JPH0354866B2 - - Google Patents

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JPH0354866B2
JPH0354866B2 JP59172002A JP17200284A JPH0354866B2 JP H0354866 B2 JPH0354866 B2 JP H0354866B2 JP 59172002 A JP59172002 A JP 59172002A JP 17200284 A JP17200284 A JP 17200284A JP H0354866 B2 JPH0354866 B2 JP H0354866B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、順方向基板バイアス電圧クランプ
用MOSトランジスタを設けたMOS型半導体集積
回路装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a MOS type semiconductor integrated circuit device provided with a MOS transistor for forward substrate bias voltage clamping.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在のMOS型半導体集積回路、特にMOSダイ
ナミツクRAMにおいては、電源の単一化がはか
られ、基板電圧は半導体基板(チツプ)上に設け
た基板バイアス電圧発生回路によつて発生させる
方式が一般化している。
In current MOS type semiconductor integrated circuits, especially MOS dynamic RAM, attempts are made to unify the power supply, and the substrate voltage is generally generated by a substrate bias voltage generation circuit provided on the semiconductor substrate (chip). It has become

第1図に従来の基板バイアス電圧発生回路を内
蔵しているMOS型半導体集積回路における基板
電圧と電源電圧の関係を示す。
FIG. 1 shows the relationship between the substrate voltage and power supply voltage in a MOS type semiconductor integrated circuit incorporating a conventional substrate bias voltage generation circuit.

第1図において、基板電圧をVBBとし、電源電
圧をVCCとすると、両者の関係は第1図から明ら
かなように電源電圧VCCが比較的低い場合、基板
電圧VBBは電源電圧VCCに比例して負に深くなる
が、電源電圧VCCが高くなると浅くなり、非常に
高くなつたときには正の電圧になることもある。
この原因は、電源電圧VCCが高くなり消費電流が
増大すると、衝突電離による半導体基板内の正孔
電流が増大し、基板バイアス電圧発生回路からの
充電電流がこれを補償しきれなくなるためであ
る。半導体集積回路を動作補償領域内の電源電圧
VCCで使用していればこのような状況は起こらな
いが、取り扱いのミス等何らかの原因で高電圧が
半導体集積回路に印加された場合、pn接合が順
方向にバイアスされる程基板電圧が浮上り、半導
体集積回路の永久破壊を招く危険性がある。
In Figure 1, if the substrate voltage is V BB and the power supply voltage is V CC , the relationship between the two is clear from Figure 1. When the power supply voltage V CC is relatively low, the substrate voltage V BB is equal to the power supply voltage V The negative voltage becomes deeper in proportion to CC , but becomes shallower as the power supply voltage V CC rises, and may become a positive voltage when it becomes very high.
The reason for this is that when the power supply voltage V CC rises and current consumption increases, the hole current in the semiconductor substrate due to impact ionization increases, and the charging current from the substrate bias voltage generation circuit cannot compensate for this. . The power supply voltage within the operation compensation area for semiconductor integrated circuits
This situation will not occur if it is used at V CC , but if a high voltage is applied to the semiconductor integrated circuit due to mishandling or other reasons, the substrate voltage will rise to the extent that the pn junction is forward biased. There is a risk of permanent damage to the semiconductor integrated circuit.

