JPH0219979B2 - - Google Patents

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JPH0219979B2
JPH0219979B2 JP56052033A JP5203381A JPH0219979B2 JP H0219979 B2 JPH0219979 B2 JP H0219979B2 JP 56052033 A JP56052033 A JP 56052033A JP 5203381 A JP5203381 A JP 5203381A JP H0219979 B2 JPH0219979 B2 JP H0219979B2
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JP
Japan
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substrate
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high concentration
concentration impurity
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JP56052033A
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English (en)
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JPS57166067A (en
Inventor
Tetsuya Iizuka
Hiroshi Hara
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/364,639 priority patent/US4559548A/en
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Priority to DE8282102994T priority patent/DE3276920D1/de
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0218Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of field effect structures
    • H01L27/0222Charge pumping, substrate bias generation structures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置に用いられる基板バイア
ス発生装置に関する。
従来、半導体基板上に形成された回路により、
外部から供給される電源電圧と逆極性の電圧を発
生し、基板に供するための電源として、第1図に
示すようなチヤージポンピング装置が知られてい
る。同図において、1は一端を接地した交流電圧
発生回路であり、この交流電圧発生回路1は基準
電圧VSS(ここではGND電圧)と電流電圧VDDとの
間で振動する交流を発生する。この発生回路1の
他端はチヤージポンピング用の容量2を介してN
チヤンネルMOSトランジスタ3のソースに接続
されている。そして、このトランジスタ3のゲー
ト及びドレインは共に端子(基板)4に接続され
ている。ここで、N1は電圧発生回路1と容量2
との間のノード、N2は容量2とトランジスタ3
のソースとの間のノードを示す。ノードN2には
ソース側の接地されたNチヤンネルMOSトラン
ジスタ5のゲート及びドレインが接続されてい
る。上記トランジスタ3,5は整流作用があり、
電流は端子(基板)4からノードN2、ノードN2
からGNDへ向つて流れる。
このチヤージポンピング装置においては、交流
電圧発生回路1により容量2を介してノードN2
に誘起される電荷は、端子(基板)4から供給さ
れ、トランジスタ5を通つてGNDに放電される。
すなわち、チヤージポンピング作用により、端子
(基板)4からGNDに電流が流れ、これにより端
子(基板)4は負の電位にバイアスされる。
第2図は上記チヤージポンピング装置を半導体
基板上に形成した場合の具体的な素子構造図であ
る。すなわち、P形のシリコン基板(端子4)6
表面に、N形の高濃度不純物領域7,8、P形の
高濃度不純物領域9、及びN形の高濃度不純物領
域10がそれぞれ形成されている。そしてN形高
濃度不純物領域10上、及びN形高濃度不純物領
域7,8間のシリコン基板6上にそれぞれゲート
絶縁膜11,12を介してゲート電極13,14
が形成されている。ここで、ゲート電極13、ゲ
ート絶縁膜11及びN形高濃度不純物領域10に
より第1図の容量2を構成し、N形高濃度不純物
領域7、ゲート電極14、N形高濃度不純物領域
8により第1図のトランジスタ3のソース、ゲー
ト、ドレインを構成している。P形高濃度不純物
領域9はシリコン基板6にオーミツク接触をとり
やすくするための拡散領域である。なお第2図に
は第1図のトランジスタ5は示されていない。
従来、上記のようなチヤージポンピング装置に
は次のような欠点があつた。すなわち、N形高濃
