JP4221274B2 - 半導体集積回路および電源電圧・基板バイアス制御回路 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る第1の実施の形態に従ったLSI100のブロック図である。LSI100は、P型MOSトランジスタMP(以下、トランジスタMPともいう)、N型MOSトランジスタMN(以下、トランジスタMNともいう)、基板バイアス発生回路BP(以下、バイアス発生回路BPともいう)および基板バイアス発生回路BN(以下、バイアス発生回路BNともいう)を備えている。
図4は、本発明に係る第2の実施の形態に従ったLSI200のブロック図である。本実施の形態において、トランジスタMNは、規定の閾値電圧VthN_aをターゲットとして製造されている。また、本実施の形態は、抵抗成分RNおよびRPと、これらを制御する制御回路CNおよびCPを備えている。本実施の形態は、これらの点で第1の実施形態と異なる。バイアス発生回路BNおよびBPの構成は、第1の実施形態と同様である。
図4を参照して、本発明に係る第3の実施形態を説明する。本実施の形態において、トランジスタMNは、規定の閾値電圧VthN_aよりも第1の補正電圧だけ減じた補正閾値電圧をターゲットとして製造されている。本実施形態はこのような点で第2の実施形態と異なる。本実施形態において、第1の補正電圧は、電圧幅Vd(図3参照)以上である。これにより、トランジスタMNの製造時の閾値電圧は、接地電圧以下となる。
図7は、本発明に係る第4の実施形態に従った電源電圧・基板バイアス制御回路400(以下、制御回路400という)の回路図である。制御回路400は、定電圧回路401、デコーダ回路402、デコーダ回路403、ラダー抵抗404、電源電圧選択回路430および基板バイアス選択回路471〜474を備えている。
図8は、本発明に係る第5の実施形態に従った電源電圧・基板バイアス制御回路500(以下、制御回路500という)の回路図である。制御回路500は、定電圧回路401、デコーダ回路402、デコーダ回路403、ラダー抵抗404、電源電圧選択回路431および基板バイアス選択回路475〜479を備えている。
MP P型MISトランジスタ
MN N型MISトランジスタ
BP、BN 基板バイアス発生回路
10 N型の基板領域
20 P型の基板領域
VDDC 電源
GND グランド
OPP、OPN 演算増幅器
DACP、DACN DAコンバータ
CTLP、CTLN 制御回路
STN、STP 記憶部
VthN_a 規定の閾値電圧
Vd 製造によるばらつきの電圧幅
ΔV 基板バイアス
RN、RP 抵抗成分
CN、CP 制御回路
400 電源電圧・基板バイアス制御回路
401 定電圧回路
402 デコーダ回路
403 デコーダ回路
404 ラダー抵抗
430 電源電圧選択回路
471〜474 基板バイアス選択回路
Claims (19)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成され、電気的に分離された複数のウェル領域と、
前記複数のウェル領域に製造された複数のMOSトランジスタと、
実測された前記複数のMOSトランジスタの閾値電圧における製造ばらつきに基づいて前記複数のウェル領域のそれぞれに基板バイアスを与え、前記複数のMOSトランジスタの各閾値電圧を規定の閾値電圧へ適合させる基板バイアス発生回路と、
前記複数のMOSトランジスタに電圧を供給する電圧源とを備え、
前記基板バイアス発生回路は、前記電圧源の電圧が変化しても、前記複数のMOSトランジスタのソースと前記半導体基板との間に与えられる電圧を一定に維持することを特徴とする半導体集積回路。 - 半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成され、電気的に分離された複数のウェル領域と、
前記複数のウェル領域に製造された複数のMOSトランジスタと、
前記複数のMOSトランジスタと同一の条件で製造された複数の閾値電圧測定用素子と、
実測された前記複数の閾値電圧測定用素子の閾値電圧における製造ばらつきに基づいて前記複数のウェル領域のそれぞれに基板バイアスを与え、前記複数のMOSトランジスタの各閾値電圧を規定の閾値電圧へ適合させる基板バイアス発生回路と、
前記複数のMOSトランジスタに電圧を供給する電圧源とを備え、
前記基板バイアス発生回路は、前記電圧源の電圧が変化しても、前記複数のMOSトランジスタのソースと前記半導体基板との間に与えられる電圧を一定に維持することを特徴とする半導体集積回路。 - 前記複数のウェル領域のそれぞれに前記基板バイアスを印加することによって、前記複数のウェル領域に形成された前記複数のMOSトランジスタの閾値電圧を所定値に合せ込むことを特徴とする請求項2に記載の半導体集積回路。
- 実測された前記複数のMOSトランジスタの閾値電圧または前記複数の閾値電圧測定用素子の閾値電圧に基づいて決定された前記基板バイアスの情報を予め格納する記憶部をさらに備え、
