JPS59112640A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPS59112640A
JPS59112640A JP22245282A JP22245282A JPS59112640A JP S59112640 A JPS59112640 A JP S59112640A JP 22245282 A JP22245282 A JP 22245282A JP 22245282 A JP22245282 A JP 22245282A JP S59112640 A JPS59112640 A JP S59112640A
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power supply
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semiconductor integrated
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Yukimasa Uchida
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/462Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
    • G05F1/465Internal voltage generators for integrated circuits, e.g. step down generators
    • 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 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
    • H01L27/0218Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of field effect structures

Abstract

PURPOSE:To operate an IC in the prescribed performance by the external voltage in a wide range by generating a low constant voltage lower than an internal power source line to detect the output in the prescribed threshold value, and applying the detected output to the control terminal of a transistor to lower the power source voltage. CONSTITUTION:An enhancement type P-channel FET101 is employed for a step- down circuit 32, the source is connected to an external power source terminal 10(VCC), the drain is connected to an internal power source line 40(VINT), and the gate is connected to a control terminal. If VINT<VTH+DELTAV, where the threshold voltage of a voltage detector 34 is represented by VTH and the constant voltage drop of a constant-voltage circuit 33 is represented by DELTAV, the detector 34 in which C-MOS inverters 303, 304 are connected in cascade becomes a low level VSS, the conductivity of the FET101 increases to cause the VINT to rise. If VINT>VTH+V, the detector 34 becomes a high level VCC, the conductivity of the FET decreases, the VINT drops, and VINT=VTH+DELTAV is set. Even if the externally supplied voltage varies in a wide range, the VINT can be maintained at the prescribed value by selecting the VTH, DELTAV, and an IC which includes ultrafine channel length can be stably operated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はMIS)ランジスタたとえばMOS トラン
ジスタによって構成された半導体集積回路に関し、特に
実効チャネル長が1μm以下のMO8トランジスタを含
む半導体集積回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit constituted by MIS transistors, such as MOS transistors, and particularly to a semiconductor integrated circuit including an MO8 transistor with an effective channel length of 1 μm or less.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

MQS トランジスタを含む半導体集積回路の発展には
めざ丑しいものがあり、1960年2代の後半では実効
チャネル長が約10μmのMOSトランジスタによる集
積度が数十ないし数百素子のものが実現されている。さ
らに微細加工化、高集積化が進み、近年では実効チャネ
ル長が1.5μm程度で素子数も数十万素予めVLSI
へと発展を続け、将来は実効チャネル長が1μm以下の
ザブミクロンMOSトランジスタによるサブミクロン半
導体集積回路の出現が予想される。
There has been a remarkable development in semiconductor integrated circuits including MQS transistors, and in the latter half of the 1960s, MOS transistors with an effective channel length of about 10 μm and an integration density of tens to hundreds of elements were realized. There is. Further, microfabrication and high integration have progressed, and in recent years, the effective channel length is about 1.5 μm and the number of elements is several hundred thousand elements.
In the future, submicron semiconductor integrated circuits using Zabumicron MOS transistors with an effective channel length of 1 μm or less are expected to appear.

ところで、従来のMOS形の半導体集積回路では、外部
供給電源で直接に内部機能回路を動作させていて、供給
電源電圧も内部機能回路を構成するMOS )ランジス
タの実効チャネル長の縮小とともに低減されてきている
。たとえば、現在の15μmの実効チャネル長のもので
は、5■単一電源下で動作させている。
By the way, in conventional MOS type semiconductor integrated circuits, internal functional circuits are operated directly by external power supply, and the supply voltage has been reduced as the effective channel length of the MOS transistors that make up the internal functional circuits has been reduced. ing. For example, the current device with an effective channel length of 15 μm is operated under a 5μ single power supply.

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

MOS トランジスタの実効チャネル長の縮小に伴い、
電源電圧を一定にした場合の条件下では素子内の電界は
上昇しており、この電界の上昇によって次のような不都
合が発生する。
As the effective channel length of MOS transistors decreases,
Under conditions where the power supply voltage is kept constant, the electric field within the element increases, and this increase in electric field causes the following problems.

