JPH1118417A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH1118417A
JPH1118417A JP9167198A JP16719897A JPH1118417A JP H1118417 A JPH1118417 A JP H1118417A JP 9167198 A JP9167198 A JP 9167198A JP 16719897 A JP16719897 A JP 16719897A JP H1118417 A JPH1118417 A JP H1118417A
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clock
circuit
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大到達電圧を低下させることなく、チップ
面積を可及的に小さくする。 【解決手段】 各々がクロックCLK1,CLK2に基
づいて駆動されて半導体基板または半導体基板に形成さ
れたウェルをバイアスする第1乃至第nのチャージポン
プ回路21 ,…2n を有し、第i(i=1,…n−1)
のチャージポンプ回路は第i+1のチャージポンプ回路
に比べて電流駆動能力は大きいが最大到達電圧は低くな
るように構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板バイアス用チ
ャージポンプを備えている半導体集積回路装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に半導体基板(または半導体基板に
形成されたウェル)を基板バイアス用チャージポンプ回
路によってバイアスする際に必要となる電流駆動能力
は、基板電流に余裕を加味した値でなくてはならない。
基板電流の主な要因はMOSトランジスタのソース・ド
レイン間を流れる電子が高い電界で加速されて生じる衝
突電離によると考えられている。また、その他に素子内
のPN接合の逆バイアスリーク電流も加わってくる。経
験的には基板電流Isub は、図6および図7に示す実測
結果から分かるように、ソース・ドレイン間電圧VDS
よびドレイン電流との間には次の式(1)、(2)が成
立する。
【0003】
【数1】 基板バイアス用チャージポンプ回路によって基板バイア
スを大きくしていくと、バックゲート効果によってドレ
イン電流が減少する分、基板電流も減少するので、チャ
ージポンプ回路の電流駆動能力としては駆動開始時の基
板バイアスが零Vのときに最も大きな基板電流を駆動で
きることが要求される。
【0004】P型基板またはPウェルをバイアスするの
に用いられるチャージポンプ回路を図8に示す。このチ
ャージポンプ回路は直列に接続された4個のPチャネル
MOSトランジスタM0 、M1 、M2 、M3 と、キャパ
シタC1 、C2 、C3 とを有し、周波数は同じであるが
位相のずれた2個のクロックCLK1、CLK2によっ
て駆動される。
【0005】各トランジスタMi (i=0,1,2,
3)のゲートは自身のドレインに接続されている。トラ
ンジスタM0 のドレインは接地電源GNDに接続され、
トランジスタM3 のソースはP型基板またはPウェルに
接続される。また、トランジスタMi (i=1,2,
3)のゲートにはキャパシタCi の一端が接続されてい
る。
【0006】そしてキャパシタC1 、C3 の他端にはク
ロックCLK1が印加され、キャパシタC2 の他端には
クロックCLK2が印加される。
【0007】次にこのチャージポンプ回路の動作を説明
する。キャパシタC1 、C3 にクロックCLK1として
ポジティブパルスを印加すると、このパルスの立ち上が
りでノードN1 (トランジスタM1 のゲート端およびド
レイン端)およびノードN3(トランジスタM3 のゲー
ト端およびドレイン端)の電位が上昇し、トランジスタ
0 、M2 のゲート・ソース間電圧VGSがしきい値電圧
thを超えてオンする。するとキャパシタC1 、C3
蓄えられていた電荷は、トランジスタM0 、M2 を通っ
て接地電源GNDおよびキャパシタC2 に移動する。こ
の電荷の移動により、やがてノードN1 、N3 の電位が
元に戻り、トランジスタM0 、M2 のゲート・ソース間
電圧VGSがしきい値電圧を下回ってオフする。
【0008】また上記パルスが立ち下がることにより、
ノードN1 、N3 の電位が下がり、トランジスタM1
3 のゲート・ソース間電圧VGSがしきい値電圧Vth
超えてオンする。これによりキャパシタC2 および基板
(またはウェル)に蓄えられていた電荷はトランジスタ
1 、M3 を通ってキャパシタC1 、C3 に移動する。
この電荷の移動により、やがてノードN1 、N3 の電位
