JP2905749B2 - バックバイアス電圧発生回路 - Google Patents

バックバイアス電圧発生回路

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JP2905749B2
JP2905749B2 JP8343447A JP34344796A JP2905749B2 JP 2905749 B2 JP2905749 B2 JP 2905749B2 JP 8343447 A JP8343447 A JP 8343447A JP 34344796 A JP34344796 A JP 34344796A JP 2905749 B2 JP2905749 B2 JP 2905749B2
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ヨング チュン ジン
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にC−MOSト
ランジスタを用いるデバイスに適した基板として、上記
基板への電子注入を防止したバックバイアス電圧発生回
路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の内部電源発生回路であるバ
ックバイアス電圧発生回路は、従来、図4に示すように
構成されている。交流波形の信号OSCがインバータX
4を介しノードN2を経て第1ポンピング部100を動
作させ、他の一方では上記信号OSCがインバータX4
およびX5を介してノードN12に信号を加え、第2ポ
ンピング部200を動作させる。以下、本明細書ではN
i(iは自然数)はノードを示し、またそのノードの電
圧レベルの信号を示すものとする。
【0003】上記第1ポンピング部100ではノードN
2が、電源端子Vccと接続されたp−MOSトランジ
スタM1と接地端子Vss側に接続されたn−MOSト
ランジスタM2とで構成されたインバータの入力である
ゲートに接続されて、上記p−MOSトランジスタM1
とn−MOSトランジスタM2とのソース/ドレインは
共通に接続され上記インバータ出力のノードN3にな
り、上記出力N3は接地端子Vssに接続されたn−M
OSトランジスタM5のゲートに接続されている。ま
た、上記ノードN2はインバータX1、X2、X3をそ
れぞれ介してポンピングキャパシタM4の一方電極に接
続され、上記ポンピングキャパシタM4の他方電極は、
上記n−MOSトランジスタM2およびM5のソースお
よびドレイン共通のノードN5に接続される。上記ノー
ドN5はn−MOSトランジスタM3のソースに連結さ
れ、n−MOSトランジスタM3のゲートはドレインと
共通に接続されて、バックバイアス電圧端子VBBに接
続されている。
【0004】第2ポンピング部200は、交流波形信号
OSCがインバータX4とX5を介して位相が2回反転
した信号になり、ノードN12を経て上記第1ポンピン
グ部100と同様な方法でバックバイアス電圧端子VB
Bに接続される。
【0005】上記ポンピングキャパシタは、MOSFE
Tのゲートとソース/ドレインの間のキャパシタンスを
利用することにより説明されるが、別に形成されたもの
であっても差し支えない。
【0006】上記のように構成されたバックバイアス電
圧発生回路は、交流波形信号OSCが高電位に上昇すれ
ばインバータX4を介して低電位に反転され、上記第1
ポンピング部100に加わることになり、p−MOSト
ランジスタM1とn−MOSトランジスタM2のゲート
に印加され、n−MOSトランジスタM2はオフにな
り、p−MOSトランジスタM1がターンオンし、電源
端子Vccの電源が上記p−MOSトランジスタM1を
介してn−MOSトランジスタM5をターンオンする。
そのため、n−MOSトランジスタM2とM5のソース
とドレイン接続点のノードN5は、接地端子Vssと同
電位になる。
【0007】このとき、インバータX4を介した低電位
が再びインバータX1、X2、X3を介して高電位に反
転され、電源端子Vccの電位がポンピングキャパシタ
M4の一方端子に印加され、他方端子はターンオンしn
−MOSトランジスタM5を介して接地端子Vssと接
続されて、上記ポンピングキャパシタの一方電極のゲー
