JPS60229363A - Automatic compensator for threshold of mos transistor - Google Patents

Automatic compensator for threshold of mos transistor

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Publication number
JPS60229363A
JPS60229363A JP59085654A JP8565484A JPS60229363A JP S60229363 A JPS60229363 A JP S60229363A JP 59085654 A JP59085654 A JP 59085654A JP 8565484 A JP8565484 A JP 8565484A JP S60229363 A JPS60229363 A JP S60229363A
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JP
Japan
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transistor
sensor
threshold
mos
channel
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JP59085654A
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Inventor
Kenji Sakagami
健二 坂上
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/205Substrate bias-voltage 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 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
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Abstract

PURPOSE:To compensate the threshold voltage shifts of MOSs automatically by connecting a MOS for a first sensor to a MOS to be controlled and connecting a MOS for a second sensor to the MOS for the first sensor. CONSTITUTION:A P channel threshold compensating circuit 31 controls the back gate biases of P channel transistors P1, P2 for CMOS inverters I1, I2, and compensates the thresholds of the transistors P1, P2. An output node S4 for P channel transistor P2 for a sensor is connected to each substrate for the transistors P1, P2. An N channel threshold compensating circuit 32 controls the back gate biases of N channel transistors N1, N2 for the inverters I1, I2, and compensates the thresholds of the transistors N1, N2. An output node S5 for a transistor NS is connected to each substrate for the transistors N1, N2 respectively.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明岐、MOS −FET (絶縁f−)型電界効果
トランジスタ)の閾値電圧のシフトを自動的にセンスし
て補正もしく蝶所定値に設定するだめのMOS ) 9
ンジスタ閾値の自動補正!!:置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention automatically senses the shift in the threshold voltage of a MOS-FET (insulated f-type field effect transistor) and corrects it or sets it to a predetermined value. Sudame no MOS) 9
Automatic correction of sensor threshold! ! :Relating to placement.

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

第1図および第2図はそれぞれNチャネル。 Figures 1 and 2 are for N channels, respectively.

PチャネルのMOS−FETの一般的な構造を示してい
る。即ち、第1図において、1はP型のシリコン基板で
1ムその表面の一部にN+型不純物層からなるソース領
域2およびドレイン領域3が拡散形成され、この両頭城
2,3間の基板上にダート酸化膜(5in2膜)4を介
してダート電極(たとえばポリシリコン層)5が形成さ
れている。なお、6は上記シリコン基板10表面の一部
に形成されたP+拡散層からなる基板電極領域であυ、
この電極領域6を通じて基板1にバックダートバイアス
として通常はソース電位V■(接地°電位)が与えられ
る。このよりなNチャネルMO8−FET Kらっては
、ダート電極5に正の電位が与えられることによって、
ソース−ドレイン間が導通状態(オン)になる。
A general structure of a P-channel MOS-FET is shown. That is, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a P-type silicon substrate 1, on which a source region 2 and a drain region 3 made of an N+ type impurity layer are diffused and formed. A dirt electrode (for example, a polysilicon layer) 5 is formed thereon via a dirt oxide film (5in2 film) 4. Note that 6 is a substrate electrode region υ made of a P+ diffusion layer formed on a part of the surface of the silicon substrate 10,
Normally, a source potential V (ground potential) is applied to the substrate 1 through this electrode region 6 as a back dart bias. In this N-channel MO8-FET K, by applying a positive potential to the dirt electrode 5,
The source and drain become conductive (turned on).

一方、第2図において、7はNWのシリコン基板であシ
、その表面の一部にP+型不純物層からなるソース領域
8およびドレイン領域9が拡散形成され、この両領域8
,9間の基板上にダート酸化膜4を介してダート電極5
が形成されている。なお、10は上記シリコン基板70
表面の一部に形成された鹸拡散層からなる基板電極領域
でアシ、この電極領域10を通じて基板7にパ、クグー
トノ々イアスとして通常はソース電位VDD (正電位
)が与えられる。このようなPチャネルMO8=FET
 Kあっては、r−ト電極6に接地電位が与えられるこ
とによって、ソース・ドレイン間が導通状態になる。
On the other hand, in FIG. 2, reference numeral 7 denotes a NW silicon substrate, on a part of which a source region 8 and a drain region 9 made of a P+ type impurity layer are diffused and formed.
, 9 on the substrate through the dirt oxide film 4.
is formed. Note that 10 is the silicon substrate 70 described above.
Normally, a source potential VDD (positive potential) is applied to the substrate 7 through the electrode region 10, which is formed of a diffusion layer formed on a part of the surface, as a positive voltage. P channel MO8=FET like this
When the ground potential is applied to the r-to electrode 6, conduction is established between the source and the drain.

