JPH01260848A - 基板電圧発生回路 - Google Patents

基板電圧発生回路

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JPH01260848A
JPH01260848A JP63089423A JP8942388A JPH01260848A JP H01260848 A JPH01260848 A JP H01260848A JP 63089423 A JP63089423 A JP 63089423A JP 8942388 A JP8942388 A JP 8942388A JP H01260848 A JPH01260848 A JP H01260848A
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voltage
substrate
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gate
semiconductor substrate
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Hideyuki Ozaki
尾崎 英之
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、基板電圧発生回路に関し、特に所望の集積
回路と共に半導体基板上に形成され当該半導体基板に対
して印加される一定のバイアス電圧を発生するための基
板電圧発生回路に関する。
[従来の技術] 第3図は従来の基板電圧発生回路の一例を示す回路図で
ある。図において、この基板電圧発生回路は、インバー
タ1〜8と、NORゲート9と、容量10と、nチャネ
ルMOSトランジスタ11および12と、電圧レベル検
出器13とによって構成されている。図示のごとく、イ
ンバータ1〜6は直列に接続され、インバータ6の出力
はN。
Rゲート9の一方入力端に入力されている。また、NO
Rゲート9の他方入力端には、電圧レベル検出器13の
出力が入力されている。そして、N。
Rゲート9の出力はインバータ1に入力されるとともに
、インバータ7に入力されている。また、インバータ8
の出力は容量10の一方電極に入力されている。そして
、容量10の他方電極はダイオード接続されたMOS)
ランジスタ11および12に接続されている。MOS)
ランジスタ11のドレイン端がこの基板電圧発生回路の
出力端であり、これが基板バイアス配線SBLに接続さ
れ、これによって半導体基板(図示せず)が一定電圧V
BBでバイアスされる。また、電圧レベル検出器13に
はこの基板バイアス配線SBLが接続されている。また
、容量10とダイオード接続された2つのMOSトラン
ジスタ11および12により形成される回路は、チャー
ジポンプ回路と呼ばれており、負電圧を発生するのに使
われる周知の回路である。
次に、第3図に示す従来回路の動作について説明する。
電圧レベル検出器13はしきい値VRE、を有しており
、電圧レベル検出器13に入力される基板電圧の絶対値
1VaalがlVgErlより小さいときはその出力が
L”となり、1v[IB IがlVi+:rlより大き
いときはその出力が“H”となるように構成されている
。今、IVaalがIVREFIより小さいときは、電
圧レベル検出器13の出力が′L#となるので、インバ
ータ6の出力が“L”であれば、NORゲート9の出力
は“H″、インバータ6の出力が“H“であればNOR
ゲート9の出力はL0となる。
すなわち、このときはインバータ1〜6と、NORゲー
ト9によりいわゆるリング発振器が形成され、NOR’
F’−ト9の出力は’H’ −’L’ →“H“−“L
“を繰返す。したがって、この発振信号がチャージポン
プ回路に入力されているので、1Vaalの値が次第に
大きくなっていく。そして、1Vaalがl VRE 
F  l ヨリ大キ< ナラt:ときは、電圧レベル検
出器13の出力は“H”となり、このためNORゲート
9の出力はL”に固定され、発振が止まる。したがって
、このときはチャージポンプ回路の動作も停止し、それ
以上lVB!llの値が大きくならないようにする。す
なワチ、第3図の回路は1Vaalがl VRE Fl
より小さいときだけ動作するように構成されている。
[発明が解決しようとする課題] 上記のごとく、第3図の従来回路では電圧レベル検出器
13の出力信号によってリング発振器を間欠的に動作さ
せるようにしているが、それは基板電圧発生回路で消費
される電力を低減するためである。特に、ダイナミック
RAM等のように待機時の電力をできるだけ低減するこ
とが要求されるような半導体集積回路に、第3図のよう
な回路が用いられている。すなわち、ダイナミックRA
Mの待機時には接合リーク電流を補償する分だけチャー
ジポンプ回路を間欠的に動作させればよいことから、第
3図に示すような回路が用いられている。しかしながら
、ダイナミックRAMの動作時には大きなチャージポン
プ電流を供給する必要があるため、第3図の回路を構成
する各回路素子はそのサイズ(トランジスタについては
ゲート幅。
容量については電極の面積)を大きくする必要がある。
そのため、第3図の回路で消費される電力は、間欠的に
動作をさせても、まだまだ大きいという問題があった。
ところで、電子材料1986年1月号の第42頁には、
前述の第3図の回路よりもさらに消費電力を低減し得る
基板電圧発生回路が示されている。
すなわち、この文献には、定常的に動作する低消a電力
の基板電圧発生回路と、半導体記憶装置の動作時のみ動
作する電流供給能力の大きな基板バイアス発生回路の2