が元に戻り、トランジスタM1 、M3 のゲート・ソース
間電圧VGSがしきい値電圧Vthを下回ってオフする。
【0009】次にキャパシタC2 にクロックCLK2と
してポジティブパルスが印加されると、このパルスの立
ち上がりでノードN2 の電位が上昇し、トランジスタM
1 のゲート・ソース間電圧VGSがしきい値電圧Vthを超
えてオンする。するとキャパシタC2 に蓄えられていた
電荷はトランジスタM1 を通ってキャパシタC1 に移動
する。この電荷の移動により、やがてノードN2 の電位
が元に戻り、トランジスタM1 のゲート・ソース間電圧
GSがしきい値電圧Vthを下回ってオフする。以上の動
作を繰り返すことにより、P型基板(またはPウェル)
の電荷はキャパシタC1 、C2 、C3 をバケツリレーの
ように運ばれて接地電源GNDに送り込まれ、P型基板
(またはPウェル)の電位は下がって行く。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このようなチャージポ
ンプの電流駆動能力Ipumpは次の式 Ipump=fCLK ・C・(VCLK −Vth) …(3) で表わされる。ここでfCLK はクロックCLK1、CL
K2の周波数、CはキャパシタC1 、C2 、C3 の容
量、VCLK はクロック振幅、VthはMOSトランジスタ
のしきい値電圧である。
【0011】またこのチャージポンプによって基板バイ
アスVSUB が到達できる最大到達電圧Vpumpは、nをト
ランジスタの直列接続段数とすると次の式 Vpump=(n−1)・VCLK −n・Vth …(4) で表わされる。
【0012】上述のチャージポンプ回路を構成するMO
SトランジスタM0 、M1 、M2 、M3 が形成されてい
る基板は電源電圧VDD(=3.3V)に接続されてお
り、トランジスタM0 のソース電位はOV+Vthである
ので3.3V−Vthのバックゲート電圧が印加された状
態となる。
【0013】また、トランジスタM1 、M2 、M3 のソ
ース電位はチャージポンプ回路の働きで基板(またはウ
ェル)の電位が下がっていくほど、更にバックゲート電
圧がかかり、バックゲート効果のためにしきい値電圧は
大きくなる。
【0014】図9に上述のチャージポンプ回路の出力電
圧に対する電流駆動能力特性のシミュレーション結果を
示す。基板バイアスの最大到達電圧は、式(4)から分
かるように、トランジスタの直列接続段数で決まり、電
流駆動能力は図9のシミュレーション結果から分かるよ
うに出力電圧が最大到達電圧に近づくまでほとんど一定
である。
【0015】したがって、このようなチャージポンプ回
路を有する従来の半導体集積回路装置においては、最大
到達電圧を大きくするためにトランジスタの直列接続段
数を増やす場合、チャージポンプ回路の電流駆動能力と
して要求される駆動開始時の基板バイアスが零Vのとき
の最も大きな基板電流に合わせた大きなキャパシタ
1 、C2 、C3 等を段数分用意しなければならない。
このことは、チップ面積の増大を意味する。
【0016】また今後、電源電圧は低下傾向にあり、こ
れに伴いクロック振幅VCLK も小さくなっていくので、
式(4)に示した到達電圧を変えないためには、トラン
ジスタの直列接続段数nを増やす必要がある。このこと
はキャパシタの個数が増え、素子面積の増大すなわちチ
ップ面積の増大という問題が生じる。
【0017】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、最大到達電圧を低下させることなく、チップ
面積を可及的に小さくすることのできる半導体集積回路
装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体集積
回路装置の第1の態様は、各々がクロックに基づいて駆
動されて半導体基板または半導体基板に形成されたウェ
ルをバイアスする第1乃至第nのチャージポンプ回路を
有し、第i(i=1、…n−1)のチャージポンプ回路
は第i+1のチャージポンプ回路に比べて電流駆動能力
は大きいが最大到達電圧は低くなるように構成されてい
ることを特徴とする。
【0019】また本発明による半導体集積回路装置の第
2の態様は、第1の態様の半導体集積回路において、前
記第i(i=1、…n)のチャージポンプ回路に対し
て、前記半導体基板または前記ウェルの基板バイアスを
検出してこの検出値が前記第iのチャージポンプ回路の
最大到達電圧に達したときに制御信号を出力する基板バ
イアス検出回路と、前記制御信号に基づいて前記第iの
チャージポンプ回路への前記クロックの供給を停止する
ポンプ制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【0020】また本発明による半導体集積回路装置の第
3の態様は、第1または第2の態様の半導体集積回路装