第2図a,bは電源ラインと基板間に比較的大
きな容量が形成されている場合の基板バイアス電
圧発生回路を内蔵した半導体集積回路の電源投入
時における電源電圧VCCの波形と基板電圧VBB
波形を示したもので、第2図aは電源電圧VCC
時間の関係を表し、同図bは基板電圧VBBと時間
の関係を表している。基板バイアス電圧発生回路
が電源投入後充分な電圧を発生するまでにある程
度の時間を必要とする。したがつて、電源電圧
VCCが急峻に立ち上がつた場合、第2図a,bに
示すように、電源ラインと半導体基板間の容量結
合によつて、基板電圧VBBが正になる期間が存在
する。この基板電圧VBBの浮上りが大きい場合に
は半導体集積回路の永久破壊を招く可能性があ
り、また、破壊には至らない場合でも、きわめて
大きな突入電源電流が流れてしまう欠点がある。
Figures 2a and b show the waveform of the power supply voltage V CC and the substrate voltage V when a semiconductor integrated circuit with a built-in substrate bias voltage generation circuit is powered on when a relatively large capacitance is formed between the power supply line and the substrate. Figure 2a shows the relationship between the power supply voltage VCC and time, and Figure 2b shows the relationship between the substrate voltage VBB and time. It takes some time for the substrate bias voltage generation circuit to generate a sufficient voltage after the power is turned on. Therefore, the supply voltage
When V CC rises steeply, there is a period when the substrate voltage V BB becomes positive due to capacitive coupling between the power supply line and the semiconductor substrate, as shown in FIGS. 2a and 2b. If this substrate voltage V BB rises significantly, there is a possibility of permanent destruction of the semiconductor integrated circuit, and even if destruction does not occur, there is a drawback that an extremely large inrush power supply current will flow.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明は、上記のような欠点を改善するため
になされたもので、基板バイアス電圧発生回路内
蔵のMOS型半導体集積回路に、ドレインとゲー
トが半導体基板に接続され、ソースがグランドに
接続された順方向基板バイアス電圧クランプ用
MOSトランジスタを設けることにより、基板電
圧が正になるのを防ぐことにできる信頼性の高い
MOS型半導体集積回路装置を提供するものであ
る。以下、図面を用いてこの発明を説明する。
This invention was made to improve the above-mentioned drawbacks, and includes a MOS type semiconductor integrated circuit with a built-in substrate bias voltage generation circuit, the drain and gate of which are connected to the semiconductor substrate, and the source of which is connected to ground. For forward body bias voltage clamp
By providing a MOS transistor, it is possible to prevent the substrate voltage from becoming positive, making it highly reliable.
The present invention provides a MOS type semiconductor integrated circuit device. The present invention will be explained below using the drawings.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第4図はこの発明の一実施例を示すものであ
り、第3図はこの発明の等価回路を示すものであ
る。
FIG. 4 shows an embodiment of the invention, and FIG. 3 shows an equivalent circuit of the invention.

第3図において、半導体基板の電圧が正とな
り、順方向基板バイアス電圧クランプ用MOSト
ランジスタTのしきい値電圧(このしきい値電圧
をVTHとする)を越えると、順方向基板バイアス
電圧クランプ用MOSトランジスタTが導通状態
となつて半導体基板を放電させて基板電圧の上昇
をおさえる。したがつて、この発明をより効果的
にするには、順方向基板バイアス電圧クランプ用
MOSトランジスタTのしきい値電圧VTHを0ボル
ト以上、pn接合のビルトインポテンシヤル以下
の範囲で可能な限り低い値にすること、および半
導体基板を速やかに放電させるために順方向基板
バイアス電圧クランプ用MOSトランジスタTの
チヤネル幅を大きくすることである。
In Fig. 3, when the voltage of the semiconductor substrate becomes positive and exceeds the threshold voltage of the forward substrate bias voltage clamping MOS transistor T (this threshold voltage is V TH ), the forward substrate bias voltage clamping occurs. The MOS transistor T becomes conductive, discharging the semiconductor substrate, and suppressing the rise in substrate voltage. Therefore, to make this invention more effective, for forward body bias voltage clamping
To set the threshold voltage V TH of the MOS transistor T to the lowest possible value within the range of 0 volts or more and below the built-in potential of the pn junction, and for forward substrate bias voltage clamping to quickly discharge the semiconductor substrate. The purpose is to increase the channel width of the MOS transistor T.

第4図は1トランジスタ・1キヤパシタ型メモ
リ構造のMOSダイナミツクRAMに、この発明を
実施したものである。第4図において、1は
MOSダイナミツクRAMのチツプである半導体基
板、2はグランド端子のボンデイングパッド、3
は基板バイアス電圧発生回路の出力端子のボンデ
イングパツドで、このボンデイングパツド3を、
半導体基板1がダイボンドされるパツケージのダ
イフレーム(図示しない)と接続して、半導体基
板1に基板電圧を印加する。4は前記半導体基板
1の外周を一周するグランド配線、5は同じく半
導体基板1の外周を一周する基板バイアス電圧発
生回路の出力の配線である。6はメモリセルアレ
イ領域、7はメモリの周辺回路領域、8は順方向
基板バイアス電圧クランプ用MOSトランジスタ
Tを形成する順方向基板バイアス電圧クランプ用
トランジスタ領域である。
FIG. 4 shows the present invention implemented in a MOS dynamic RAM having a one-transistor/one-capacitor type memory structure. In Figure 4, 1 is
Semiconductor substrate which is the chip of MOS dynamic RAM, 2 is the bonding pad of the ground terminal, 3
is the bonding pad of the output terminal of the substrate bias voltage generation circuit, and this bonding pad 3 is
The semiconductor substrate 1 is connected to a die frame (not shown) of a package to which the semiconductor substrate 1 is die-bonded, and a substrate voltage is applied to the semiconductor substrate 1. Reference numeral 4 designates a ground wiring that goes around the outer periphery of the semiconductor substrate 1, and 5 designates an output wiring of the substrate bias voltage generation circuit that goes around the outer periphery of the semiconductor substrate 1 as well. 6 is a memory cell array area, 7 is a memory peripheral circuit area, and 8 is a forward substrate bias voltage clamping transistor area forming a forward substrate bias voltage clamping MOS transistor T.