トと他方電極のソース/ドレインとの間には電源端子V
ccの電圧差を生じ、この電圧がチャージされる。
【0008】この場合、バックバイアス電圧端子VBB
の負電圧がスイッチングトランジスタM3のゲートおよ
びドレインに共通に印加されることによって、上記スイ
ッチングトランジスタM3はオフになり、バックバイア
ス電圧端子VBBと上記ノードN5とは遮断され、上記
バックバイアス電圧端子VBBが接地端子Vssの電圧
に上昇するのを防ぐようになっている。
【0009】その後、交流波形信号OSCが低電位に下
降するようになると、インバータX4を介して高電位に
なり、p−MOSトランジスタM1とn−MOSトラン
ジスタM2とのゲートに印加され、p−MOSトランジ
スタM1とn−MOSトランジスタM5とはオフにな
り、n−MOSトランジスタM2がターンオフする。こ
の際、上記ノードN2はインバータX1、X2、X3を
介して低電位に反転されてポンピングキャパシタM4の
一方端子に印加されるため、上記キャパシタM4のカプ
リング効果により、他方端子には接地端子Vssよりも
低い負電圧が印加される。上記ノードN5の電圧とバッ
クバイアス電圧端子VBBとの電圧差がトランジスタM
3の閾値電圧以上になると、上記スイッチングトランジ
スタM3はターンオンして、バックバイアス端子VBB
電圧が上記スイッチングトランジスタM3を介してノー
ドN5に接続され、バックバイアス端子VBBの電圧は
低くなる。
【0010】第2ポンピング部200はノードN2の信
号がインバータX5を介して反転され、ノードN12に
印加されて上記第1ポンピング部100とともに動作す
る。すなわち、上記第1および第2ポンピング部はそれ
ぞれ位相だけが反対になり、交流波形信号OSCの半周
期ごとに相互交替にポンピングされる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来のバックバイアス電圧発生回路は、それぞれのポ
ンピングキャパシタに発生する共通接続点N5およびN
14の電圧値が、図5に破線で示すように、実線で示し
たバックバイアス電圧端子の電圧に比べて非常に低くな
り、ポンピングキャパシタの接合により基板に直接電子
が注入されてラッチアップ(Latch up)等の非正常動作
が発生してセルが誤動作し、また、スイッチングトラン
ジスタのゲートにバックバイアス電圧を印加して導通さ
せているので、上記スイッチングトランジスタのコンダ
クタンス値が小さく、バックバイアス電圧が所望の値に
降下するのに多くの時間を要するという問題点がある。
【0012】本発明は、ポンピングキャパシタの接合に
よって基板に電子が注入されるのを防ぎ、ポンピング効
率を向上させたバックバイアス電圧発生回路を得ること
を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的は、発振器の出
力を受けて、1つが低電位になったのち他の1つが高電
位に上昇する、第1駆動信号と第2駆動信号を発生する
駆動信号発生部と、上記第1駆動信号を受けてポンピン
グキャパシタの一方電極に電荷を注入し、上記ポンピン
グキャパシタの他方電極の電位をバックバイアス電圧端
子よりも低い電位にする第1ポンピング部と、上記第2
駆動信号を受けてポンピングキャパシタの一方電極に電
荷を注入し、上記ポンピングキャパシタの他方電極の電
位をバックバイアス電圧端子よりも低い電位にする第2
ポンピング部と、上記第1ポンピング部の出力がバック
バイアス電圧端子の電圧よりも低くなる場合は、上記バ
ックバイアス電圧端子に接続するために、上記バックバ
イアス電圧端子の電圧よりも高い電圧が制御端子に印加
されてオンになり、上記第1ポンピング部の出力がバッ
クバイアス電圧端子の電圧よりも高い場合には、上記バ
ックバイアス電圧端子に電流が流れるのを防止するため
に、ターンオフする第1スイッチング部と、上記第2ポ
ンピング部の出力がバックバイアス電圧端子の電圧より
も低くなる場合は、上記バックバイアス電圧端子に接続
するために、上記バックバイアス電圧端子の電圧よりも
高い電圧が制御端子に印加されてオンになり、上記第2
ポンピング部の出力がバックバイアス電圧端子の電圧よ
りも高い場合は、上記バックバイアス電圧端子に電流が