置において、前記第i(i=1、…n)のチャージポン
プ回路は、各々、ゲートとドレインが接続されたPチャ
ネルMOSトランジスタを複数個直列に接続した直列回
路と、ドレインが第1の電源に接続される前記直列回路
の端のMOSトランジスタを除く、前記直列回路の複数
個のMOSトランジスタの各々に対して設けられて各M
OSトランジスタのゲートに一端が接続され、他端に前
記クロックが印加される複数のキャパシタと、を備え、
前記第i(i=2、…n)のチャージポンプ回路のMO
Sトランジスタの直列接続段数は前記第i−1のチャー
ジポンプ回路のMOSトランジスタの直列接続段数より
も多く、かつ前記第iのチャージポンプ回路の各キャパ
シタの容量は前記第i−1のチャージポンプ回路の各キ
ャパシタの容量よりも小さくなるように構成されている
ことを特徴とする。
【0021】また本発明による半導体集積回路装置の第
4の態様は、第1または第2の態様の半導体集積回路装
置において、前記第i(i=1、…n)のチャージポン
プ回路は、各々、ゲートとドレインが接続されたNチャ
ネルMOSトランジスタを複数個直列に接続した直列回
路と、ドレインが第1の電源に接続される前記直列回路
の端のMOSトランジスタを除く、前記直列回路の複数
個のMOSトランジスタの各々に対して設けられて各M
OSトランジスタのゲートに一端が接続され、他端に前
記クロックが印加される複数のキャパシタと、を備え、
前記第i(i=2、…n)のチャージポンプ回路のMO
Sトランジスタの直列接続段数は前記第i−1のチャー
ジポンプ回路のMOSトランジスタの直列接続段数より
も多く、かつ前記第iのチャージポンプ回路の各キャパ
シタの容量は前記第i−1のチャージポンプ回路の各キ
ャパシタの容量よりも小さくなるように構成されている
ことを特徴とする。
【0022】また前記クロックは、周波数は同一である
が位相の異なる2相クロック信号であることを特徴とす
る。
【0023】また前記第iのチャージポンプ回路は4相
クロックパルスによって駆動されるチャージポンプ要素
がi個直列に接続された構成を有していることを特徴と
する。
【0024】また4相クロックパルスは第1乃至第4の
クロックパルスからなり、第2のクロックパルスのON
期間は第1のクロックパルスのON期間に含まれ、第3
のクロックパルスのON期間は第2のクロックパルスの
ON期間に含まれ、第4のクロックパルスのON期間は
第3のクロックパルスのON期間に含まれることを特徴
とする。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明による半導体集積回路装置
の第1の実施の形態の構成を図1に示す。この実施の形
態の半導体集積回路装置は、並列に接続されたn個のチ
ャージポンプ回路21 、…2n を有している。各チャー
ジポンプ回路2i (i=1、…n)は2相クロックCL
K1、CLK2によって駆動されて半導体基板(または
ウェル)から電荷を汲み出し、基板バイアスを変化させ
る。
【0026】また各チャージポンプ回路2i (i=1、
…n−1)は、直列に接続された複数のMOSトランジ
スタを有しており、チャージポンプ回路2i+1 よりも電
流駆動能力は大きいが最大到達電圧は低くなるように構
成されている。
【0027】この第1の実施の形態の半導体集積回路装
置の作用をチャージポンプ回路21、…2n の個数nが
3の場合について、図2を参照して説明する。図2に示
すグラフg1 、g2 、g3 は、チャージポンプ回路
1 、22 、23 の電流駆動能力のシミュレーション結
果を各々示し、グラフg4 は図8に示す従来のチャージ
ポンプ回路の電流駆動能力のシミュレーション結果を示
す。
【0028】この図2から分かるように、基板バイアス
が小さく基板電流が大きい範囲(例えば基板バイアス
0.6V以下)では、チャージポンプ回路21 、22
3 を用いて駆動し、基板バイアスが大きくなっていく
につれて基板電流が少なくなる範囲(例えば基板バイア
スが0.6〜2.2Vの範囲)ではチャージポンプ回路
2 、23 を用いて駆動し、更に基板バイアスが大きい
範囲(例えば2.2V以上)ではチャージポンプ回路2
3 のみを用いて駆動する。
【0029】このような構成の半導体集積回路装置にお
いては、電流駆動能力は大きいが最大到達電圧が低いチ
ャージポンプ回路21 は、大容量のキャパシタが必要と
なるもののMOSトランジスタの直列接続段数が少なく
て良い。また最大到達電圧が高く電流駆動能力の小さな
チャージポンプ回路22 、23 はMOSトランジスタの
直列接続段数は多くなるものの、上記MOSトランジス
タのゲートに接続されるキャパシタの容量は1桁〜2桁
小さくて良い。
【0030】これに対して従来の半導体集積回路装置の