■ インパクトイオン化によるホットエレクトロンやホ
ットホールの発生 ■ 基板電流の増大 ■ ・ヤンチスルー耐量の低下 ■ ソース、ドレイン各接合におけるブレークダウンの
発生 ■ ホットキャリアのケ゛−ト絶縁膜へのトラップによ
るMOSトランジスタの閾値電圧の経時変化 このような不都合の発生により、外部供給電源の電圧範
囲には厳しい制限が与えられるという欠点がある。
■ Generation of hot electrons and hot holes due to impact ionization ■ Increase in substrate current ■ - Decreased yanch-through resistance ■ Occurrence of breakdown at source and drain junctions ■ MOS transistor threshold due to trapping of hot carriers in the gate insulating film Change in voltage over time Due to the occurrence of such disadvantages, there is a disadvantage in that the voltage range of the externally supplied power source is severely limited.

さらに将来のサブミクロン半導体集積回路では、電源電
圧を現在までの標準電源である5■単一電源よりも低い
ものにする必要が出てくると思われる。これは前記した
ようなの、から■の不都合の発生を防止するためである
が、この中でも特にホットキャリアのダート絶縁膜中へ
のl・ラップによるMOS )ランジスタの閾値・電圧
の経時変化は、サブミクロン半導体集積回路の速度性能
の著しい劣化や、不良動作の発生を引き起こす原因とな
る。
Furthermore, in future submicron semiconductor integrated circuits, it will be necessary to use a power supply voltage lower than the current standard power supply, which is a 5-inch single power supply. This is to prevent the occurrence of the above-mentioned problems from (1) to (2).Among these, in particular, changes over time in the threshold voltage and voltage of MOS transistors due to hot carriers being trapped in the dirt insulating film are This can cause a significant deterioration in the speed performance of micron semiconductor integrated circuits and cause malfunctions.

第1図は一般的なエンハンスメント形MO8トランジス
タの構成を示す断面図である。図において1はたとえば
導電型がp型のシリコン基板であり、この基板lの内表
面にはn型の一対のソース領域2及びドレイン領域3が
形成されている。さらに上記ソース、ドレイン領域間の
チャネル上にはケ8−ト絶縁膜4を介して多結晶シリコ
ンからなるケ゛−ト電極5が形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a general enhancement type MO8 transistor. In the figure, reference numeral 1 denotes, for example, a silicon substrate of p-type conductivity, and a pair of n-type source regions 2 and drain regions 3 are formed on the inner surface of this substrate 1. Furthermore, a gate electrode 5 made of polycrystalline silicon is formed on the channel between the source and drain regions with a gate insulating film 4 interposed therebetween.

第2図は上記構成でなるMOS トランジスタのエネル
ギーバンド状態を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the energy band state of the MOS transistor having the above configuration.

いま第2図に示すように、シリコン基板1とケ゛−ト絶
縁膜4の表面との間=に形成される、エレクトロンに対
するポテンションバリヤφ。は約3.1eV有シ、また
ホールに対するポテンションバリヤφhは約3.8eV
有る。ここで、素子が微細化され、第1図中Leffで
示されるMOS )ランジスタの実効チャネル長が1μ
m以下に短縮された状態において電源電圧が5vに設定
されているならば、インノ(’クトイオン化によって発
生したホットエレクトロンやホットホールがそれぞれ上
記ポテンションバリヤφ。、φhを越えてダート絶縁膜
4中に放出される確率は高くなる。
As shown in FIG. 2, a potential barrier φ for electrons is formed between the silicon substrate 1 and the surface of the gate insulating film 4. is approximately 3.1 eV, and the potential barrier φh for the hole is approximately 3.8 eV.
Yes. Here, the element is miniaturized, and the effective channel length of the MOS transistor (shown by Leff in Fig. 1) is 1μ.
If the power supply voltage is set to 5V in a state where the power supply voltage is shortened to less than m, hot electrons and hot holes generated by inno(') ionization will cross the potential barriers φ and φh, respectively, and cause dirt insulating film 4. There is a high probability that it will be released inside.

するとエレクトロンあるいはホールがトラップされて、
閾値電圧の経時変化が大きなものになってしまう。他方
、システム応用上からは、システムを構成する各集積回
路の電源が共通化されることが小型化、低コスト化の面
から好ましく、−またTTLコンパチビリティ等も考慮
した場合、サブミクロン半導体集積回路も現在の標準化
電源である5v電源下で動作するのが好ましい。しかし
ながら、従来のように外部供給電源で直接に内部機能回
路を動作させる方式の半導体集積回路では、5v電源下
で動作させることは上記したように特性の劣化を招き、
不良の発生を引き起すという欠点がある。
Then electrons or holes are trapped,
The change in threshold voltage over time becomes large. On the other hand, from a system application point of view, it is preferable to use a common power source for each integrated circuit that makes up the system in order to reduce size and cost. Preferably, the circuit also operates under a 5V power supply, which is the current standardized power supply. However, in conventional semiconductor integrated circuits in which internal functional circuits are operated directly by external power supply, operating under a 5V power supply causes deterioration of characteristics as described above.
This has the disadvantage of causing defects.