つを設けて半導体基板のバイアス電圧を発生することが
開示されている。このような構成によれば、半導体記憶
装置の待機時は低消費電力の基板バイアス発生回路のみ
が動作するので、第3図に示す回路に比べて消費電力を
さらに軽減することができる。しかしμから、この文献
に開示された構成では、低消費電力の基板バイアス発生
回路が定常的に動作しているため、半導体記憶装置の待
機時においても定常的に電力消費が生じ、その消費電力
はまだ大きいという問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、従来の基板電圧発生回路よりもさらに消費
電力の低減が図れ、しかも半導体集積回路の動作時には
十分大きな電流で半導体基板をバイアスし得るような基
板電圧発生回路を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る基板電圧発生回路は、第1のしきい値電
圧を有し半導体基板の電圧の絶対値が当該第1のしきい
値電圧の絶対値よりも大きいか小さいかに応じてその出
力信号のレベルが2状態に変化する第1の電圧レベル検
出手段と、第1のしきい値電圧とは異なる第2のしきい
値電圧を有し半導体基板の電圧の絶対値が当該第2のし
きい値電圧の絶対値よりも大きいか小さいかに応じてそ
の出力信号のレベルが2状態に変化する第2の電圧レベ
ル検出手段と、第1の電圧レベル検出手段の出力信号に
応答して動作し一定のバイアス電圧を発生する第1の電
圧発生手段と、第2の電圧レベル検出手段の出力信号に
応答して動作し一定のバイアス電圧を発生する第2の電
圧発生手段とを備えており、第1の電圧発生手段と第2
の電圧発生手段はその消費電力が異なった値に設定され
ている。
[作用] この発明においては、第1および第2の電圧発生手段を
いずれも間欠的に動作させることにより、半導体基板上
に形成される集積回路の待機時における消費電力を極め
て低減させるようにしている。
[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す回路図である。この
実施例では、第3図に示す従来回路と同様の構成の基板
電圧発生回路が2組設けられており、これら2組の回路
は所望の集積回路と共に半導体基板(図示せず)上に形
成されている。すなわち、一方の回路はインバータ1a
〜8aと、NORゲート9aと、容ffi 10 aと
、nチャネルMOSトランジスタ11aおよび12aと
、電圧し −ベル検出器13aとで構成されており、他
方の回路はインバータ1b〜8bと、NORゲート9b
と、容ff1lObと、nチャネルMOSトランジスタ
11bおよび12bと、電圧レベル検出器13bとで構
成されている。これら2組の回路における各構成要素の
接続関係は、第3図に示す従来回路と同じである。ここ
で重要なことは、一方のレベル検出器13aのしきい値
電圧IVRE4,1が、他方のレベル検出器13bのし
きい値電圧1VREF21より、大きな値に設定されて
いることである。また、これらの回路で、インバータl
ミル8a、NORゲート9a、容jlH10a、MOS
トランジスタl1gおよび12aのサイズ(トランジス
タについてはゲート幅、容量については電極の面積)は
、インバータ1b〜8b、 NORゲート9b、容ff
1l Ob、 MOS )ランジスタ11bおよび12
bのサイズに比べて、小さ(設定されている。したがっ
て、インバータ1a〜8a、NORゲート9a、容ff
1lOa、MO3)ランジスタllaおよび12aを含
む基板電圧発生回路は、インバータ1b〜8b、NOR
ゲート9b、容量10b、MOSトランジスタllbお
よび12bを含む基板電圧発生回路よりもその消費電力
が小さいものとなっている。
次に、第1図に示す実施例の動作について説明する。こ
の第1図に示す基板電圧発生回路は、基板電圧Vaaの
値により、以下の3通りの動作モードが存在する。すな
わち、 ■lVa a  l >IVRE F +  +・・−
第1および第2のチャージポンプ回路とも動作しない ■IVIIEF l  l>1Vaa  l>IVRE
F 2 1・・・第1のチャージポンプ回路のみ動作す
る■IVaEF2 1>1Vaa  l−第1および第
2のチャージポンプ回路とも動作する の3通りである。
ダイナミックRAM等の待機時には前述したように接合
リーク電流成分のみを補充してやればよいから、このと
きは、サイズの小さいすなわち消費電力の小さい第1の
チャージポンプ回路の動作のみで十分である。そして、
待機時における基板電圧発生回路の動作モードは、■と
■のみであり、■の場合は起こらない。したがって、サ
イズの太きなすなわち消費電力の大きな第2のチャージ
ポンプ回路は、ダイナミックRAMの待機時には動作し
ないので、第3図に示す従来例に比べてさらに低消費電
力化が可能になる。一方、ダイナミックRAMの動作時
には、大きな基板電流が流れるため、大きなチャージポ
ンプ電流を供給する必要がある。このときは、■の動作
モードになるので、この要求を満たすことができる。
なお、ダイナミックRAMの待機時には、低消費電力の
第1のチャージポンプ回路が間欠的に動作することにな
り(■と■の動作)、前述した文献に開示された従来回
路、すなわち低消費電力のバイアス電圧発生回路を定常
的に動作させるものに比べてさらに消費電力の低減を図
ることができる。
第2図はこの発明の他の実施例を示す回路図である。こ
の実施例においても第1図の実施例と同様に、2種類の
電圧レベル検出器13aおよび13bが設けられている
。一方、この実施例では、2組の基板電圧発生回路間で
リング発振器が共用されている。この点が第1図の実施