チャージポンプ回路は、同じ最大到達電圧を得るために
(図2のグラフg4 参照)、本実施の形態のチャージポ
ンプ回路21 のMOSトランジスタの直列接続段数を増
やしたものと同一の構成となっており、キャパシタの容
量の総和も本実施の形態に比べて大きくなる。
【0031】したがって本実施の形態の半導体集積回路
装置は最大到達電圧が同じ従来の場合に比べてキャパシ
タンスの容量の総和を小さくすることができ、これによ
りチップ面積を削減することができる。
【0032】次に本発明による半導体集積回路装置の第
2の実施の形態の構成を図3に示す。この実施の形態の
半導体集積回路装置は、図1に示す第1の実施の形態の
半導体集積回路装置において、各チャージポンプ回路2
i (i=1,…n)に対して基板バイアス検出回路7i
と、制御ゲート5i とを設けたものである。
【0033】各基板バイアス検出回路7i (i=1,…
n)は、半導体基板(または半導体基板に形成されたウ
ェル)の基板バイアス(基板電位)を検出し、この検出
値が設定値を超えた場合にチャージポンプ回路2i の駆
動を停止させる制御信号(例えば「L」レベルの制御信
号)を出力する。
【0034】なお、各基板バイアス検出回路7i (i=
1,…n)の設定値は、対応するチャージポンプ回路2
i の最大到達電圧に設定されている。
【0035】各制御ゲート5i (i=1,…n)は通常
時は、受信したクロックCLK1、CLK2を、対応す
るチャージポンプ回路2i に送出し、対応する基板バイ
アス検出回路7i がチャージポンプ回路2i の駆動を停
止させる上記制御信号を出力した場合には上記クロック
CLK1、CLK2をチャージポンプ回路2i に送出し
ないように構成されている。
【0036】したがって、この第2の実施の形態の半導
体集積回路装置においては、各々の最大到達電圧に達し
たチャージポンプ回路が駆動が停止されるため、到達電
圧に達し、電流駆動能力の無くなったチャージポンプを
動作させている第1の実施の形態に比べて消費電力を削
減することができる。
【0037】なお、この第2の実施の形態も第1の実施
の形態と同様に従来の場合に比べてチップ面積を削減す
ることができる。
【0038】次に本発明による半導体集積回路装置の第
3の実施の形態の構成を図4に示す。この実施の形態の
半導体集積回路装置は、チャージポンプ回路101 ,1
2,103 を備えている。各チャージポンプ回路10
i (i=1,…3)はP型基板またはPウェルをバイア
スするのに用いられる。
【0039】チャージポンプ回路101 は直列に接続さ
れた2個のPチャネルMOSトランジスタMP10、MP
11と、キャパシタC11とを備えている。各トランジスタ
MP1i(i=0,1)はゲートとドレインが接続されて
いる。トランジスタMP10のドレインは接地電源GND
に接続され、トランジスタM11のソースはP型基板(ま
たはPウェル)に接続される。またトランジスタM11
ゲートにはキャパシタC11の一端が接続され、このキャ
パシタの他端にはクロックCLK1が印加される。
【0040】チャージポンプ回路102 は、直列に接続
された3個のPチャネルMOSトランジスタMP20,M
21,MP22と、キャパシタC21,C22とを有してい
る。各トランジスタMP2i(i=0,1,2)はゲート
とドレインが接続されている。トランジスタMP20のド
レインは接地電源GNDに接続され、トランジスタM22
のソースはP型基板(またはPウェル)に接続されてい
る。また各トランジスタMP2i(i=1,2)のゲート
にはキャパシタC2iの一端が接続されている。キャパシ
タC21の他端にはクロックCK1が印加され、キャパシ
タC22の他端にはクロックCLK1とは位相が異なるク
ロックCK2が印加される。
【0041】またチャージポンプ回路103 は、直列に
接続された4個のPチャネルMOSトランジスタM
30,MP31,MP32,MP33と、キャパシタC31,C
32,C33とを有している。各トランジスタMP3i(i=
0,…3)はゲートとドレインが接続されている。トラ
ンジスタMP30のドレインは接地電源GNDに接続さ
れ、トランジスタMP33のソースはP型基板(またはP
ウェル)に接続されている。また各トランジスタMP3i
(i=1,…3)のゲートにはキャパシタC3iの一端が
接続されている。そしてキャパシタC31,C33の他端に
はクロックCLK1が印加され、キャパシタC32の他端
にはクロックCLK2が印加される。
【0042】この実施の形態においては、キャパシタC
21とキャパシタC22の容量は同じであるが、キャパシタ
11の容量よりも小さくなるように構成されている。ま
た、各キャパシタC3i(i=1,…3)の容量は同一で
あるがキャパシタC21の容量よりも小さくなるように構
成されている。