流れるのを防止するために、ターンオフする第2スイッ
チング部とを備えることにより達成される。
【0014】
【作用】デバイスにおける基板への電子注入を防ぐた
め、発振器の出力を2分し、1つが低電位になったのち
に他の1つが高電位になる、第1および第2の駆動信号
を発生する駆勤信号発生部と、上記第1駆動信号を受け
てポンピングキャパシタの一方電極に電荷を注入し、他
方電極をバックバイアス電圧端子よりも低い電位にする
第1ポンピング部と、上記第2駆動信号を受けてポンピ
ングキャパシタの一方電極に電荷を注入し、他方電極を
バックバイアス電圧端子よりも低い電位にする第2ポン
ピング部と、上記第1ポンピング部の出力がバックバイ
アス電圧より低いときに上記バックバイアス電圧端子に
接続するため、バックバイアス電圧より高い電圧が制御
端子に印加されてターンオンし、上記第1ポンピング部
の出力がバックバイアス電圧より高いときは、上記バッ
クバイアス端子に電流が流れるのを防ぐためターンオフ
する第1スイッチング部と、上記第2ポンピング部の出
力がバックバイアス電圧より低いときに上記バックバイ
アス電圧端子に接続するため、バックバイアス電圧より
も高い電圧が制御端子に印加されてターンオンし、上記
第2ポンピング部の出力がバックバイアス電圧より高い
ときは、上記バックバイアス電圧端子に電流が流れるの
を防止するためターンオフする第2スイッチング部とを
設けたことにより、ポンピングキャパシタの一方端子の
電圧がバックバイアス電圧よりも低くなる間に、スイッ
チングトランジスタがオンになってバックバイアス電圧
端子と接続されるので、ポンピングキャパシタに注入さ
れる電荷が全てバックバイアス電圧端子に到達すること
になり、ポンピングキャパシタの接合により、基板に電
子が注入するのを防ぐことができると共に、上記スイッ
チングトランジスタの制御端子にバックバイアス電圧よ
りも高い電圧(例えば電源端子Vccの電圧)を印加し
てコンダクタンスを高めているので、効率がよいバック
バイアス電圧発生回路を得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態を図面
とともに説明する。図1は本発明によるバックバイアス
電圧発生回路の一実施の形態を示す図、図2は上記実施
の形態の駆動信号波形を示す図、図3は上記実施の形態
におけるバックバイアス電圧発生回路の動作説明図であ
る。
【0016】図1において、発振器の出力である交流波
形信号OSCが、2入力を有する第1NORゲートG1
の一方の入力およびインバータX10の入力として与え
られると、上記インバータX10のノードN20におけ
る出力は第2NORゲートG2の一方の入力に接続さ
れ、上記第2NORゲートG2のノードN22における
出力は上記第1NORゲートG1の他方の入力に接続さ
れる。そして、上記第1NORゲートG1のノードN2
1の出力は上記第2NORゲートG2の他の入力に接続
され、上記第2NORゲートG2のノードN22の出力
は上記第1NORゲートG1の他方入力に接続され、駆
動信号発生部300を構成している。上記第1NORゲ
ートG1のノードN21における出力は、インバータX
11を介して第1ポンピング部100に連結されノード
N2に接続される。
【0017】ノードN2の信号は、従来のバックバイア
ス電圧発生回路の第1ポンピング部と同様に、一部がp
−MOSトランジスタM1と接地端子Vss側に接続さ
れたn−MOSトランジスタM2とで構成される第1イ
ンバータ回路の入力として各ゲートに接続され、上記p
およびn−MOSトランジスタM1およびM2のソース
/ドレインは共通に接続され、上記第1インバータ回路
の出力としてノードN3から接地端子Vssに接続され
たn−MOSトランジスタM5のゲートに供給される。
また、上記ノードN2の信号の他の一部は、インバータ
X1、X2、X3を介してポンピングキャパシタM4の
一方電極に接続され、上記ポンピングキャパシタM4の
他方電極は、上記n−MOSトランジスタM2とM5の
ドレインおよびソースに共通のノードN5に接続されて
いる。上記接続点であるノードN5は第1スイッチング
部400の第1スイッチングトランジスタであるn−M
OSトランジスタM3のソースに接続され、上記n−M