例と異なっている。
すなわち、第2図の回路では、次の3通りの動作モード
がある。
■IVaa  l>IVREF +  l=第1および
第2のチャージポンプ回路とも動作しない(リング発振
器も動作しない)。
■IVaEr +  I>1Vaa  l>lV*Er
 21・・・第1のチャージポンプ回路のみ動作する(
リング発振器も動作する)。
■IVIIEF 2 1>1Vaa  l=第1および
第2のチャージポンプ回路とも動作する。
すなわち、第2図の実施例も、第1図の実施例と同様の
動作を行ない、したがって同じ効果が得られる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、2組の電圧レベル検
出手段を設け、これら2組の電圧レベル検出手段の出力
信号によって2組の電圧発生手段(消費電力がそれぞれ
異なった値に設定されている)をそれぞれ間欠的に動作
させるようにしているので、半導体基板上に形成される
集積回路の待機時には消費電力を極めて低減でき、また
動作時には十分大きな電流で半導体基板をバイアスし得
るような基板電圧発生回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す回路図である。 第2図はこの発明の他の実施例を示す回路図である。 第3図は従来の基板電圧発生回路の一例を示す回路図で
ある。 図において、1a〜ga、lb〜8bはインバータ、9
aおよび9bはNORゲート、10aおよび10bは容
量、lla、llb、12aおよび12bはMOS)ラ
ンジスタ、13aおよび13bは電圧レベル検出器を示
す。 タ傘−譬〈   8卆・−やら a:1a:I 給             〜 手続補正書く自発) 1、事件の表示   特願昭 63−89423 号3
、補正をする者 5、補正のズ・I象 明細書の特許請求の範囲の欄および発明の詳細な説明の
欄 6、補正の内容 (1) 特許請求の範囲を別紙のとおり。 (2) 明細書第2頁第11行の「一定のバイアス」を
「所定のバイアス」に補正する。 (3) 明細書第8頁第1行の「一定のバイアス」を「
所定のバイアス」に補正する。 以上 2、特許請求の範囲 半導体基板上に形成され、当該半導体基板に対して印加
される所定のバイアス電圧を発生するための基板電圧発
生回路であって、 第1のしきい値電圧を有し、前記半導体基板の電圧の絶
対値が当該第1のしきい値電圧の絶対値よりも大きいか
小さいかに応じて、その出力信号のレベルが2状態に変
化する第1の電圧レベル検出手段、 ゛  前記第1のしきい値電圧とは異なる第2のしきい
値電圧を有し、前記半導体基板の電圧の絶対値が当該第
2のしきい値電圧の絶対値よりも大きいか小さいかに応
じて、その出力信号のレベルが2状態に変化する第2の
電圧レベル検出手段、前記第2の電圧レベル検出手段の
出力信号に応答して動作し、前記所定のバイアス電圧を
発生する第1の電圧発生手段、および 前記第2の電圧レベル検出手段の出力信号に応答して動
作し、前記汁慮犯バイアス電圧を発生する第2の電圧発
生手段を備え、 前記第1の電圧発生手段と前記第2の電圧発生手段は、
その消費電力が異なった値に設定されている、基板電圧
発生回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  半導体基板上に形成され、当該半導体基板に対して印
    加される一定のバイアス電圧を発生するための基板電圧
    発生回路であって、 第1のしきい値電圧を有し、前記半導体基板の電圧の絶
    対値が当該第1のしきい値電圧の絶対値よりも大きいか
    小さいかに応じて、その出力信号のレベルが2状態に変
    化する第1の電圧レベル検出手段、 前記第1のしきい値電圧とは異なる第2のしきい値電圧
    を有し、前記半導体基板の電圧の絶対値が当該第2のし
    きい値電圧の絶対値よりも大きいか小さいかに応じて、
    その出力信号のレベルが2状態に変化する第2の電圧レ
    ベル検出手段、前記第1の電圧レベル検出手段の出力信
    号に応答して動作し、前記一定のバイアス電圧を発生す
    る第1の電圧発生手段、および 前記第2の電圧レベル検出手段の出力信号に応答して動
    作し、前記一定のバイアス電圧を発生する第2の電圧発
    生手段を備え、 前記第1の電圧発生手段と前記第2の電圧発生手段は、
    その消費電力が異なった値に設定されている、基板電圧
    発生回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0494566A (ja) * 1990-08-10 1992-03-26 Sharp Corp 半導体記憶装置の基板バイアス発生回路
US7079443B2 (en) 1998-06-29 2006-07-18 Fujitsu Limited Semiconductor device

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US7706209B2 (en) 1998-06-29 2010-04-27 Fujitsu Microelectronics Limited Semiconductor memory device capable of driving non-selected word lines to a variable negative potential based on a bank access operation

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