える。基板電位発生回路
100の構成および動作は図5で示した回路と同様であ
る。
【0019】図2を用いて図1に示した回路の動作につ
いて説明する。電源電圧源Vccがオンしている状態では
基準電位発生回路100は能動化されているため、基板
バイアス電位VBBは従来技術で述べたのと同様の一定の
負電位に保たれる。また、電源電圧源Vccがオンした状
態ではコンデンサC2 が存在するので抵抗Rには電流が
流れず、このためノードN3 の電位は接地電圧電源VSS
の電位、つまり0Vになっている。そのため、PMOS
トランジスタQ3 のソース・ゲート間の電位差は0Vと
なっており、PMOSトランジスタQ3 はオフしてい
る。
【0020】電源電圧源Vccが時刻t3 においてオフし
た場合、基板と電源ラインとにより構成されるカップリ
ング容量のため従来と同様基板バイアス電位VBBはより
低い負電位になる。このときノードN3 の電位は−Vcc
のレベルとなる。ここで、Vccは電源電圧源Vccのオン
時の電圧値である。また、電源電圧源Vccがオフするこ
とにより基板電位発生回路100は非能動化される。
【0021】ノードN3 の電位が−Vccなのでソース・
ゲート間電圧が閾値電圧よりも大きくなりPMOSトラ
ンジスタQ3 がオンする。PMOSトランジスタQ3
オンすることにより基板には接地電圧源VSSからの接地
電位(0V)が基板バイアス電位VBBとして与えられる
ため、基板バイアス電位VBBは短時間に0Vになる。ま
た、抵抗Rが高抵抗であるため、ノードN3 の電位は除
々に0Vに近づいてくる。
【0022】次に電源電圧源Vccがオフから短時間後の
時刻t4にオンに移行した場合、基板バイアス電位VBB
は0Vを基準に基板電位発生回路100が発生する負電
位まで低下する。電源電圧源Vccがオンした過渡状態に
おける基板バイアス電位VBBは図2に示すようにほぼ0
Vに近い負電位VF2になり、従来の電位VF1よりも大き
い電位となる。そのため、基板上に形成されているNM
OSトランジスタの閾値電圧が高くなりすぎることがな
い。その結果、電源電圧源Vccを短時間にオン/オフし
ても、半導体装置が誤動作することがなくなる。
【0023】図3はこの発明の他の実施例を示す回路図
である。この実施例においては、半導体基板200及び
基板電位発生回路100を省略している。図において、
図1に示した回路との相違点は、PMOSトランジスタ
3 のバックゲートを接地電位VSSに接続したことであ
る。その他の構成は、図1に示した回路と同様である。
図1に示した実施例においては、PMOSトランジスタ
3 のバックゲートは電源電圧源Vccに接続されている
ため、電源電圧源Vccがオンからオフに移行した場合、
PMOSトランジスタQ3 の閾値電圧はバックゲートに
与えられる電圧の変化、つまり電源電圧源Vccの電圧の
変化と比例して経時的に低下する。しかし、この実施例
ではPMOSトランジスタQ3 のバックゲートを予め接
地電位VSSに接続しているので、PMOSトランジスタ
3 の閾値電圧は電源電圧Vccをオフする前から小さい
値である。そのため、電源電圧源Vccをオフした場合、
図1に示した実施例よりも速くPMOSトランジスタQ
3 がオンし、上記実施例よりも速く基板バイアス電位V
BBは0Vになる。そのため、電源電圧源Vccのオン/オ
フを図1に示した実施例よりも短時間に行っても電源電
圧源Vccオン時の過渡状態における基板バイアス電位V
BBは図1に示した実施例と同様ほぼ0Vに近い負電位に
なる。そのため、基板上に形成されているNMOSトラ
ンジスタの閾値電圧が高くなりすぎることがなく、半導
体装置の誤動作を防止できる。
【0024】
【発明の効果】以上のように請求項1の発明によれば、
容量と、ゲートが容量を介して高電圧電源端子に、ソー
スが低電圧電源端子に、ドレインが基板電位発生回路
各々接続されたP型MOSトランジスタと、P型MOS
トランジスタのゲートと低電圧電源端子との間に接続さ
れた抵抗とを設けているので、電源をオフした場合、P
型MOSトランジスタがオンし、基板には低電圧電源端
子に入力されている低電圧が与えられる。そして、短時
間後に電源をオンすると基板電位発生回路がオンし前記
低電圧より低い電圧を基板に与えられるため、基板電位
は前記低電圧を基準に基板電位発生回路が発生する電圧
まで下がる。電源オン時の過渡状態において基板電位は
ほぼ低電位になり、基板上に形成されたNMOSトラン
ジスタの閾値電圧が高くなりすぎることがない。その結
果、半導体装置が誤動作することがなくなるという効果
がある。
【0025】請求項2の発明によれば、請求項1のP型
MOSトランジスタのバックゲートを接地電位に接続し
たので、該P型MOSトランジスタの閾値電圧は請求項
1のP型MOSトランジスタよりも低くなり該P型MO
Sトランジスタは請求項1のP型MOSトランジスタよ
りも速くオンする。このため基板には低電圧電源端子に
入力されている低電圧が速く与えられる。そして、短時
間後に電源をオフからオンすると基板電位発生回路がオ
ンし前記低電圧より低い電圧を基板に与えるため、基板
電位は前記低電圧を基準に基板電位発生回路が発生する
電圧まで下がる。電源オン時の過渡状態において基板電
位はほぼ低電位になり、基板上に形成されたNMOSト
ランジスタの閾値電圧が高くなりすぎない。その結果、
電源のオン/オフをより速くしても半導体装置が誤動作
することがなくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る半導体装置の一実施例を示す回
路図である。
【図2】図1に示した装置の動作を説明するための図で
ある。
【図3】この発明の他の実施例を示す回路図である。
【図4】従来の半導体装置の問題点を説明するための図
である。
【図5】従来の基板電位発生回路を示す回路図である。
【図6】図5に示した回路に含まれるインバータの一構
成例を示す回路図である。
【符号の説明】
SS 接地電圧源 Vcc 電源電圧源 VBB 基板バイアス電位 C2 コンデンサ Q3 PMOSトランジスタ R 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/10 481 G11C 11/407 G11C 11/413 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低電圧電源端子と、 高電圧電源端子と、 前記低電圧電源端子からの低電圧より低い電圧を発生す
    基板電位発生回路と、 容量と、 ゲートが前記容量を介して前記高電圧電源端子に、ソー
    スが前記低電圧電源端子に、ドレインが前記基板電位発
    生回路に各々接続されたP型MOSトランジスタと、 前記P型MOSトランジスタのゲートと前記低電圧電源
    端子との間に接続された抵抗とを備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記P型MOSトランジスタのバックゲ
    ートが接地電位に接続された請求項1記載の半導体装
    置。
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