OSトランジスタM3のゲートは、第2ポンピング部2
00の第2インバータ回路出力であるノードN13に接
続される。また、第1ポンピング部100の第1インバ
ータ回路の出力は、ノードN3から第2スイッチング部
500の第2スイッチングトランジスタM8のゲートに
接続されている。
【0018】上記駆動信号発生部300におけるノード
N22の出力は、インバータX12を経て第2ポンピン
グ部200に連結され、ノードN12に接続される。
【0019】ノードN12を経た信号は、上記第1ポン
ピング部100の場合と同様にして、一部はp−MOS
トランジスタM6とn−MOSトランジスタM7とで構
成される第2インバータ回路の出力として、ノードN1
3から接地端子Vssに連結されたn−MOSトランジ
スタM10に接続され、他の一部がインバータX6、X
7、X8を介してポンピングキャパシタM9の一方電極
に接続され、上記ポンピングキャパシタM9の他方電極
は、上記n−MOSトランジスタM7とM10とのドレ
インおよびソースに共通のノードN14に接続され、上
記ノードN14は第2スイッチング部500の第2スイ
ッチングトランジスタであるn−MOSトランジスタM
8のソースに接続されている。
【0020】つぎに、本発明によるバックバイアス電圧
発生回路の動作を説明する。図1に示す駆動信号発生部
300において、発振器の交流波形信号OSCが低電位
になれば図2(a)に示すようにインバータX10を経
たノードN20の電位が上昇し、これに従いノードN2
2が低電位に下降し、そのため上記交流波形信号OSC
が低電位のときノードN22が低電位になり、第1NO
RゲートG1の出力であるノードN21の第1駆動信号
は高電位になる。そして、上記交流波形信号OSCが低
電位から高電位に上昇するとノードN21の電位は下降
し、インバータX10を経てノードN20の電位が下降
することになり、上記ノードN21が下降したのち第2
NORゲートG2の出力であるノードN22の電位が上
昇することになる。したがって、図2(b)に示すよう
に第1駆動信号のノードN21の電位と第2駆動信号の
ノードN22の電位とが、同時に高電位になる場合は発
生しない。
【0021】ノードN21の信号はインバータX11を
経て第1ポンピング部100を動作させ、ノードN22
の信号はインバータX−12を経て第2ポンピング部2
00を動作させる。上記ノードN21が高電位に上昇す
ればインバータX11を介して低電位に反転され、p−
MOSトランジスタM1とn−MOSトランジスタM2
のゲートに印加される。したがって、上記n−MOSト
ランジスタM2はオフし、電源端子Vccの電圧がp−
MOSトランジスタM1を介してn−MOSトランジス
タM5をターンオンさせる。この際、インバータX11
を経た低電位が再びインバータX1、X2、X3を介し
て高電位に反転され、ポンピングキャパシタM4の一方
端子に印加され、他方端子の電圧はターンオンした上記
n−MOSトランジスタM5を介して、接地端子Vss
にバイパスするため、上記ポンピングキャパシタM4に
は電源端子Vccの電圧が充電される。上記ポンピング
キャパシタM4における他方端子のノードN5の電圧
は、従来のバイアス電圧回路の場合と異なり、図3に示
すように一部の短期間だけ僅かに低くなる以外は、バッ
クバイアス電圧VBBより低くなることがない。
【0022】一方、第2ポンピング部200において
も、ノードN22が低電位に下降するので、インバータ
X12を介して高電位になったp−MOSトランジスタ
M6およびn−MOSトランジスタM7のゲートに電圧
が印加されるので、p−MOSトランジスタM6とn−
MOSトランジスタM10とはオフし、n−MOSトラ
ンジスタM7がターンオンする。この際、ノードN12
の電位はインバータX6、X7、X8を介して低電位に
反転され、ポンピングキャパシタM9の一方端子に印加
されるので、キャパシタのカップリング効果により他方
端子には接地端子Vssの電圧より低い負電圧が印加さ
れる(ノードN22が高電位のときに、電源端子Vcc
の電圧がポンピングキャパシタM9に加えられていると
仮定する)。
【0023】この際、上記第1ポンピング部100にお
けるノードN3の電圧が第2スイッチングトランジスタ