【0043】なお、トランジスタMP10とトランジスタ
MP11のサイズは同一である。また各トランジスタMP
2i(i=0,1,2)のサイズは同一であるが、トラン
ジスタMP10のサイズよりも小さくなるように構成され
る。また各トランジスタMP3i(i=0,1,2,3)
のサイズは同一であるが、トランジスタMP20のサイズ
よりも小さくなるように構成されている。
【0044】このように構成された本実施の形態の半導
体集積回路装置においては、チャージポンプ回路101
の電流駆動能力はチャージポンプ回路102 よりも大き
いが、最大到達電圧は小さい。またチャージポンプ回路
102 の電流駆動能力はチャージポンプ回路103 より
も大きいが、最大到達電圧は小さい。
【0045】これによりこの第3の実施の形態の半導体
集積回路装置は第1の実施の形態の半導体集積回路装置
において、チャージポンプ回路の個数nを3としたもの
と同じ構成となり、第1の実施の形態と同様の効果を奏
することになる。
【0046】次に本発明による半導体集積回路装置の第
4の実施の形態の構成を図5に示す。この実施の形態の
半導体集積回路装置は、図4に示す第3の実施の形態の
半導体集積回路装置において、各チャージポンプ回路1
i (i=1,2,3)をチャージポンプ回路12i
置換えたものである。
【0047】チャージポンプ回路121 はチャージポン
プ回路101 においてPチャネルMOSトランジスタM
10,MP11をNチャネルMOSトランジスタMN10
MN11に各々置換えた構成となっている。またチャージ
ポンプ回路122 はチャージポンプ回路102 において
PチャネルMOSトランジスタMP20,MP21,MP22
をNチャネルMOSトランジスタMN20,MN21,MN
22に各々置換えた構成となっている。同様にチャージポ
ンプ回路123 はチャージポンプ回路103 において、
PチャネルMOSトランジスタMP30,MP31,M
32,MP33をNチャネルMOSトランジスタMN30
MN31,MN32,MN33に各々置換えた構成となってい
る。
【0048】なお、この実施の形態においては、トラン
ジスタMN10,MN20,MN30のドレインは駆動電源V
DDに接続され、トランジスタMN11,MN22,MN33
ソースはN型基板(またはNウェル)に接続される。
【0049】この第4の実施の形態の半導体集積回路装
置も第3の実施の形態と同様の効果を奏することは云う
までもない。
【0050】なお、第2の実施の形態のチャージポンプ
回路に第3または第4の実施の形態のチャージポンプ回
路を用いても良いことは云うまでもない。
【0051】以上説明した第1乃至第4の実施の形態に
おいては、チャージポンプ回路は2相クロックCLK
1、CLK2によって駆動されていたが、4相クロック
によって駆動されるチャージポンプ回路を用いても良
い。以下この4相クロックによって駆動されるチャージ
ポンプ回路を有する半導体集積回路装置について説明す
る。
【0052】本発明による半導体集積回路装置の第5の
実施の形態の構成を図10に示す。この実施の形態の半
導体集積回路装置は、並列に接続されたn個のチャージ
ポンプ回路201 、…2n を有している。各チャージポ
ンプ回路20i (i=1、…n)は4相クロックCLK
1、CLK2、CLK3、CLK4によって駆動されて
半導体基板またはウェルから電荷を汲み出し、基板バイ
アスを変化させる。
【0053】チャージポンプ回路20i (i=1、…
n)は、同一のチャージポンプ要素がi個直列に接続さ
れた構成を有している。
【0054】チャージポンプ回路20i (i=1、…
n)がP型基板またはPウェルに用いられる場合には、
上記チャージポンプ要素は例えば図11に示すように、
10個のPチャネルMOSトランジスタMP10,M
11,MP12,MP13,MP14,MP20,MP21,MP
22,MP23,MP24と、4個のキャパシタC10,C11
20,C21とから構成される。
【0055】トランジスタMP10とトランジスタMP11
は直列に接続され、トランジスタMP20とトランジスタ
MP21は直列に接続されている。トランジスタMP10
ドレインとトランジスタMP20のドレインとは共通に接
続されて接地電源GND側に接続される。またトランジ
スタMP10のゲートはトランジスタMP20のソースN20
に接続され、トランジスタMP20のゲートはトランジス
タMP10のソースN10に接続されている。
【0056】また、トランジスタMP10のソースN10
トランジスタMP11のゲートN11との間にはトランジス
タMP12,MP13,MP14が並列に接続されている。な
おトランジスタMP12のゲートはトランジスタMP10
ソースN10に接続され、トランジスタMP13のゲートは
トランジスタMP11のゲートN11に接続され、トランジ