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

ところで、上記MO8)ランジスタを有するLSI等の
使用中に、何らかの外的原因によシ前記ダート酸化膜4
中に正電荷が蓄積することがある。この場合には、Nチ
ャネルトランジスタ。
By the way, during use of the LSI etc. having MO8) transistors, the dirt oxide film 4 may be damaged due to some external cause.
Positive charges may accumulate inside. In this case, an N-channel transistor.

Pチャネルトランジスタの各閾値vTIN + VTH
Pがそれぞれ負側ヘシフトし、Nチャネルトランジスタ
のロクレベル側のマークンが低下し、Pチャネルトラン
ジスタのスイッチ速度が低下するという問題が生じる。
Each threshold value of P-channel transistor vTIN + VTH
A problem arises in that P is shifted to the negative side, the mark on the low level side of the N-channel transistor is reduced, and the switching speed of the P-channel transistor is reduced.

また、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジス
タとを用いたCMO8回路を有するLSIにおてL1前
記閾値のシフトによシ、回路の特性が変化し、回路の動
作マージンが著しく低下するという問題が生じる。
Further, in an LSI having a CMO8 circuit using a P-channel transistor and an N-channel transistor, the shift of the threshold value of L1 causes a problem that the characteristics of the circuit change and the operating margin of the circuit decreases significantly.

また、前記MO8)ランジスタを有するLSI等の尚集
積化に伴なうトランジスタの微細化によす、籍にNチャ
ネルトランジスタの場合には、ドレイン空乏−の電界強
区の増大に起因するチャネルホットエレクトロン効果が
生じてその閾値電圧VTilNが正側にシフトし、その
スイッチ速度が低下し、回路の性能が低下するという問
題かう9、この問題は将来の一層の高集積化につれて非
常に憂朦すべき課題である。
In addition, due to the miniaturization of transistors accompanying the integration of LSIs having transistors (MO8), especially in the case of N-channel transistors, channel hot The problem is that the electron effect occurs and the threshold voltage VTilN shifts to the positive side, reducing the switching speed and deteriorating the performance of the circuit.9 This problem will become very worrying as the integration becomes even higher in the future. This is an important issue.

然るに、従来のLSI等にあっては、その使用中におい
て上述したような閾値のシフトが生じた場合にそれを自
動的に補正するための対策がなされておらず、上記シフ
トにより閾値が恒久的に変化してしまうので、必然的に
LSI%の使用可能時間(正常動作の保証時間)が著し
く制限されることになる。
However, with conventional LSIs, etc., no measures have been taken to automatically correct the shift of the threshold value as described above when it occurs during use, and the shift may cause the threshold value to permanently change. As a result, the usable time (guaranteed time for normal operation) of the LSI % is inevitably significantly limited.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、使用中に
おける外的原因によるあるいは高集積化に際しての微細
化に伴なうMOSトランジスタの閾値電圧のシフトを自
動的に補正することが可能であシ、上記シフトに起因す
る回路性能の劣化を防止し得るMOS )ランジスタ閾
値の自動補正装置を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of automatically correcting shifts in the threshold voltage of MOS transistors due to external causes during use or due to miniaturization during high integration. Another object of the present invention is to provide an automatic correction device for a MOS transistor threshold value that can prevent deterioration of circuit performance caused by the above shift.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