1トランジスタ・1キヤパシタ型メモリセル
は、通常多層ポリシリコンのプロセスを用いて製
造されるのが一般化している。例えば2層ポリシ
リコンのプロセスを用いる場合、第1ポリシリコ
ンでメモリセルプレートが構成され、第2ポリシ
リコンでメモリセルのトランスフアゲートおよび
周辺回路トランジスタのゲートが構成されるが、
第1ポリシリコンのゲート酸化膜はメモリセルの
蓄積容量を大きくするためにきわめて薄くなつて
いる。したがつて、第1ポリシリコンをゲートに
用いてトランジスタを構成すれば、特別なイオン
注入などをすることなく、順方向基板バイアス電
圧クランプ用MOSトランジスタTのしきい値電
圧VTHの低いトランジスタを得ることができる。
例えば、第1ポリシリコンのゲート酸化膜が160
〜200Å、第2ポリシリコンのゲート酸化膜が350
〜400Åのとき、チヤネル長約2μmの第2ポリシ
リコンゲートトランジスタのしきい値電圧VTH
0.5V程度であれば、チヤネル長約3μmの第1ポ
リシリコンゲートトランジスタのしきい値電圧
VTHは0.1〜0.2V程度になる。また、種々の理由に
より、グランド配線4と基板バイアス電圧発生回
路の出力の配線5は半導体基板1の外周を一周す
るように配線するので、グランド配線4、基板バ
イアス電圧発生回路の出力の配線5で挟まれた第
4図の斜線部の順方向基板バイアス電圧クランプ
用トランジスタ領域8で、ドレインとゲートが基
板バイアス電圧発生回路の出力の配線5に接続さ
れ、ソースがグランド配線4に接続される第1ポ
リシリコンゲートトランジスタを設ければ、きわ
めて低いしきい値電圧VTHと、きわめて大きいチ
ヤネルを持つ順方向基板バイアス電圧クランプ用
MOSトランジスタTを特殊なプロセスを追加す
ることなく、しかもチツプ面積を増大することも
なく構成することが可能である。
A one-transistor/one-capacitor type memory cell is generally manufactured using a multilayer polysilicon process. For example, when using a two-layer polysilicon process, the first polysilicon constitutes the memory cell plate, and the second polysilicon constitutes the transfer gate of the memory cell and the gate of the peripheral circuit transistor.
The first polysilicon gate oxide film is extremely thin to increase the storage capacity of the memory cell. Therefore, if a transistor is constructed using the first polysilicon for the gate, a transistor with a low threshold voltage V TH of the forward substrate bias voltage clamping MOS transistor T can be created without special ion implantation. Obtainable.
For example, if the gate oxide film of the first polysilicon is 160
~200Å, second polysilicon gate oxide is 350Å
~400 Å, the threshold voltage V TH of the second polysilicon gate transistor with a channel length of about 2 μm is
If it is about 0.5V, the threshold voltage of the first polysilicon gate transistor with a channel length of about 3μm
V TH will be about 0.1 to 0.2V. Furthermore, for various reasons, the ground wiring 4 and the output wiring 5 of the substrate bias voltage generation circuit are wired so as to go around the outer periphery of the semiconductor substrate 1. In the forward substrate bias voltage clamping transistor region 8 shown in the shaded area in FIG. The first polysilicon gate transistor provides a forward substrate bias voltage clamp with a very low threshold voltage V TH and a very large channel.
It is possible to configure the MOS transistor T without adding any special process and without increasing the chip area.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明は、MOS型半
導体集積回路の半導体基板上に基板バイアス電圧
発生回路を含み、ドレインとゲートが前記半導体
基板に接続され、ソースがグランドに接続された
順方向基板バイアス電圧クランプ用MOSトラン
ジスタを備えたMOS型半導体集積回路装置であ
るから、基板電圧が正になることを防ぎ、信頼性
の高いMOS型半導体集積回路が得られる利点が
ある。
As explained above, the present invention includes a substrate bias voltage generation circuit on a semiconductor substrate of a MOS type semiconductor integrated circuit, and has a forward substrate bias voltage generation circuit having a drain and a gate connected to the semiconductor substrate, and a source connected to the ground. Since it is a MOS type semiconductor integrated circuit device equipped with a voltage clamping MOS transistor, there is an advantage that the substrate voltage can be prevented from becoming positive and a highly reliable MOS type semiconductor integrated circuit can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の基板バイアス電圧発生回路を内
蔵したMOS型半導体集積回路における基板電圧
と電源電圧の関係を示す図、第2図は、第1図の
半導体集積回路の電源投入時の電源電圧波形と基
板電圧波形を示す図で、第2図aは電源電圧と時
間との関係を表す電圧波形図、第2図bは基板電
圧と時間との関係を表す電圧波形図、第3図はこ
の発明を説明するための等価回路図、第4図はこ