スタMP14のゲートはトランジスタMP11のソースに接
続されている。同様にトランジスタMP20のソースN20
とトランジスタMP21のゲートN21との間にはトランジ
スタMP22,MP23,MP24が並列に接続されている。
そしてトランジスタMP22のゲートはトランジスタMP
20のソースN20に接続され、トランジスタMP23のゲー
トはトランジスタMP21のゲートN21に接続され、トラ
ンジスタMP24のゲートはトランジスタMP21のソース
に接続される。
【0057】なお、トランジスタMP11のソースとトラ
ンジスタMP21のソースは共通に接続されてP型基板ま
たはPウェル側に接続される。
【0058】一方キャパシタC10は一端がトランジスタ
MP10のソースN10に接続され、他端にクロック信号C
LK2が印加される。キャパシタC11は一端がトランジ
スタMP11のゲートN11に接続され、他端にクロック信
号CLK1が印加される。
【0059】またキャパシタC20は一端がトランジスタ
MP20のソースN20に接続され、他端にクロック信号C
LK3が印加される。キャパシタC21は一端がトランジ
スタMP21のゲートN21に接続され、他端にクロック信
号CLK4が印加される。
【0060】なお、図12に示すようにクロック信号C
LK1、CLK2はポジティブパルスであり、クロック
信号CLK3、CLK4はネガティブパルスである。そ
してクロック信号CLK2のON期間(「H」レベルの
期間)はクロック信号CLK1のON期間に含まれてい
る。またクロック信号CLK3のON期間(「L」レベ
ルの期間)はクロックCLK2のON期間に含まれてい
る。そしてクロック信号CLK4のON期間はクロック
信号CLK3のON期間に含まれている。
【0061】次に図11に示すチャージポンプ要素の動
作を説明する。クロック信号CLK1が立ち上がると、
キャパシタC11の容量結合によってトランジスタMP11
のゲートN11の電位が上昇し、トランジスタMP11のゲ
ート・ソース間電圧VGSが減少する。このためトランジ
スタMP11はOFFする。
【0062】このときクロック信号CLK2が立ち上が
ると、キャパシタC10の容量結合によってトランジスタ
MP10のソースN10の電位が上昇し、トランジスタMP
10のゲート・ソース間電圧VGSが増大する。このためト
ランジスタMP10はONし、キャパシタC10に蓄えられ
ていた電荷は接地電源GNDに放出され始める。
【0063】このときクロック信号CLK3が立ち下が
ると、キャパシタC20の容量結合によってトランジスタ
MP20のソースN20すなわちトランジスタMP10のゲー
トの電位が低下する。このためトランジスタMP10はゲ
ート・ソース間電圧VGSが増大して強いON状態とな
り、キャパシタC10に蓄えられていた電荷が完全に接地
電源GNDに放出されてノードN10の電位は接地電位に
等しくなる。
【0064】このような状態でクロック信号CLK3が
立ち上がると、キャパシタC20の容量結合によってノー
ドN20の電位は上昇し、トランジスタMP11はVGSが減
少してOFFする。
【0065】このような状態で更にクロック信号CLK
2が立ち下がると、キャパシタC10の容量結合によって
トランジスタMP11のドレインに接続されたノードN10
の電位が低下する。
【0066】このような状態で更にクロック信号CLK
1が立ち下がると、キャパシタC11の容量結合によって
トランジスタMP11のゲート電位が低下する。このため
トランジスタMP11のゲート・ソース間電圧VGSが増大
して強いON状態となり、トランジスタMP11のソース
とドレインの電位が釣り合うまで、P型基板またはPウ
ェルの電荷をキャパシタC10に移動させる。
【0067】以上の動作を繰り返すことによりP基板ま
たはPウェルの電荷を接地電源GNDに順次送り出す。
これまでの説明した動作はチャージポンプ要素の上半分
(トランジスタMP10,MP11等)の動作であったが下
半分の動作(トランジスタMP20,MP21等)の動作に
ついても同様である。この場合、動作に関連するクロッ
ク信号はクロック信号CLK2、CLK3、CLK4と
なる。
【0068】このような図11に示す4相駆動のチャー
ジポンプ要素は、トランジスタMP10,MP10,M
20,MP20が強いON状態となるため2相駆動チャー
ジポンプに比べて、キャパシタの1回の充放電での電荷
の移動量が多く、効率が良い。
【0069】再び図10に戻り、第5の実施の形態につ
いて説明する。この第5の実施の形態においては、チャ
ージポンプ回路20i (i=1、…n)は、P型基板ま
たはPウェルに用いられる場合には例えば図11に示す
チャージポンプ要素をi個直列に接続したものとなる。
この場合、チャージポンプ回路20においては第k