即ち、本発明のMOS )ランジスタ閾値の自動補正装
置は、被制御用1v10Sトランジスタと同一半導体チ
ップ上あるいは別チップ上に設けられ、ソース・基板相
互が接続された第1のセンサ用MO8)ランジスタと、
この第1のセイサ用MOSトランジスタに所定量の閾値
シフトが生じたときに導通状噛から非導通状態にもしく
はその逆に反転させる実効的ダートバイアスを与えるダ
ート電圧源およびソース電圧源と、上記第1のセンサ用
MO3)ランジスタのドレインに抵抗もしくはソース・
基板相互が接続された第2のセンサ用MO8)ランジス
タを介して接続される所定の電圧源と、上記第1のセン
サ用MO8)ランジスタのドレイン電位を前記被制御用
MO8)ランジスタの基板に供給する配線とを具備する
ことを特徴とするものである。
That is, the MOS transistor threshold automatic correction device of the present invention is provided on the same semiconductor chip as the controlled 1v10S transistor or on a separate chip, and the first sensor MO transistor and the transistor whose source and substrate are connected to each other. ,
a dart voltage source and a source voltage source that provide an effective dart bias that reverses the first capacitor MOS transistor from a conductive state to a non-conductive state or vice versa when a threshold shift of a predetermined amount occurs in the first capacitor MOS transistor; 1 for sensor MO3) Connect a resistor or source to the drain of the transistor.
A predetermined voltage source connected via a second sensor MO8) transistor whose substrates are connected to each other and the drain potential of the first sensor MO8) transistor are supplied to the substrate of the controlled MO8) transistor. The present invention is characterized in that it includes wiring.

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

以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。第3図はMOS )ランジスタを有するLSIの一
部を示しており、”lはPチャネルトランジスタP、と
NチャネルトランジスタN、とがVDD電源とVIN+
電源との間に直列接続され、各ダートが共通接続された
第1のCMOSインバータである。同様に、11はPチ
ャネルトランジスタP雪とNチャネルトランジスタN、
とからなる第2のCMOSインバータであり、上記第1
のCMOSインバータI、に縦続接続されている。なお
、Slは入力ノード、Sl 、sjは出力ノードである
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Figure 3 shows a part of an LSI having MOS transistors, where ``l'' is a P-channel transistor P, an N-channel transistor N, and a VDD power supply and a VIN+
A first CMOS inverter is connected in series with a power source, and each dart is commonly connected. Similarly, 11 is a P-channel transistor P and an N-channel transistor N,
and a second CMOS inverter consisting of the first CMOS inverter.
is cascaded to a CMOS inverter I. Note that Sl is an input node, and Sl and sj are output nodes.

一方、31は上記CMOSインバータI、、I。On the other hand, 31 is the CMOS inverter I, , I.

のPチャネルトランジスタP、、P、のパックダートバ
イアスを制御してその闇値を補正するためのPチャネル
閾値補正回路であシ、これはセンサ用のPチャネルトラ
ンジスタP、のソースおよび基板がVIP電源に接続さ
れ、そのf−)UVap電圧源に接続され、そのドレイ
ン(出力ノードS、)は抵抗R,を介してV+ptFE
源に接続されてなる。そして、上記出力ノードS4が前
記CMOSインバータ’1+11のPチャネルトランジ
スタP1+P1の各基板に接続されている。
This is a P-channel threshold correction circuit for controlling the pack dart bias of P-channel transistors P, , P, and correcting their dark values. its drain (output node S,) is connected to V+ptFE through a resistor R, its f−) UVap voltage source
connected to the source. The output node S4 is connected to each substrate of the P-channel transistors P1+P1 of the CMOS inverter '1+11.

また、32は前記CMOSインバータIt+11のNチ
ャネルトランジスタN 1 + N 1のパックダート
バイアスを制御してその閾値を補正するためのNチャネ
ル闇値補正回路でラシ、これはセンナ用のNチャネルト
ランジスタNaのソースおよび基板がVIeN電源に接
続され、そのダートはVos’亀圧源電圧続され、その
ドレイン(出力ノードSs )が抵抗R1を介してVI
N 電圧源に接続されてなる。そして、上記出力ノード
S6が前記CMOSインバータIl+■2のNチャネル
トランジスタNl + Nlの各基板に接続されている
Further, 32 is an N-channel dark value correction circuit for controlling the packed dirt bias of the N-channel transistor N 1 + N 1 of the CMOS inverter It+11 and correcting its threshold value. Its source and substrate are connected to the VIeN power supply, its dart is connected to the Vos' voltage source voltage, and its drain (output node Ss) is connected to the VIeN power supply through the resistor R1.
N Connected to voltage source. The output node S6 is connected to each substrate of the N-channel transistor Nl+Nl of the CMOS inverter Il+2.