また、従来方式の半導体集積回路では、その性能たとえ
ば動作速度、消費電流等が外7部供給電圧に対し大きく
依存して変化してし−まう。このため、集積回路の設計
上の困91任度が増したり、システム応用上使いにくく
なる欠点がある。
Furthermore, in conventional semiconductor integrated circuits, their performance, such as operating speed, current consumption, etc., vary greatly depending on the external supply voltage. For this reason, there are drawbacks such as increasing the difficulty in designing the integrated circuit and making it difficult to use in system applications.

またさらに、従来方式の半導体集積回路では、応用上精
度のよい電源の下で動作させなければ方ら々い。すなわ
ち、精度の低い電源を用いる場合、過大′亀圧が印加さ
れると劣化したりして信頼性上の問題を引き起し、また
電源スパイクや電源ノイズによる劣化や誤動作を伴う。
Furthermore, conventional semiconductor integrated circuits must be operated under a highly accurate power source for practical purposes. That is, when using a power supply with low precision, application of an excessively high voltage may cause deterioration, causing reliability problems, and deterioration and malfunction due to power supply spikes and power supply noise.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その第1の目的は、広い範囲の外部供給電源電圧
の下で劣化なく、高い信頼性で動作する半導体集積回路
を提供することにある0 この発明の第2の目的は、広い範囲の外部供給電源電圧
に対して、一定した性能で動作する半導体集積回路を提
供することにある。
This invention was made in consideration of the above circumstances, and its first purpose is to provide a semiconductor integrated circuit that operates with high reliability without deterioration under a wide range of externally supplied power supply voltages. A second object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that operates with constant performance over a wide range of externally supplied power supply voltages.

この発明の第3の目的は、電源ス・々イクによる劣化の
ない半導体集積回路を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that does not deteriorate due to power supply cycles.

この発明の第4の目的は、電源ノイズや変動に対して安
定に動作する半導体集積回路を提供することにある。
A fourth object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that operates stably against power supply noise and fluctuations.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するためこの発明にあっては、電源端子
に供給される電圧を降圧して内部電源線に供給するトラ
ンジスタ素子、内部電源線における電圧よυ−一定電圧
け低い電圧を発生する定電圧回路、この定電圧回路の出
力電圧を所定の閾値電圧で検出し、その検出出力を上記
トランジスタ素子の制御端子に供給する電圧検出回路で
、上記電源端子に供給される電圧より降圧された定電圧
を得る内部電源回路を構成し、この内部電源回路で得ら
れろ定電圧の下で、MOS )ランジスタより構成され
る内部機能回路を動作させるようにしている。
In order to achieve the above object, the present invention includes a transistor element that steps down the voltage supplied to the power supply terminal and supplies it to the internal power supply line, and a constant voltage regulator that generates a voltage lower than the voltage on the internal power supply line by a constant voltage of υ-. Voltage circuit, a voltage detection circuit that detects the output voltage of this constant voltage circuit at a predetermined threshold voltage and supplies the detected output to the control terminal of the transistor element, which detects the output voltage of this constant voltage circuit at a predetermined threshold voltage. An internal power supply circuit for obtaining voltage is constructed, and an internal functional circuit composed of MOS transistors is operated under a constant voltage obtained by this internal power supply circuit.

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

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図はこの発明に係る半導体・集積回路の構成を示すブ
ロック図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a semiconductor/integrated circuit according to the present invention.

図において10は外部から電源電圧VCCが供給される
電源端子、20は接地電位VSSが外部から与えられる
接地端子、しは上記端子1θに供給される電圧を降圧し
て一定電圧VINTを得る内部電源回路、40はこの内
部電源回路すで得られる電圧VENTが供給される内部
電源線、LAはこの内部電源線40における電圧を電源
電圧として用いて動作する、MOSトランジスタによっ
て構成されたたとえばダイナミックRAM。
In the figure, 10 is a power supply terminal to which power supply voltage VCC is supplied from the outside, 20 is a ground terminal to which ground potential VSS is supplied from the outside, and 20 is an internal power supply that steps down the voltage supplied to the terminal 1θ to obtain a constant voltage VINT. 40 is an internal power supply line to which the voltage VENT obtained by the internal power supply circuit is supplied, and LA is a dynamic RAM, for example, constituted by MOS transistors, which operates using the voltage on this internal power supply line 40 as a power supply voltage.