M8のゲートに印加され、コンダクタンスを大きくして
ノードN14からバックバイアス電圧端子VBBに電子
が移動し、上記バックバイアス電圧端子VBBの電圧を
降下させる。そして、上記第1ポンピング部100の第
1スイッチングトランジスタM3では、そのゲートに接
地端子Vssの電圧よりも低いノードN13の電圧が印
加されてターンオフするので、ノードN5に電子が移動
するのを防ぐことができる。その後、交流波形信号OS
Cが変って電位が上昇すると、上記説明とは逆に、第1
ポンピング部100と第2ポンピング部200とが互い
に入れ替って動作する。すなわち、交替してポンピング
することになる。
【0024】本発明では、スイッチングトランジスタを
オフする電圧をポンピング部の出力を利用して正確にオ
フさせ、上記スイッチングトランジスタをオンしたの
ち、電圧を電源端子Vccの電圧にしてコンダクタンス
を高めている。すなわち、交流波形信号OSCの出力電
圧にしたがって、スイッチングトランジスタのゲートに
バックバイアス電圧と電源端子Vccの電圧を印加する
ので、従来のバックバイアス電圧発生回路に比較して、
著しく効率がよいバックバイアス電圧発生回路を得るこ
とができる。
【0025】
【発明の効果】上記のように本発明によるバックバイア
ス電圧発生回路は、発振器の出力を受けて、1つが低電
位になったのち他の1つが高電位に上昇する、第1駆動
信号と第2駆動信号を発生する駆動信号発生部と、上記
第1駆動信号を受けてポンピングキャパシタの一方電極
に電荷を注入し、上記ポンピングキャパシタの他方電極
の電位をバックバイアス電圧端子よりも低い電位にする
第1ポンピング部と、上記第2駆動信号を受けてポンピ
ングキャパシタの一方電極に電荷を注入し、上記ポンピ
ングキャパシタの他方電極の電位をバックバイアス電圧
端子よりも低い電位にする第2ポンピング部と、上記第
1ポンピング部の出力がバックバイアス電圧端子の電圧
よりも低くなる場合は、上記バックバイアス電圧端子に
接続するために、上記バックバイアス電圧端子の電圧よ
り高い電圧でオンになり、上記第1ポンピング部の出力
がバックバイアス電圧端子の電圧よりも高い場合には、
上記バックバイアス電圧端子に電流が流れるのを防止す
るために、ターンオフする第1スイッチング部と、上記
第2ポンピング部の出力がバックバイアス電圧端子の電
圧よりも低くなる場合は、上記バックバイアス電圧端子
に接続するために、上記バックバイアス電圧端子の電圧
よりも高い電圧でターンオンし、上記第2ポンピング部
の出力がバックバイアス電圧端子の電圧よりも高い場合
は、上記バックバイアス電圧端子に電流が流れるのを防
止するために、ターンオフする第2スイッチング部とを
備えることにより、ポンピングキャパシタの一方端子の
電圧がバックバイアス電圧よりも低くなる間に、スイッ
チングトランジスタがオンになりバックバイアス電圧端
子と接続されるので、ポンピングキャパシタに注入され
る電荷が全てバックバイアス電圧端子に到達することに
なり、ポンピングキャパシタの接合により、基板に電子
が注入するのを防ぐことができる。しかも、ノードN2
1とノードN22の端子が同時に高電位になることはな
いので、バックバイアス電圧端子から、電流がノードN
5、N14に逆流するのを容易に防ぐことができる。
【0026】また、本発明のバックバイアス電圧発生回
路では、ノードN5の電圧がバックバイアス電圧より低
くなるのは、一部の短期間における僅かな電圧差だけで
あるから、ポンピングキャパシタの電極から基板に電子
が注入されることがなく、ポンピング効率を向上するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるバックバイアス電圧発生回路の一
実施の形態を示す図である。
【図2】上記実施の形態の駆動信号波形を示す図で、
(a)は発振器信号が低電位の場合を示し、(b)は第
1駆動信号と第2駆動信号の電位をそれぞれ示す図であ
る。
【図3】上記実施の形態におけるバックバイアス電圧発
生回路の動作説明図である。
【図4】従来のバックバイアス電圧発生回路を示す図で
ある。
【図5】従来のバックバイアス電圧発生回路の動作説明
図である。
【符号の説明】