次に1上記LSI回路の動作を説明する。いま、LSI
の使用中に何らかの外的原因により各トランジスタとも
闇値電圧が負側ヘシフトする場合を考える。この場合、
センサ用のNチャネルトランジスタN、およびPチャネ
ルトランジスタPaそれぞれの初期の閾値電圧をVTN
8およびVTPSlそれぞれの閾値シフト量をlVTN
gおよびΔvtp 8で表わす。また、パックダートバ
イアスが制御される被制御用のNチャネルトランジスタ
N1 r N 1それぞれの初期の闇値電圧をv’rs
 1それぞれの閾値シフト量をΔVTN 1シフト後セ
ンサ用のNチャネルト・ランジスタがスイッチ動作を行
りたときのN1 r N 露それぞれの閾値をvts’
で表わす。同様に、被制御用のPチャネルトランジスタ
Pl+Plそれぞれの初期の闇値電圧をVTP%それぞ
れの閾値シフト梃をΔVTP 、 シフト後センサ用の
Pチャネルトランジスタがスイッチ動作を行ったときの
p、+P!それぞれの闇値をV7p’で表わす。また、
センサ用のNチャネルトランジスタN8は、初期状態で
はオフであり、前記閾値ΔVjN以上のシフトが生じた
ときにオンとなるように、そのダートバイアス(VGN
 −VIIN )が選定されている。また、センサ用の
PチャネルトランジスタP8は、初期状態ではオンであ
り、前記閾値Δvtpの絶対値1ΔVTPI以上のシフ
トが生じたときにオンになるように、そのダートバイア
スVGP−VIPが選定されている。
Next, the operation of the above LSI circuit 1 will be explained. Now, LSI
Consider the case where the dark voltage of each transistor shifts to the negative side due to some external cause during use. in this case,
The initial threshold voltage of each of the N-channel transistor N and P-channel transistor Pa for the sensor is VTN.
The threshold shift amount of 8 and VTPSl is lVTN.
g and Δvtp 8. In addition, the initial dark value voltage of each controlled N-channel transistor N1 r N 1 whose pack dart bias is controlled is v'rs
1 The threshold shift amount for each is ΔVTN N1 r N The threshold for each when the N-channel transistor for the sensor performs the switch operation after 1 shift is vts'
It is expressed as Similarly, the initial dark value voltage of each of the controlled P-channel transistors Pl+Pl is VTP%, and the threshold value shift lever of each is ΔVTP, and the p, +P! when the P-channel transistor for the sensor performs a switching operation after shifting. Each darkness value is expressed as V7p'. Also,
The sensor N-channel transistor N8 is off in the initial state, and its dart bias (VGN
-VIIN) is selected. Further, the P-channel transistor P8 for the sensor is on in the initial state, and its dart bias VGP-VIP is selected so that it is turned on when a shift of the absolute value 1ΔVTPI or more of the threshold value Δvtp occurs. .

したがって、初期状態においては、センサ用のNチャネ
ルトランジスタN8はオフ、PチャネルトランジスタP
aはオンであり、被制御用のNチャネルトランジスタN
 l r N !は/JツクダートバイアスとしてVI
N 1に圧が印加されることによってその闇値は初期値
VTHになっており、被制御用のPチャネルトランジス
タPIIP2はパックr−1バイアスとしてVIp 1
11圧が印加されることによってその閾値は初期値VT
Pになっている。
Therefore, in the initial state, the sensor N-channel transistor N8 is off, and the P-channel transistor P
a is on, and the controlled N-channel transistor N
L r N! VI as/J Tsukudato Bias
By applying pressure to N1, its dark value becomes the initial value VTH, and the controlled P-channel transistor PIIP2 is set to VIp1 as pack r-1 bias.
By applying 11 pressure, the threshold value becomes the initial value VT.
It is P.

これに対して、前記各トランジスタの閾値がシフトした
とき、センサ用のNチャネルトランジスタNBはオン、
PチャネルトランジスタP。
On the other hand, when the threshold value of each transistor shifts, the N-channel transistor NB for the sensor is turned on;
P-channel transistor P.

Lオフになる。仁れにより、被制御用のNチャネルトラ
ンジスタNl、N、はパックゲート・ぐイアスとしてそ
れまでより低い■Σn%圧が印加されることによってそ
の閾値はシフト後の値VTN+Δy TN/から高くな
って初期値VTHに戻るように補正され、Pチャネルト
ランジスタP、IF5はバックデートバイアスとしてそ
れまでよシ低いVzN’dL圧が印加されることKよっ
てその闇値はシフト後の値VTP+ΔTP’から初期値
VTPに戻るように補正される。
L is turned off. Due to this, a lower ■Σn% pressure than before is applied to the controlled N-channel transistor Nl, N as a pack gate bias, so that its threshold value becomes higher than the value after the shift VTN+Δy TN/. It is corrected to return to the initial value VTH, and a lower VzN'dL pressure than before is applied as a backdate bias to the P-channel transistors P and IF5. Therefore, the dark value changes from the shifted value VTP+ΔTP' to the initial value. Corrected to return to VTP.