(1≦k≦i−1)段目のチャージポンプ要素のP型基
板またはPウェル側に接続される端子は第k+1段目の
チャージポンプ要素の接地電源側の端子に接続される構
成となり、第1段目のチャージポンプ要素の接地電源側
の端子は接地電源に接続され、第i段目のチャージポン
プ要素のP型基板またはPウェル側の端子はP型基板ま
たはPウェルに接続される。
【0070】このときまたチャージポンプ回路2i (i
=1、…n)の各キャパシタ容量はチャージポンプ回路
i-1 の対応するキャパシタの容量に比べて小さくなる
ように構成されている。
【0071】これにより、この第5の実施の形態の半導
体集積回路装置によれば、最大到達電圧を低下させるこ
となく、チップ面積を可及的に小さくすることができ
る。
【0072】なお、第5の実施の形態においては、P型
基板またはPウェルに用いられるチャージポンプ要素に
ついて説明したが、N型基板またはNウェルに用いる場
合には、図13に示すチャージポンプ要素が用いられ
る。この図13に示すチャージポンプ要素は、図11に
示すチャージポンプ要素において、PチャネルMOSト
ランジスタをすべてNチャネルMOSトランジスタに置
換えるとともに接地電源GNDを電源VDDに置換え、P
型基板またはPウェルをN型基板またはNウェルに置換
えた構成となっている。そして、この図13に示すチャ
ージポンプ要素に印加されるクロック信号は図14に示
すようにクロック信号CLK1、CLK2はネガティブ
パルス、クロック信号CLK3、CLK4はポジティブ
パルスとなっており、各々のON期間は図12に示す場
合と同様に、クロック信号CLK2のON期間(「L」
レベルの期間)はクロック信号CLK1のON期間に含
まれ、クロック信号CLK3のON期間(「H」レベル
の期間)はクロック信号CLK2のON期間に含まれ、
クロック信号CLK4のON期間はクロック信号CLK
3のON期間に含まれる構成となっている。
【0073】次に本発明による半導体集積回路装置の第
6の実施の構成を図15に示す。この第6の実施の形態
の半導体集積回路装置は、図3に示す第2の実施の形態
の半導体集積回路装置において、2相駆動のチャージポ
ンプ回路2i (i=1、…n)を4相駆動のチャージポ
ンプ回路20に置換えたものである。なおこのとき制
御ゲート5i (i=1、…n)には4相のクロックパル
スCLK1、CLK2、CLK3、CLK4が入力され
ることになる。
【0074】またチャージポンプ回路20i (i=1、
…n)は、第5の実施の形態と同様にi個のチャージポ
ンプ要素が直列に接続された構成を有している。そして
チャージポンプ回路20i (i=1、…n)の各キャパ
シタの容量は、チャージポンプ回路20i-1 の対応する
キャパシタの容量よりも小さくなるように設定されてい
る。
【0075】この第6の実施の形態も最大到達電圧を低
下させることなく、チップ面積を可及的に小さくするこ
とができる。
【0076】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、最
大到達電圧を低下させることなく、チップ面積を可及的
に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
【図2】第1の実施の形態の作用を説明するグラフ。
【図3】本発明の第2の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図。
【図4】本発明の第3の実施の形態の構成を示す回路
図。
【図5】本発明の第4の実施の形態の構成を示す回路
図。
【図6】MOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧
と基板電流との関係を示すグラフ。
【図7】基板バイアスとドレイン電流および基板電流と
の関係を示すグラフ。
【図8】従来のチャージポンプ回路の構成を示す回路
図。
【図9】従来のチャージポンフ回路の特性を示すグラ
フ。
【図10】本発明の第5の実施の形態の構成を示すブロ
ック図。
【図11】本発明に用いられるチャージポンプ要素の第
1の具体例の構成を示す回路図。
【図12】図11に示すチャージポンプ要素を駆動する
クロック信号の波形図。
【図13】チャージポンプ要素の第2の具体例の構成を
示す回路図。
【図14】図13に示すチャージポンプ要素を駆動する
クロック信号の波形図。
【図15】本発明の第6の実施の形態の構成を示すブロ
ック図。
【符号の説明】
i (i=1,…n) チャージポンプ回路 5i (i=1,…n) 制御ゲート 7i (i=1,…n) 基板バイアス検出回路 10i (i=1,…n) チャージポンプ回路 12(i=1,…n) チャージポンプ回路 20i (i=1,…n) チャージポンプ回路 CLK1,CLK2 クロック信号 CLK3,CLK4 クロック信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // H03L 7/093