度不純物領域7(第1図のノードN2に相当)は
シリコン基板6(第1図の端子4に相当)よりも
低電圧になり、シリコン基板6と高濃度不純物領
域7とで形成されるPN接合(第1図に破線で示
すダイオード15に相当)は順バイアス状態にな
る。このため、シリコン基板6中に多くの電子が
注入されることになる。これらの電子は再結合す
るまで広い範囲にわたつて基板6の中を拡散して
ゆく。このために、集積回路の機能上の問題をひ
きおこす。特に、ダイナミツクな回路動作を行う
集積回路では浮遊状態のノードが多用され、また
スタテイツク回路でも、高いインピーダンスで電
位を固定する方式は、集積回路の消費電力の低減
のために上記ノードが不可欠である。これらのノ
ードに上記の拡散した電子とり込まれると、回路
素子の誤動作が生じ易く、従来大きな問題となつ
ていた。
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、
その目的は、基板に注入される少数キヤリアの量
を減少させると共に、注入された少数キヤリアの
周囲への拡散を防止し、回路素子の誤動作を防止
できる基板バイアス発生装置を提供することにあ
る。
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第3図において、一端を接地した交流電
圧発生回路21は基準電圧VSS(ここではGND電
圧)電流電圧VDDとの間で振動する交流を発生す
る。この発生回路21の他端は容量22及びNチ
ヤンネルMOSトランジスタ23を介して基板2
4に接続されている。N11は交流電圧発生回路2
1と容量22との間のノード、N12は容量22と
トランジスタ23のソースとの間のノードを示
す。そして、このノードN12はNチヤンネル
MOSトランジスタ25を介して接地されている。
上記トランジスタ23,25は共に整流特性を有
する。ここで、トランジスタ23,25の形成さ
れる基板26は、本来駆動される基板24と分離
して形成される。
第4図は上記チヤージポンピング装置を半導体
基板上に形成した場合の具体的な素子構造図であ
る。すなわち、N形シリコン基板27の表面にP
形のウエル領域28,29が分離して形成されて
いる。一方のP形ウエル領域28(第3図の基板
26に相当する)の表面には、N形高濃度不純物
領域30,31,32が形成され、N形高濃度不
純物領域30上、及びN形高濃度不純物領域3
1,32間のP形ウエル領域28上にはそれぞれ
ゲート絶縁膜33,34を介してゲート電極3
5,36が形成されている。ここで、ゲート電極
35、ゲート絶縁膜33及びN形高濃度不純物領
域30により第3図の容量22を構成し、N形高
濃度不純物領域31、ゲート電極36、N形高濃
度不純物領域32により第3図のNチヤンネル
MOSトランジスタ23のソース、ゲート、ドレ
インを構成している。他方のP形ウエル領域29
(第3図の基板24に相当する)にはオーミツク
接触をとりやすくするためのP形高濃度不純物領
域37及び他の回路素子が形成されている。な
お、第4図には第3図のトランジスタ25は示さ
れていない。38はかならずしも必要でないが、
本発明の効果を更に発揮するためのもので、P形
ウエル領域28,29間の分離を完全にするため
のN形高濃度不純物領域で、N形シリコン基板2
7と同様にVDDにバイアスされている。なお、こ
の領域38はSiO2等の絶縁性領域で形成しても
よい。
次に上記チヤージポンピング装置の動作原理を
説明する。すなわち、交流電圧発生回路21によ
り容量22の一方の電極35(ノードN11)は
VDDとVSSとの間で振動し、N形高濃度不純物領
域30,31(ノードN12)は静電誘導で電気的
に振動する。N形高濃度不純物領域30,31が
高電位となつたときはトランジスタ25を介して
電荷を放電し、不純物領域30,31が低電位と
なつたときはトランジスタ23を介して電荷が供
給される。このとき、N形高濃度不純物領域31
からP形ウエル領域28に電子が注入される。こ
こで、P形ウエル領域28は浮遊状態にあるた
め、注入電子により短時間で負に帯電し、従つて
ウエル領域28に注入される電子の量は少なくて
すむ。
さらに、注入された電子は正電位にバイアスさ
れたN形シリコン基板27に流れ、またP形ウエ
ル領域29方向に拡散した電子も大部分がVDD
バイアスされたN形高濃度不純物領域38にとら
えられる。従つて、負にバイアスされたP形ウエ
ル領域29に電子が侵入することは殆んどなく、
回路素子の動作に影響を与えることはない。
第5図は他の実施例の回路図、第6図はその具
体的な素子構造の断面図である。この実施例にお
いては、上記実施例のMOSトランジスタ23の
役割を、P形ウエル領域28及びP形高濃度不純
物領域39,40のP形領域とN形高濃度不純物
領域30,31のN形領域とで形成されるPN接
合によるダイオード41で担うものである。ここ
で、第3図及び第4図と同一構成部分は同一符号
を付してその説明は省略する。この場合、N形領
域から注入された電子が短時間で再結合するため
に、P形高濃度不純物領域39,40とその上の
オーミツク接触を近接して形成する。さらに、再
結合を促すためにP形領域に再結合中心を作る金
(Au)などの不純物を拡散してもよい。P形領域