次に、上記動作について数値例に基いて詳述する。MO
S )ランジスタの閾値電圧vrnとノ々ツクr−)バ
イアスとの関係は、よく知られているように次式で示さ
れる。
Next, the above operation will be explained in detail based on numerical examples. M.O.
As is well known, the relationship between the threshold voltage vrn of the S) transistor and the R-) bias is expressed by the following equation.

但し、右辺第4項はNチャネルの場合に十符号、Pチャ
ネルの場合に一符号である。
However, the fourth term on the right side is a 10 sign in the case of N channels and a 1 sign in the case of P channels.

と置き換えて VTR= A 土/B(129’fl+1Vnol) 
−(4)が得られる。
Replace with VTR = A Sat/B (129'fl+1Vnol)
-(4) is obtained.

NチャネルトランジスタN、、N、の初期値VTNは、
パックダートノーイアスVllG=ViN によって得
られるので、 VTH= A 十に〒2%l + lVt5l) =1
5)となる。NチャネルトランジスタN l + N2
の(闇値シフト後センサがオンとなったときの値VTN
’は、■BG=■εNによって得られるので、VTN’
 = A + B(1211zl + IVINI) 
−(6)となる。そして、上記閾値VTNとVTN’と
の間のシフト厄が前記閾値シフト量ΔVTNを打ち消す
ためには 一ΔVTN:VTN’−VTN =A而面晶−A;面狩・・・(7) が成立する8蚤がある。ここで、ΔVTNをたとえは一
〇、3vに設定した場合、VINあるいはVINのいず
れか一方を設定(たとえばVIN=OV=Vlll+す
れば他方の値をめることができる。一方、センサ用のN
チャネルトランジスタNBの閾1直シフト量ΔVTN8
と被制御用のNチャネルトランジスタN I + N 
!の閾値シフ)MΔVTNとの間には ΔVTN ””ΔVTN8 X aw −(8)の関係
があり、上記αNは経験的にめられる。
The initial value VTN of N-channel transistors N, , N, is
Pack dirt noise is obtained by VllG=ViN, so VTH= A + 2%l + lVt5l) = 1
5). N-channel transistor N l + N2
(value VTN when the sensor is turned on after dark value shift)
' is obtained by ■BG=■εN, so VTN'
= A + B (1211zl + IVINI)
−(6). In order for the shift error between the threshold values VTN and VTN' to cancel out the threshold shift amount ΔVTN, the following holds true: ΔVTN:VTN'-VTN = A Metamensho - A; Menkari... (7) There are 8 fleas. Here, if ΔVTN is set to, for example, 10.3V, the value of the other can be set by setting either VIN or VIN (for example, VIN=OV=Vllll+).
Threshold 1 direct shift amount ΔVTN8 of channel transistor NB
and a controlled N-channel transistor N I + N
! (threshold shift) MΔVTN, there is a relationship of ΔVTN ``” ΔVTN8 X aw - (8), and the above αN can be determined empirically.

ここで、外的原因による閾値シフitは、初期状態でオ
フ状態にあるセンサ用トランジスタよシも動作状態にお
る被制御用トランジスタの方が大きく、上式(9)のα
Nは〉1と考えてよい。
Here, the threshold shift it due to external causes is larger in the controlled transistor in the operating state than in the sensor transistor in the off state in the initial state, and α in the above equation (9)
N can be considered to be 〉1.

また、前述したようにセンサ用のNチャネルトランジス
タN、に与えられるダートバイアス(YON−VzN)
としては、上記トランジスタN8の閾値がVTN[+か
らΔVTN8シフトしたときに上) 記トラ″″″夕8
・が”′となるように予め選定されておシ、次式 %式% が成立する。上式〇〇に両式(9)を代入してΔ■丁N VaN=VrNs+−十VEN =J])αN となる。また、AiJ式(7)よシ 1■訃1=去(メ1郡叩石不−b−ΔVT、)2−12
φf1 ・・・(2)であり、ここでVεNを負電位と
し、上式(2)に両式(3)を代入すると +12φ月 ・・・α1 となり、上式(2)を両式Qυに代入してが得られる。
In addition, as mentioned above, the dart bias (YON-VzN) applied to the N-channel transistor N for the sensor
As above, when the threshold value of the transistor N8 shifts from VTN[+ by ΔVTN8],
・ is pre-selected to be "', and the following formula % formula % is established.Substituting both formulas (9) into the above formula 〇〇, ∆■ tN VaN = VrNs + - 10 VEN = J ]) αN.Also, AiJ formula (7) Yoshi1■訃1=Leave(Me1gununtaishifu-b-ΔVT,)2-12
φf1...(2), where VεN is a negative potential, and substituting both equations (3) into the above equation (2), we get +12φ...α1, and converting the above equation (2) into both equations Qυ. Substituting it gives .