スタテイ、りR,AM 、 ROM 、 EPROM 
、 E2FROM等のメモリあるいはマイクロプロセッ
サ、マイクロコンピユータ等の論理回路からなる内部機
能回路、60はこの内部機能回路ゾに入力信号を供給す
るために設けられた入力端子、70は内部機能回路上か
らの信号を外部に出力するために設けられた出力端子で
ある。
Status, R, AM, ROM, EPROM
, an internal functional circuit consisting of a memory such as E2FROM or a logic circuit such as a microprocessor or microcomputer, 60 is an input terminal provided for supplying input signals to this internal functional circuit, and 70 is an input terminal provided for supplying input signals from the internal functional circuit. This is an output terminal provided for outputting a signal to the outside.

上記内部電源回路長は、制御端子3ノを有する降圧回路
封と、この降圧回路Eの出力電圧から一定電圧だけ降下
して、降圧回路出力電圧よりも低い電圧を発生する定電
圧回路しと、所定の閾値電圧でこの定電圧回路犯の出力
電圧を検出し、この検出出力が上記降圧回路32の制御
端子31に供給される電圧検出回路1ノとから構成され
ている。
The internal power supply circuit length includes a step-down circuit having a control terminal 3 and a constant voltage circuit that drops a constant voltage from the output voltage of the step-down circuit E to generate a voltage lower than the step-down circuit output voltage. The voltage detection circuit 1 detects the output voltage of the constant voltage circuit at a predetermined threshold voltage and supplies the detected output to the control terminal 31 of the step-down circuit 32.

上記構成でなる半導体集積回路では、電源端子10に供
給される電圧VCCから内部電源回路すでこの電圧VC
Cよりも低い一定へ圧VjNTを内部機能回路すの電源
電圧として使用するようにしたものである。また、内部
電源回路とでは次のようにして電圧vCcから電圧VI
NTを得ている。すなわち、降圧回路二ではその制御端
子31に供給される電圧検出回路!ユからの出力に応じ
て電圧VCCを降圧し電圧VINTを得る。
In the semiconductor integrated circuit having the above configuration, the internal power supply circuit is connected to the voltage VCC supplied to the power supply terminal 10.
A constant voltage VjNT lower than C is used as a power supply voltage for internal functional circuits. In addition, in the internal power supply circuit, from the voltage vCc to the voltage VI
Obtained NT. That is, in step-down circuit 2, the voltage detection circuit supplied to its control terminal 31! The voltage VCC is stepped down according to the output from the unit to obtain the voltage VINT.

さらに定電圧回路品はこの電圧VINTから所定の一定
電圧ΔVをドロラグして電圧検出回路34に供給する。
Furthermore, the constant voltage circuit product lags a predetermined constant voltage ΔV from this voltage VINT and supplies it to the voltage detection circuit 34.

電圧検出回路とは、上記定電圧回路υからの出力電圧(
VINT−Δ■)を所定の閾値電圧VTRで検出する。
The voltage detection circuit is the output voltage (
VINT-Δ■) is detected using a predetermined threshold voltage VTR.

この検出出力は上記降圧回路上の制御端子31に供給さ
・れるため、この降圧−回路旦からの出力電圧VINT
は1、降圧回路32、定電圧回路と及び電圧検出検出回
路Uからなる閉ループで(VTH+ΔV)と一致するよ
うに制御される。
Since this detection output is supplied to the control terminal 31 on the step-down circuit, the output voltage VINT from this step-down circuit is
1 is controlled to match (VTH+ΔV) by a closed loop consisting of the step-down circuit 32, the constant voltage circuit, and the voltage detection circuit U.

第4図ないし第7図はそれぞれ、上記第3図の実施例回
路における内部電源回路L1の具体的な回路図である。
4 to 7 are specific circuit diagrams of the internal power supply circuit L1 in the embodiment circuit shown in FIG. 3, respectively.