中に注入された電子の一部はN形シリコン基板2
7に入り込み基板電流となるが、主たる回路の形
成されたP形ウエル領域29内に侵入することは
なく、回路に影響を与えることはない。
尚、上記実施例においては、N形シリコン基板
27にP形ウエル領域28,29を形成するよう
にしたが、N形シリコン基板上にP形のエピタキ
シヤル層を形成してもよい。
また、P形基板を用い、ウエル領域、各素子の
導電形を逆にし、かつ印加する電圧の符号を逆に
することにより同様の効果が得られることは勿論
である。
以上のようにこの発明によれば、基板に注入さ
れる少数キヤリアの量を減少させることができ、
また注入された少数キヤリアの周囲への拡散を防
止できるので、回路素子の誤動作を防止でき、信
頼性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のチヤージポンピング装置の回路
図、第2図は上記装置の素子構造を示す断面図、
第3図はこの発明の一実施例に係るチヤージポン
ピング装置の回路図、第4図は上記装置の素子構
造を示す断面図、第5図はこの発明の他の実施例
を示す回路図、第6図はその断面図である。 21……交流電圧発生回路、22……容量、2
3……NチヤンネルMOSトランジスタ、27…
…N形シリコン基板、28,29……P形ウエル
領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 チヤージポンピング用の容量素子と整流素子
    とを含む基板バイアス発生装置において、第1導
    電形の半導体基板と、この基板に形成され、前記
    容量素子及び整流素子の形成される第2導電形の
    第1領域と、前記基板に形成され、他の回路素子
    の形成される第2導電形の第2領域と、第1導電
    形の領域あるいは絶縁性の領域で形成され、前記
    第1領域と前記第2領域とを分離する第3領域と
    を具備したことを特徴とする基板バイアス発生装
    置。 2 前記第1領域が浮遊状態にあることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の基板バイアス発
    生装置。 3 前記第1領域表面に第2導電形の高濃度不純
    物領域を形成し、この領域を出力端子とすること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の基板バ
    イアス発生装置。 4 前記第1領域に再結合中心となる不純物を拡
    散したことを特徴とする特許請求の範囲第1項、
    または第2項または第3項記載の基板バイアス発
    生装置。
JP5203381A 1981-04-07 1981-04-07 Bias generating unit for substrate Granted JPS57166067A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5203381A JPS57166067A (en) 1981-04-07 1981-04-07 Bias generating unit for substrate
US06/364,639 US4559548A (en) 1981-04-07 1982-04-02 CMOS Charge pump free of parasitic injection
EP82102994A EP0062894B1 (en) 1981-04-07 1982-04-07 Semiconductor device
DE8282102994T DE3276920D1 (en) 1981-04-07 1982-04-07 Semiconductor device

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JP5203381A JPS57166067A (en) 1981-04-07 1981-04-07 Bias generating unit for substrate

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JPS57166067A JPS57166067A (en) 1982-10-13
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Families Citing this family (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62155547A (ja) * 1985-12-27 1987-07-10 Mitsubishi Electric Corp 基板電位発生装置
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KR20000018511A (ko) * 1998-09-02 2000-04-06 김영환 바이어스 전압 발생기의 레이 아웃방법
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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