ここで、説明の簡単化のために、VtNa=0.8y+
ΔvTN=−〇、3v、αN = 1.2として、パッ
クダートバイアスの増分(VxN−VIN)=−5vで
被制御用のNチャネルトランジスタNI+N!の闇値電
圧を0.3v増加させることが可能であると仮定し、初
期のパックゲートバイアスVrN=Vsg=Ovとする
と、VzH= 5vであシ、両式0υよシとなる。即ち
、vTNBとαNの決まっていてΔVTNの閾値シフト
が生じた時点でそのシフトを補正するようにNチャネル
閾値補正回路32を設計する場合には、そのVMNとし
て一5vを与え、YONとして−4,45vを与えれは
よいことになる。
Here, to simplify the explanation, VtNa=0.8y+
Assuming ΔvTN=-〇, 3v, αN=1.2, the controlled N-channel transistor NI+N! with pack dirt bias increment (VxN-VIN)=-5v. Assuming that it is possible to increase the dark value voltage by 0.3v and the initial pack gate bias VrN=Vsg=Ov, then VzH=5v and both equations are 0υ. That is, if vTNB and αN are fixed and the N-channel threshold value correction circuit 32 is designed to correct the shift when a threshold value shift of ΔVTN occurs, give -5V as VMN and -4V as YON. , 45v.

一方、PチャネルトランジスタP1+P1においても、
そのパックダートバイアスVI P r vKPにおけ
る閾値VTP、V↑P′間のシフト値がΔVTPをを打
ち消すためには 一ΔVTP”’ vtp’ VTP =−1/B(+2φfl +IVgpl ) + mマ
rpl) ・・・<1が成立する8些があシ、 Δ■、rP=ΔVTPB X αP ”’ ”ΔVtp 、’−I VT p s = −−(17)αP の関係がある。センサ用のPチャネルトランジスタP6
のダートバイアス(VGP −Vlp )としては、上
記トランジスタPsの閾値がΔVTPBシフトしたとき
に上記トランジスタPsがオフとなるように予め選定さ
れておシ、 VOP−VIP = VTP8+ΔVtps −1ae
が成立する。上式〇〇に両式αカを代入してΔvtp Vop = Vtps +−+Vrp −(11αP となる。ここで、VIPを正酸・位とすれば、前式αυ
、(3)よシ ー12φf1 ・・・翰 となシ、上式−を両式(至)に代入してΔVTP VGP”VTPB+□ αP −12φf1 ・・・91) が得られる。ここで、説明の簡単化のために、Vrpa
=−0,8v +ΔVTP =−0,3v 、αp=1
.0として、パックダートバイアスの増分(Vgp −
VIp )=−1vで被制御用のPチャネルトランジス
タP、I + P Rの闇値電圧を0.3v増加(絶対
値は減少)させることが可能であると仮定し、補正時の
バ、りr−トバイアスVIP =VDD = 5 v 
とすると、V!p=6vでらシ、両式(至)よシ となる。
On the other hand, also in P channel transistor P1+P1,
In order for the shift value between the threshold value VTP and V↑P' in the pack dirt bias VIP r vKP to cancel ΔVTP, -ΔVTP"'vtp' VTP = -1/B (+2φfl + IVgpl) + mmarpl) ・...<1 holds true, Δ■, rP=ΔVTPB P6
The dart bias (VGP - Vlp) is selected in advance so that the transistor Ps is turned off when the threshold of the transistor Ps shifts by ΔVTPB, and VOP-VIP = VTP8 + ΔVtps -1ae.
holds true. Substituting both formulas α into the above formula 〇〇, it becomes Δvtp Vop = Vtps +-+Vrp - (11αP.Here, if VIP is the positive acid position, the previous formula αυ
, (3) YOshi12φf1...Ken and Nashi, substitute the above equation - into both equations (to) to obtain ΔVTP VGP"VTPB+□ αP -12φf1...91).Here, the explanation For simplicity, Vrpa
=-0,8v +ΔVTP =-0,3v, αp=1
.. 0, the pack dart bias increment (Vgp −
Assuming that it is possible to increase the dark value voltage of the controlled P-channel transistors P, I + PR by 0.3v (the absolute value decreases) with VIp ) = -1v, r-tobias VIP = VDD = 5 v
Then, V! Since p=6v, both equations (to) are satisfied.