第4図において、降圧回路32はエンハンスメント形の
PチャネルMOS )ランソスタ101によシ・構成さ
れ、このMo8 トランジスタ101のソースが端子1
0に、ドレインが内部電源線40にそれぞれ接続され、
さらにダートが制御端子3ノに接続されている。定電圧
回路、33は直列接続された4個のダイオード201〜
204と、これらダイオード201〜204に電流を流
すだめの抵抗205とから構成されていて、上記内部電
源線40に供給される電圧vrNTに対してΔV = 
4 Vyなる定電圧ドロッfを与える。ただしvFは各
ダイオード201〜204の順方向電圧であυ、vFを
0.5VとするとΔVは2.OVとなる。電圧検出回路
■は、PチャネルMOSトランジスタ301とNチャネ
ルMOS トランジスタ302とからなるCMOSイン
バータ303と、これと同様の構成をもう1つのCMO
Sインバータ304を縦続接続して構成される。この電
圧検出回路Uの閾値電圧VTIfは、主としてCMOS
インバータ3θ3を構成する2つのMo8 )ランノス
タ301と302それぞれのスレッショルド電圧Vth
と相互コンダクタンスの比により決められ、たとえば1
.5vとなるように設定される。
In FIG. 4, the step-down circuit 32 is constituted by an enhancement type P-channel MOS transistor 101, and the source of this Mo8 transistor 101 is connected to the terminal 1.
0, the drains are connected to the internal power supply line 40, respectively,
Further, dart is connected to control terminal 3. Constant voltage circuit, 33 is four diodes 201-- connected in series.
204 and a resistor 205 for allowing current to flow through these diodes 201 to 204, and with respect to the voltage vrNT supplied to the internal power supply line 40, ΔV =
A constant voltage drop f of 4 Vy is applied. However, vF is the forward voltage of each diode 201 to 204 υ, and if vF is 0.5V, ΔV is 2. It becomes OV. The voltage detection circuit (■) includes a CMOS inverter 303 consisting of a P-channel MOS transistor 301 and an N-channel MOS transistor 302, and another CMOS inverter 303 with a similar configuration.
It is configured by cascading S inverters 304. The threshold voltage VTIf of this voltage detection circuit U is mainly determined by CMOS
Threshold voltage Vth of each of the two Mo8) runnostars 301 and 302 that constitute the inverter 3θ3
and mutual conductance, for example, 1
.. It is set to 5v.

このような構成でなる内部電源回路において、内部電源
線40の電圧VINTが電圧検出回路34の閾値電圧V
THと定電圧回路Uにおける定電圧ドロップΔ■との和
よりも低いと、すなわちVINT (VTH+ΔVなら
ば、電圧検出回路34の出力信号は低レベル(Vsst
位)となり、これによってPチャネルMOS +−ジン
ジスタ1θ1の導通度が上がシ、内部電源線40の電圧
VINTが高められる。これとは逆にVINT > V
TH+ΔVならば電圧検出回路Hの出力信号は高しベ・
ル(Vcc厄位)となシ、これによってPチャネルMO
S トランジスタ10ノの導通度が下がり、内部電源線
40の取位■INTは今度は低くなる。以上の動作によ
り、内部電源線4oの電圧Vr’NTは、VINT =
 VTH+ΔV に設定されることになる。すなわち、この回路では上記
したようにΔVが2.OV XVTHカ1.5 Vにな
っているため、VINTは3.5■一定に設定され、外
部供給電源電圧VCCの値が5V一定のときにも、あ、
るいは電圧変動、電源スパイクや電源ノイズによる変動
に対しても、VINTO値は3.5■一定のままとなる
In the internal power supply circuit having such a configuration, the voltage VINT of the internal power supply line 40 is equal to the threshold voltage V of the voltage detection circuit 34.
If it is lower than the sum of TH and the constant voltage drop Δ■ in the constant voltage circuit U, that is, if VINT (VTH+ΔV), the output signal of the voltage detection circuit 34 will be at a low level (Vsst
As a result, the conductivity of the P-channel MOS +-gingister 1θ1 is increased, and the voltage VINT of the internal power supply line 40 is increased. On the contrary, VINT > V
If TH+ΔV, the output signal of voltage detection circuit H will be high.
(Vcc level) and Nasi, this allows P channel MO
The degree of conductivity of the S transistor 10 decreases, and the voltage INT of the internal power supply line 40 becomes low. Through the above operation, the voltage Vr'NT of the internal power supply line 4o becomes VINT =
It will be set to VTH+ΔV. That is, in this circuit, as mentioned above, ΔV is 2. Since OV
In addition, the VINTO value remains constant at 3.5■ even with voltage fluctuations, power supply spikes, and fluctuations due to power supply noise.