100…第1ポンピング部 200…第2ポンピング部 300…駆動信号発生部 400…第1スイッチング部 500…第2スイッチング部 G1…第1NORゲート G2…第2NORゲート M3…第1スイッチングトランジスタ M4、M9…ポンピングキャパシタ M8…第2スイッチングトランジスタ VBB…バックバイアス電圧端子
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−120122(JP,A) 特開 昭60−246659(JP,A) 特開 昭63−132468(JP,A) 特開 昭59−11662(JP,A) 特開 平2−305222(JP,A) 特開 平4−253368(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 19/094 G11C 11/408 H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振器の出力を受けて、1つが低電位にな
    ったのち他の1つが高電位に上昇する、第1駆動信号と
    第2駆動信号を発生し、かつ2入力を有する第1および
    第2NORゲートの出力が、互いに異なるNORゲート
    の一方の入力側に接続され、上記第1NORゲートの他
    の入力端子には上記発振器の出力を接続し、上記第2N
    ORゲートの他の入力端子には上記発振器の出力をイン
    バータを介して接続し、上記第1および第2のNORゲ
    ートの出力が同時に高電位にならないようにした駆動信
    号発生部と、上記第1駆動信号を受けてポンピングキャ
    パシタの一方電極に電荷を注入し、上記ポンピングキャ
    パシタの他方電極の電位をバックバイアス電圧端子より
    も低い電位にする第1ポンピング部と、上記第2駆動信
    号を受けてポンピングキャパシタの一方電極に電荷を注
    入し、上記ポンピングキャパシタの他方電極の電位をバ
    ックバイアス電圧端子よりも低い電位にする第2ボンピ
    ング部と、上記第1ポンピング部の出力がバックバイア
    ス電圧端子の電圧よりも低くなる場合は、上記バックバ
    イアス電圧端子に接続するために、上記バックバイアス
    電圧端子の電圧よりも高い電圧が制御端子に印加されて
    オンになり、上記第1ポンピング部の出力がバックバイ
    アス電圧端子の電圧よりも高い場合には、上記バックバ
    イアス電圧端子に電流が流れるのを防止するために、タ
    ーンオフする第1スイッチング部と、上記第2ボンピン
    グ部の出力がバックバイアス電圧端子の電圧よりも低く
    なる場合は、上記バックバイアス電圧端子に接続するた
    めに、上記バックバイアス電圧端子の電圧よりも高い電
    圧が制御端子に印加されてオンになり、上記第2ポンピ
    ング部の出力がバックバイアス電圧端子の電圧よりも高
    い場合は、上記バックバイアス電圧端子に電流が流れる
    のを防止するために、ターンオフする第2スイッチング
    部とを備えたバックバイアス電圧発生回路。
  2. 【請求項2】上記第1ポンピング部には上記ポンピング
    キヤパシタを充電する際に高電位を出す第1インバータ
    回路を有し、上記第2ポンピング部には上記ポンピング
    キヤパシタを充電する際に高電位を出す第2インバータ
    回路を有し、上記第1スイッチング部は上記第2インバ
    ータ回路の出力にゲートを接続した第1スイッチング
    ランジスタで構成し、上記第2スイッチング部は上記第
    1インバータ回路の出力にゲートを接続した第2スイッ
    チングトランジスタで構成して、上記第1および第2の
    スイッチングトランジスタがターンオフになるときは、
    上記ゲートに加わるバックバイアス電圧端子の電圧より
    も低いポンピング部の出力電圧でターンオフして電流の
    逆流を防ぎ、ターンオンになるときはゲートに電源端子
    電圧が印加されコンダクタンスを向上させるようにした
    ことを特徴とする請求項1記載のバックバイアス電圧発
    生回路。
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