の発明の一実施例を示す構成図である。 図中、1は半導体基板、2はグランド端子のボ
ンデイングパツド、3は基板バイアス電圧発生回
路の出力端子のボンデイングパツド、4はグラン
ド配線、5は基板バイアス電圧発生回路の出力の
配線、6はメモリセルアレイ領域、7はメモリの
周辺回路領域、8は順方向基板バイアス電圧クラ
ンプ用トランジスタ領域、Tは順方向基板バイア
ス電圧クランプ用MOSトランジスタである。な
お、各図中の同一符号は同一または相当部分を示
す。
Figure 1 is a diagram showing the relationship between the substrate voltage and power supply voltage in a MOS type semiconductor integrated circuit with a built-in conventional substrate bias voltage generation circuit, and Figure 2 is a diagram showing the power supply voltage when the semiconductor integrated circuit shown in Figure 1 is powered on. The diagrams show waveforms and substrate voltage waveforms. Figure 2a is a voltage waveform diagram showing the relationship between power supply voltage and time, Figure 2b is a voltage waveform diagram showing the relationship between substrate voltage and time, and Figure 3 is a voltage waveform diagram showing the relationship between substrate voltage and time. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram for explaining the present invention, and is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is the semiconductor substrate, 2 is the bonding pad for the ground terminal, 3 is the bonding pad for the output terminal of the substrate bias voltage generation circuit, 4 is the ground wiring, 5 is the wiring for the output of the substrate bias voltage generation circuit, 6 is a memory cell array area, 7 is a peripheral circuit area of the memory, 8 is a transistor area for clamping forward substrate bias voltage, and T is a MOS transistor for clamping forward substrate bias voltage. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 MOS型半導体集積回路の半導体基板上に基
板バイアス電圧発生回路を含み、ドレインとゲー
トが前記半導体基板に接続され、ソースがグラン
ドに接続された順方向基板バイアス電圧クランプ
用MOSトランジスタを備えたことを特徴とする
MOS型半導体集積回路装置。 2 順方向基板バイアス電圧クランプ用MOSト
ランジスタのしきい値電圧が0ボルト以上で、
pn接合のビルトインポテンシヤル以下であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
MOS型半導体集積回路装置。 3 MOS型半導体集積回路は、多層ポリシリコ
ンプロセスを用いた1トランジスタ・1キヤパシ
タ型メモリセル構造のMOSダイナミツクRAMで
あり、そのメモリセルプレートと、順方向基板バ
イアス電圧クランプ用MOSトランジスタのゲー
トが同じ層のポリシリコンで構成されていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のMOS
型半導体集積回路装置。
[Claims] 1. A forward substrate bias voltage clamping circuit including a substrate bias voltage generation circuit on a semiconductor substrate of a MOS type semiconductor integrated circuit, a drain and a gate connected to the semiconductor substrate, and a source connected to ground. Features a MOS transistor
MOS type semiconductor integrated circuit device. 2 When the threshold voltage of the forward substrate bias voltage clamping MOS transistor is 0 volts or more,
Claim 1, characterized in that the built-in potential of the p-n junction is lower than the built-in potential of the p-n junction.
MOS type semiconductor integrated circuit device. 3 A MOS type semiconductor integrated circuit is a MOS dynamic RAM with a one-transistor/one-capacitor type memory cell structure using a multilayer polysilicon process, and its memory cell plate and the gate of the forward substrate bias voltage clamping MOS transistor are the same. MOS according to claim 1, characterized in that the MOS is composed of a layer of polysilicon.
type semiconductor integrated circuit device.
JP17200284A 1984-08-17 1984-08-17 Mos type semiconductor integrated circuit Granted JPS6149456A (en)

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JPS6149456A JPS6149456A (en) 1986-03-11
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JPS5382252A (en) * 1976-12-27 1978-07-20 Texas Instruments Inc Pumping circuit

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