第5図の内部電源回路は、降圧回路32がエンハンスメ
ント形のNチャネルMo8 )ランジスク102で構成
される場合の例を示す。そしてこのMo8 l−ランジ
スタ102のドレインが端子10に、ソースが内部電源
線4oにそれぞれ接続され、ダートが制御端子3ノに接
続されている。このとき電圧検出回路3iは、Nチャネ
ルのMOSトランジスタ3θ5と負荷抵抗306とから
なるインバータ回路307によって構成される。すなわ
ち、この回路は第4図回路とくらべて、PチャネルMO
S )ランノスタ101がNチャネルMo8 トランジ
スタ102に−filき変わっておち、制御端子31に
供給される信号に対する動作が逆になるため、電圧検出
回路■も2段インバータ構成のものから1段インバータ
構成のものに置き替えられている。なお、この第5図回
路内のNチャネルMOSトランジスタ102はガイプレ
ッション形のものを用いるようにしても良い。
The internal power supply circuit shown in FIG. 5 shows an example in which the step-down circuit 32 is constituted by an enhancement type N-channel Mo8) transistor 102. The drain of this Mo8 l-transistor 102 is connected to the terminal 10, the source to the internal power supply line 4o, and the dart to the control terminal 3no. At this time, the voltage detection circuit 3i is constituted by an inverter circuit 307 including an N-channel MOS transistor 3θ5 and a load resistor 306. That is, compared to the circuit in FIG. 4, this circuit has a P-channel MO
S) Since the lannostar 101 has been replaced with an N-channel Mo8 transistor 102, and the operation with respect to the signal supplied to the control terminal 31 is reversed, the voltage detection circuit (2) has also been changed from a two-stage inverter configuration to a one-stage inverter configuration. has been replaced by that of It should be noted that the N-channel MOS transistor 102 in the circuit of FIG. 5 may be of a guy depression type.

第6図の内部電源回路では、第4図の降圧回路と!とし
てのPチャネルMOS )ランジスタ101の代シにP
NP形のパイポーラトランジスタ103を用いるように
したものであり、このように構成しても第4図回路と同
様に動作する。
In the internal power supply circuit of Fig. 6, the step-down circuit of Fig. 4 and! P channel MOS as ) P channel MOS in place of transistor 101
An NP-type bipolar transistor 103 is used, and even with this configuration, the circuit operates in the same way as the circuit of FIG. 4.

このとき、制御端子31はPNP形バイポーラトランジ
スタ1030ベースに接続されている。
At this time, the control terminal 31 is connected to the base of the PNP type bipolar transistor 1030.

第7図の内部電源回路では、第5図の降圧回路り区とし
てのNチャネルMO8)ランノ゛スタ102の代りにN
PN形のバイポーラトランジスタ104を用いるように
したものであり、このように構成しても第5図回路と同
様に動作する。
In the internal power supply circuit of FIG.
A PN type bipolar transistor 104 is used, and even with this configuration, the circuit operates in the same way as the circuit shown in FIG.

なおこのとき、電圧検出回路UはPチャネルMOSトラ
ンジスタ30ノとNチャネルMOSトランジスタ302
とからなる1段のCMOSインバータ303で構成され
ている。これは第5図のインバータ回路307と同様に
構成してもよいが、バイポーラトランジスタ104によ
り大きなペース電流を供給するにはCMO8構成とした
方が効果的である。
At this time, the voltage detection circuit U includes a P-channel MOS transistor 30 and an N-channel MOS transistor 302.
It is composed of a one-stage CMOS inverter 303 consisting of. Although this may be configured in the same manner as the inverter circuit 307 in FIG. 5, a CMO8 configuration is more effective in supplying a larger pace current to the bipolar transistor 104.

第8図はこの発明の他の実施例の構成を示すブロック図
である。この実施例回路では出力電圧の異なる2つの内
部電源回路30に、30Bを設け、それぞれの出力電圧
VI NT I・VINT2で内部電源回路録の異なる
部分を動作させるようにしたものである。このように2
つの内部電源回路30に、30Bを設けることによって
、内部機能回路LAの一方部分では電源電圧を低くして
消費電力の節減化を図9、他方部分では電源電圧を高く
して動作速度の高速化を図るという効果を得ることがで
きる。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the invention. In this embodiment circuit, two internal power supply circuits 30 having different output voltages are provided with 30B, and different parts of the internal power supply circuitry are operated by the respective output voltages VI NT I and VINT2. Like this 2
By providing 30B in the two internal power supply circuits 30, the power supply voltage is lowered in one part of the internal function circuit LA to reduce power consumption, and the power supply voltage is increased in the other part to increase the operating speed. It is possible to obtain the effect of aiming for.