前記基板バイアス発生回路は、前記記憶部に格納された前記基板バイアスの情報に従って基板バイアスを前記複数のウェル領域へ印加することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路。 - 前記複数のMOSトランジスタは、前記複数のMOSトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた製造ばらつきに基づいて前記複数のMOSトランジスタのチャネル領域のイオン注入不純物濃度を制御することによって、前記規定の閾値電圧から第1の補正電圧だけ異なる補正閾値電圧を、前記複数のMOSトランジスタの各閾値電圧のターゲットとして製造されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路。
- 前記補正閾値電圧は、前記複数のMOSトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた閾値電圧の製造ばらつき幅の絶対値の1/2以上の電圧を前記規定の閾値電圧の絶対値に加えた電圧であり、
前記基板バイアス発生回路は、前記複数のMOSトランジスタのソースと該複数のMOSトランジスタが形成されているウェル領域との間のPN接合に対してビルトイン・ポテンシャル電圧を超えない程度に順方向に基板バイアスを印加することを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。 - 前記複数のMOSトランジスタのうちN型チャネルMOSトランジスタの前記補正閾値電圧は、前記複数のMOSトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた閾値電圧の製造ばらつき幅の絶対値の1/2以上の電圧を前記規定の閾値電圧に加えた電圧であり、
前記複数のMOSトランジスタのうちP型チャネルMOSトランジスタの前記補正閾値電圧は、前記複数のトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた閾値電圧の製造ばらつき幅の絶対値の1/2以上の電圧を前記規定の閾値電圧の絶対値から減じた電圧であり、
前記基板バイアス発生回路は、前記N型チャネルMOSトランジスタのN型ソースと該N型チャネルMOSトランジスタが形成されているP型ウェル領域との間のPN接合に対して該PN接合のビルトイン・ポテンシャル電圧を超えない程度に順方向に基板バイアスを印加し、前記P型チャネルMOSトランジスタのP型ソースと該PチャネルMOSトランジスタが形成されているN型ウェル領域との間のPN接合に対して逆方向に基板バイアスを印加することを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。 - 前記複数のMOSトランジスタのうちN型チャネルMOSトランジスタの前記補正閾値電圧は、前記複数のMOSトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた閾値電圧の製造ばらつき幅の1/2以上の電圧を前記規定の閾値電圧から減じた電圧であり、
前記複数のMOSトランジスタのうちP型チャネルMOSトランジスタの前記補正閾値電圧は、前記複数のトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた閾値電圧の製造ばらつき幅の絶対値の1/2以上の電圧を前記規定の閾値電圧の絶対値に加えた電圧であり、
前記基板バイアス発生回路は、前記N型チャネルMOSトランジスタのN型ソースと該N型チャネルMOSトランジスタが形成されているP型ウェル領域との間のPN接合に対して逆方向に基板バイアスを印加し、前記P型チャネルMOSトランジスタが形成されているP型ソースと該P型チャネルMOSトランジスタのN型ウェル領域との間のPN接合に対して該PN接合のビルトイン・ポテンシャル電圧を超えない程度に順方向に基板バイアスを印加することを特徴とする請求項5に記載の半導体集積回路。 - 前記複数のMOSトランジスタは、前記規定の閾値電圧をターゲットとして製造され、
前記複数のMOSトランジスタの製造時に実測された前記複数のMOSトランジスタの閾値電圧の製造ばらつき、または、前記複数のMOSトランジスタの製造時に実測された前記閾値電圧測定用素子の閾値電圧の製造ばらつきに基づいて、前記半導体集積回路を動作させるために用いられる電源電圧から第2の補正電圧だけ異なる補正ソース電圧を、前記複数のMOSトランジスタの各ソースに印加する電圧供給回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路。 - 前記補正ソース電圧は、前記複数のMOSトランジスタの製造時に実測された閾値電圧の製造ばらつき幅の1/2以上に相当する閾値電圧の変動に要する基板バイアスの電圧の絶対値を前記電源電圧に加えた電圧であることを特徴とする請求項9に記載の半導体集積回路。