なお、上記各実施例では、被制御トランジスタがCMO
Sインバータ回路であったが、これに限らず他のCMO
3回路であってもよく、またセンサ用トランジスタとし
てNチャネルまたはPチャネルの1個のトランジスタを
用いたが、これに限らずCMO8構成のセンサ用トラン
ジスタを用いてもよい。即ち、第4図に示す閾値補正回
路4ノは、それぞれセンサ用のPチャネルトランジスタ
P8とNチャネルトランジスタN8とがV、電圧像とV
g[庄原との間に直列に接続され、上記Pチャネルトラ
ンジスタP8の基板はvI電圧源に、そのf−トはva
p電圧源に接続され、上記NチャネルトランジスタNs
の基板はvE電圧源に、そのダートはVaNt圧源に庄
原されている。初期状態においては、上記Pチャネルト
ランジスタPBはオン、NチャネルトランジスタN、は
オフでアリ、何らかの外的原因によシそれぞれの閾値電
圧vTP + ■TNが負側へ所定量シフトしたときに
上記NチャネルトランジスタN8がオ/になったのちP
チャネルトランクスタP8がオフになるようにそれぞれ
のダートバイアス(Vop−Vr ) r (You 
Vz )が設足されている。
Note that in each of the above embodiments, the controlled transistor is a CMO
Although it was an S inverter circuit, it is not limited to this and other CMO
There may be three circuits, and although one N-channel or P-channel transistor is used as the sensor transistor, the present invention is not limited to this, and a sensor transistor with a CMO8 configuration may be used. That is, in the threshold value correction circuit 4 shown in FIG.
The substrate of the P-channel transistor P8 is connected to the vI voltage source, and the f-t is connected in series between the
connected to a p-voltage source, and the N-channel transistor Ns
The substrate is connected to the vE voltage source, and the dart is connected to the VaNt pressure source. In the initial state, the P-channel transistor PB is on, and the N-channel transistor N is off. After channel transistor N8 turns on/off, P
Each dart bias (Vop-Vr) r (You
Vz) has been established.

したがりて、被制御用のNチャネルトランジスタN、は
、初期状態ではパックダートバイアスとしてV、が与え
られており、その閾値のシフト後にパックダートバイア
スとしてVZが与えられるのでその閾値が初期値に戻る
ように補正される。
Therefore, the controlled N-channel transistor N is given V as the packed dart bias in the initial state, and after its threshold is shifted, VZ is given as the packed dart bias, so that the threshold becomes the initial value. Corrected to return.

この場合、センサ用のPチャネルトランジスタP8.N
チャネルトランジスタNBそれぞれのオン抵抗やオフ、
オンのタイミングの最適化を図って、補正動作の充分な
マーノンを確保することが望ましい。
In this case, the sensor P-channel transistor P8. N
The on-resistance and off-state of each channel transistor NB,
It is desirable to optimize the turn-on timing to ensure sufficient margin for correction operation.

また、前ml各実施例は、閾値補正回路と被制御回路(
CMOSインバータr、、12 など)を同一のLSI
チッグ上に設けたが、これらを別チップに設けてもよく
、閾値補正回路を複数のLSIで共用化するように独立
した半導体装置として設けるようにしてもよい。
In addition, each of the previous ml embodiments has a threshold correction circuit and a controlled circuit (
CMOS inverter r,, 12, etc.) on the same LSI
Although these are provided on a chip, they may be provided on separate chips, or may be provided as independent semiconductor devices so that the threshold value correction circuit is shared by a plurality of LSIs.