このように上記実施例では次のような効果が実現される
。まず、各実施例ではたとえば3.5Vから8vという
広い範囲の外部供給電源電圧Vccに対し、高い電流供
給能力の、3.5■一定の電圧を出力する内部電源回路
をオンチップに得ることができる。そしてこの一定した
しかも降圧された内部電源電圧の下で実効チャネル長が
1μm以下のMOSトランジスタを含む内部機能回路ヒ
が動作するので、背景技術で説明した■から■までのM
OSトランジスタの微細化による電源電圧制限の問題点
がすべて解消でき、これによって劣化現象のないサブミ
クロン半導体集積回路が実現できる。
In this way, the following effects are achieved in the above embodiment. First, in each embodiment, it is possible to obtain on-chip an internal power supply circuit that outputs a constant voltage of 3.5 cm with high current supply capability for a wide range of externally supplied power supply voltage Vcc from 3.5 V to 8 V, for example. can. Under this constant and stepped-down internal power supply voltage, the internal functional circuits including MOS transistors with an effective channel length of 1 μm or less operate.
All the problems of power supply voltage limitations due to miniaturization of OS transistors can be solved, and thereby a submicron semiconductor integrated circuit without deterioration phenomena can be realized.

さらに外部供給電源電圧が変化しても、降圧された一定
の内部″電源電圧の下で内部機能回路が動作するので、
外部供給電源電圧の変化に対して動作速度や消費電流等
の性能が一定で安定しyヒザブミクロン半導体集積回路
が実現゛できる。
Furthermore, even if the external supply voltage changes, the internal functional circuits operate under a constant, stepped-down internal power supply voltage.
It is possible to realize a y-hizab micron semiconductor integrated circuit in which performance such as operating speed and current consumption remains constant and stable against changes in externally supplied power supply voltage.

同様に、電源ノイズに対しても強い半導体集積回路が実
現できるとともに、電源ス・ぐイクが入っても劣化しな
い半導体集積回路が実現できる。
Similarly, a semiconductor integrated circuit that is resistant to power supply noise can be realized, and a semiconductor integrated circuit that does not deteriorate even when the power supply is turned on can be realized.

これによって−1μm以下の実効チャネル長のMOSト
ランジスタを含む半導体集積回路を従来の標準化電源で
ある5V単一電源でかつTTLインターフェースで動作
させることが可能でアシ、また、将来の低電圧化された
たとえば3.5 V電源の下でも同様な性能で動作させ
ることもできる。
This makes it possible to operate semiconductor integrated circuits containing MOS transistors with an effective channel length of -1 μm or less on a single 5V power supply, which is the conventional standardized power supply, and with a TTL interface. For example, it can also be operated with similar performance under a 3.5 V power supply.

なおζこの発明は上記実施例に限定されるものではなく
種々の変形が可能である。たとえば降圧回路32は単一
のMOS )ランジスタあるいはバイポーラトランジス
タで構成する場合について説明したが、これは2つある
いはそれ以上のトランジスタを並列接続もしくは直列接
続して構成するようにしてもよい。また第4図ないし第
7図に示す内部電源回路の出力電圧が3.5Vに設定さ
れる場合について説明したが、これは定電圧回路しにお
けるドロップ電圧ΔV1電圧検出回路二における閾値電
圧VTHの設定によって、MOSトランジスタの実効チ
ャネル長が1μm、0.5μm + 0−1μmと縮小
されるに従ってたとえば3.5V 、 2.5V 、 
0.5 V等と変化させることができるのはいうまでも
ない。
Note that this invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications are possible. For example, the step-down circuit 32 has been described as being composed of a single MOS transistor or bipolar transistor, but it may also be composed of two or more transistors connected in parallel or in series. In addition, we have explained the case where the output voltage of the internal power supply circuit shown in Figs. 4 to 7 is set to 3.5V. As the effective channel length of a MOS transistor is reduced to 1 μm, 0.5 μm + 0-1 μm, for example, 3.5V, 2.5V,
Needless to say, the voltage can be changed to 0.5 V or the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したようにこの発明によれば、広い範囲の外部
供給電源電圧の下で劣化なく、高い信頼性でしかも一定
した性能で動作し、電源スパイクによる劣化もなく、電
源ノイズや変動に対して安定に動作する半導体集積回路
を提供することができる。
As explained above, according to the present invention, it operates with high reliability and constant performance without deterioration under a wide range of externally supplied power supply voltages, does not deteriorate due to power supply spikes, and is resistant to power supply noise and fluctuations. A semiconductor integrated circuit that operates stably can be provided.