- 前記基板バイアス発生回路は、前記複数のMOSトランジスタの製造時に実測された閾値電圧の絶対値が前記規定の閾値電圧よりも高めにばらついている場合には、前記複数のMOSトランジスタのソースと前記半導体基板との間のPN接合に対してビルトイン・ポテンシャル電圧を超えない程度に順方向に基板バイアスを印加し、前記複数のMOSトランジスタの製造時に実測された閾値電圧の絶対値が前記規定の閾値電圧よりも低めにばらついている場合には、前記複数のMOSトランジスタのソースと前記半導体基板との間のPN接合に対して逆方向に基板バイアスを印加することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の半導体集積回路。
- 前記複数のMOSトランジスタは、前記複数のMOSトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた製造ばらつきに基づいて前記複数のMOSトランジスタのチャネル領域のイオン注入不純物濃度を制御することによって、前記規定の閾値電圧から第1の補正電圧だけ異なる補正閾値電圧を前記複数のMOSトランジスタの各閾値電圧のターゲットとして製造され、
前記補正閾値電圧は、前記複数のMOSトランジスタの製造ラインにおいて統計的に得られた閾値電圧の製造ばらつき幅の絶対値の1/2以上の電圧を前記規定の閾値電圧の絶対値から減じた電圧であり、
前記基板バイアス発生回路は、前記複数のMOSトランジスタのソースと該複数のMOSトランジスタのチャネル領域との間のPN接合に対して逆方向に基板バイアスを印加することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路。 - 前記基板バイアス発生回路は、DAコンバータおよび演算増幅器を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
- 前記電圧供給回路は、シリーズレギュレータまたはDC−DCコンバータであることを特徴とする請求項9に記載の半導体集積回路。
- 半導体集積回路へ印加する電源電圧および前記電源電圧に対する基板バイアスを制御する電源電圧・基板バイアス制御回路において、
前記電源電圧・基板バイアス制御回路へ定電圧を供給する定電圧源と、
前記定電圧源に接続され、該定電圧源の電圧から複数の基準電圧を生成するラダー抵抗と、
前記ラダー抵抗に接続されており、前記電源電圧および前記基板バイアスの関係を表す第1のデジタル値を入力し、前記第1のデジタル値に基づいて前記複数の基準電圧のいずれかを前記基板バイアスの候補として選択する複数の第1の選択回路と、
前記ラダー抵抗に接続されており、前記電源電圧を表す第2のデジタル値を入力し、前記第2のデジタル値に基づいて前記複数の基準電圧のうち第1の基準電圧を前記電源電圧として前記半導体集積回路へ出力し、尚且つ、前記半導体集積回路へ前記基板バイアスを出力する基板バイアス回路を、前記第2のデジタル値に基づいて前記複数の第1の選択回路の中から選択する第2の選択回路とを備えた電源電圧・基板バイアス制御回路。 - 前記複数の第1の選択回路のそれぞれは、
前記ラダー回路に接続されており、互いに異なる前記基準電圧を前記基板バイアスとして出力する複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子の各ゲートに接続された出力端子を有し、前記第1のデジタル値に基づく電圧および前記第2のデジタル値に基づく電圧を入力して前記複数のスイッチング素子のそれぞれをスイッチングする複数のAND回路とを含むことを特徴とする請求項15に記載の電源電圧・基板バイアス制御回路。 - 前記第2の選択回路は、
前記ラダー回路に接続されており、前記第2のデジタル値に基づく電圧がゲートに印加されることによって、互いに異なる前記基準電圧を前記電源電圧として出力する複数のスイッチング素子を含むことを特徴とする請求項15に記載の電源電圧・基板バイアス制御回路。 - 前記複数の第1の選択回路のそれぞれは、
前記ラダー回路に接続されており、前記第1のデジタル値に基づく電圧がゲートに印加されることによって、互いに異なる前記基準電圧を前記基板バイアスの候補として出力する複数のスイッチング素子を含むことを特徴とする請求項15に記載の電源電圧・基板バイアス制御回路。 - 前記第2の選択回路は、
前記ラダー回路に接続されており、前記第2のデジタル値に基づく電圧がゲートに印加されることによって、互いに異なる前記基準電圧を前記電源電圧として出力する複数の電源電圧スイッチング素子と、
前記複数の第1の選択回路に接続されており、前記第2のデジタル値に基づく電圧がゲートに印加されることによって、前記複数の第1の選択回路の中から前記基板バイアス回路を選択する複数の基板バイアススイッチング素子とを含むことを特徴とする請求項15に記載の電源電圧・基板バイアス制御回路。
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