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各々がクロックに基づいて駆動されて半導
    体基板または半導体基板に形成されたウェルをバイアス
    する第1乃至第nのチャージポンプ回路を有し、第i
    (i=1、…n−1)のチャージポンプ回路は第i+1
    のチャージポンプ回路に比べて電流駆動能力は大きいが
    最大到達電圧は低くなるように構成されていることを特
    徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】前記第i(i=1、…n)のチャージポン
    プ回路に対して、 前記半導体基板または前記ウェルの基板バイアスを検出
    してこの検出値が前記第iのチャージポンプ回路の最大
    到達電圧に達したときに制御信号を出力する基板バイア
    ス検出回路と、 前記制御信号に基づいて前記第iのチャージポンプ回路
    への前記クロックの供給を停止するポンプ制御手段と、 を設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回
    路装置。
  3. 【請求項3】前記第i(i=1、…n)のチャージポン
    プ回路は、 各々、ゲートとドレインが接続されたPチャネルMOS
    トランジスタを複数個直列に接続した直列回路と、 ドレインが第1の電源に接続される前記直列回路の端の
    MOSトランジスタを除く、前記直列回路の複数個のM
    OSトランジスタの各々に対して設けられて各MOSト
    ランジスタのゲートに一端が接続され、他端に前記クロ
    ックが印加される複数のキャパシタと、 を備え、 前記第i(i=2、…n)のチャージポンプ回路のMO
    Sトランジスタの直列接続段数は前記第i−1のチャー
    ジポンプ回路のMOSトランジスタの直列接続段数より
    も多く、かつ前記第iのチャージポンプ回路の各キャパ
    シタの容量は前記第i−1のチャージポンプ回路の各キ
    ャパシタの容量よりも小さくなるように構成されている
    ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体集積回
    路装置。
  4. 【請求項4】前記第i(i=1、…n)のチャージポン
    プ回路は、 各々、ゲートとドレインが接続されたNチャネルMOS
    トランジスタを複数個直列に接続した直列回路と、 ドレインが第1の電源に接続される前記直列回路の端の
    MOSトランジスタを除く、前記直列回路の複数個のM
    OSトランジスタの各々に対して設けられて各MOSト
    ランジスタのゲートに一端が接続され、他端に前記クロ
    ックが印加される複数のキャパシタと、 を備え、 前記第i(i=2、…n)のチャージポンプ回路のMO
    Sトランジスタの直列接続段数は前記第i−1のチャー
    ジポンプ回路のMOSトランジスタの直列接続段数より
    も多く、かつ前記第iのチャージポンプ回路の各キャパ
    シタの容量は前記第i−1のチャージポンプ回路の各キ
    ャパシタの容量よりも小さくなるように構成されている
    ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体集積回
    路装置。
  5. 【請求項5】前記クロックは、周波数は同一であるが位
    相の異なる2相クロック信号であることを特徴とする請
    求項1乃至4のいずれかに記載の半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】前記第iのチャージポンプ回路は、4相ク
    ロックパルスによって駆動されるチャージポンプ要素が
    i個直列に接続された構成を有していることを特徴とす
    る請求項1または2記載の半導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】4相クロックパルスは第1乃至第4のクロ
    ックパルスからなり、第2のクロックパルスのON期間
    は第1のクロックパルスのON期間に含まれ、第3のク
    ロックパルスのON期間は第2のクロックパルスのON
    期間に含まれ、第4のクロックパルスのON期間は第3
    のクロックパルスのON期間に含まれることを特徴とす
    る請求項6記載の半導体集積回路装置。
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