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

第1図および第2図はそれぞれ一般的なMOSトランジ
スタの断面図およびエネルギーバンド状態図、第3図は
この発明の一実施例の構成を示すブロック図、第4図な
いし第7図はそれぞれ第3図の実施例回路の一部分を具
体的に示す回路図、第8図はこの発明の他の実施例の構
成を示すブロック図である。 10・・・電源端子、20・・・接地端子、3°0・・
・内部電源回路1,40・・・内部電源線、50・・・
内部機能回路、60・・・入力端子、70・・・出力端
子、31・・・制御端子、32・・・降圧回路、33・
・・定電圧回路、34−・・・電圧検出回路、101・
・・PチャネルMOSトランジスタ、102・・・Nチ
ャネルMO3)ランジスタ、103・・・PNP 形パ
イポーラトランジスタ、104・・・NPN形バイポー
ラトランジスタ。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第 5図 VENT 第 6図 VENT 第 7■
1 and 2 are a cross-sectional view and an energy band state diagram of a general MOS transistor, respectively, FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, and FIGS. FIG. 3 is a circuit diagram specifically showing a part of the embodiment circuit, and FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the present invention. 10...power terminal, 20...ground terminal, 3°0...
・Internal power supply circuit 1, 40...Internal power supply line, 50...
Internal functional circuit, 60... Input terminal, 70... Output terminal, 31... Control terminal, 32... Step-down circuit, 33...
... Constant voltage circuit, 34-... Voltage detection circuit, 101.
...P channel MOS transistor, 102...N channel MO3) transistor, 103...PNP type bipolar transistor, 104...NPN type bipolar transistor. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 5 VENT Figure 6 VENT Figure 7 ■

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)外部から電源電圧が供給される電源端子と、制御
端子を有し上記電源端子の電圧を降圧する降圧手段と、
上記降圧手段によって降圧された電圧が供−給される内
部電源線と、上記内部電源線における電圧より所定の一
定電圧だけ低い電圧を発生する手段と、この手段の発生
電圧を所定の閾値電圧で検出するとともにその検出出力
が上記降圧手段の制御端子に供給される電圧検出手段と
、上記内部電源線に供給される電圧を電源電圧として動
作する、M工Sトランジスタで構成された機能回路とを
具備したことを特徴とする半導体集積回路。
(1) a power supply terminal to which a power supply voltage is supplied from the outside; a step-down means having a control terminal and reducing the voltage of the power supply terminal;
an internal power supply line to which the voltage stepped down by the step-down means is supplied; means for generating a voltage lower by a predetermined constant voltage than the voltage on the internal power supply line; and a voltage generated by the means at a predetermined threshold voltage. a voltage detecting means for detecting the voltage and supplying its detection output to the control terminal of the step-down means; and a functional circuit constituted by an M/S transistor that operates using the voltage supplied to the internal power supply line as a power supply voltage. A semiconductor integrated circuit characterized by:
(2)  前記降圧手段がトランジスタ素子である特許
請求の範囲第1項に記載の半導体集積回路。
(2) The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the voltage step-down means is a transistor element.
(3)  前記トランジスタ素子がPチャネルMOSト
ランジスタである特許請求の範囲第2項に記載の半導体
集積回路。
(3) The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the transistor element is a P-channel MOS transistor.
(4)  前記トランジスタ素子がNチャネルMOSト
ランジスタである特許請求の範囲第2項に記載の半導体
集積回路。
(4) The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the transistor element is an N-channel MOS transistor.
(5)前記トランジスタ素子がPNP形のバイポーラト
ランジスタである特許請求の範囲第2項に記載の半導体
集積回路。
(5) The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the transistor element is a PNP type bipolar transistor.
(6)前記トランジスタ素子がNPN形のバイポーラト
ランジスタである特許請求の範囲第2項に記載の半導体
集積回路。
(6) The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the transistor element is an NPN type bipolar transistor.
(7)  内部電源線における電圧より所定の一定電圧
だけ低い電圧を発生する前記手段が、1つのPN接合ダ
イオードあるいは直列接続された2つ以上のPN接合ダ
イオードを含んでいる特許請求の範囲第1項に記載の半
導体集積回路。
(7) Claim 1, wherein the means for generating a voltage lower by a predetermined constant voltage than the voltage on the internal power supply line includes one PN junction diode or two or more PN junction diodes connected in series. The semiconductor integrated circuit described in .
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991006980A1 (en) * 1989-11-07 1991-05-16 Fujitsu Limited Semiconducteur integrated circuit
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