第5図は本発明の他の実施例に係るLSIの一部を示し
ておp、cMosインバータ(、/のNチャネルトラン
ジスタ肖の閾値VTNを補正するだめにそのバックゲー
トバイアスを切換供給する閾値補正回路51を設けたも
のである。この閾値補正回路51は、センサ用のNチャ
ネルトランジスタN8のソースおよび基板がVIN電圧
源に接続され、そのダートがVGN i電圧像に接続さ
れ、そのドレイン(出力ノードSa )が抵抗R3を介
してVIeN電圧源に接続されてなる。そして、上記出
力ノードS6が前記CMOSインバータ(、/のNチャ
ネルトランジスタN1の基板に接続されている。
FIG. 5 shows a part of an LSI according to another embodiment of the present invention, in which the back gate bias is switched and supplied in order to correct the threshold value VTN of the N-channel transistor of the cMOS inverter (, /). A correction circuit 51 is provided.In this threshold correction circuit 51, the source and substrate of an N-channel transistor N8 for the sensor are connected to the VIN voltage source, its dart is connected to the VGN i voltage image, and its drain ( The output node Sa) is connected to the VIeN voltage source via a resistor R3.The output node S6 is connected to the substrate of the N-channel transistor N1 of the CMOS inverter (, /).

次に、上記LSI回路の動作を説明する。LSIの高集
積化に伴なうトランジスタの微細化により、チャネルホ
ットエレクトロン効果によ、9Nチャネルトランジスタ
Nl、N、の閾値がLSI使用中に正側にシフトする場
合を考える。センサ用のNチャネルトランジスタN8は
、初期状態ではオンでアシ、被制御用の°NNチャネル
トランジスタN、閾値が所定量(Δvts )以上シフ
トしたときにオフになるように、そのダート・ぐイアス
(VGN −VIN )が選定されている。
Next, the operation of the above LSI circuit will be explained. Let us consider a case where the threshold of a 9N channel transistor Nl,N shifts to the positive side during use of the LSI due to the channel hot electron effect due to the miniaturization of transistors accompanying higher integration of LSI. The sensor N-channel transistor N8 is turned on in the initial state, and the controlled N-channel transistor N8 is turned off when the threshold value shifts by more than a predetermined amount (Δvts). VGN-VIN) is selected.

したがって、初期状態においては、センサ用のNチャネ
ルトラン・ラスタNa1dオン、被制御用のNチャネル
トランジスタN1はパックダートバイアスとしてVIN
電圧が印加されることによってその閾値は初期値VTH
になっている。これに対して、前記各トランジスタの閾
値がシフトしたとき、センサ用のNチャネルトランジス
タN8はオフになシ、被制御用のNチャネルトランジス
タ肖はバックゲートバイアスとしてそれまでよシ高いv
gs電圧が印加されることによってその閾値はシフト後
の値VTN+ΔVTNから低くなって初期値VTNに戻
るように補正される。この場合、センサ用のトランジス
タがオフとなったときの被制御用のトランジスタNlの
闇値をVTN’として閾値VTN * vTN’間のシ
フト量が前記閾値シフト量ΔvTNを打ち消すためには
、−ΔVTs=VTs’ VTN ・・・(2) が成立する8蛍が少る。また、センサ用のNチャネルト
ランジスタNaのグートノ々イアス(VGN VsN)
 1ユ、上6己トランジスタN8のFikJ1直力;初
期値VTNBからΔ■丁NBシフトしたときに上記トラ
ンジスタN8かオフになるように予め選定嘔れており、
次式 %式% が成立する。したがって、両式翰より 1VIN+=−!(B(12耳謳謡−’Vt*)2−1
2φfl ・(Iでおり、VINを負電位とし、上式(
ハ)および削成(3)を両式羨に代入して VON=VTNII+ΔVTNa −VIN”VTNI
I+ΔVTNa +12φf1 ・・・(ハ) が得られる。
Therefore, in the initial state, the sensor N-channel transistor raster Na1d is on, and the controlled N-channel transistor N1 is set to VIN as the pack dart bias.
By applying a voltage, the threshold value changes to the initial value VTH
It has become. On the other hand, when the threshold values of the transistors are shifted, the sensor N-channel transistor N8 is turned off, and the controlled N-channel transistor N8 is turned off as a back gate bias.
By applying the gs voltage, the threshold value is corrected to become lower from the shifted value VTN+ΔVTN and return to the initial value VTN. In this case, assuming that the dark value of the controlled transistor Nl when the sensor transistor is turned off is VTN', the shift amount between the threshold VTN * vTN' must be -ΔVTs to cancel out the threshold shift amount ΔvTN. =VTs'VTN...(2) There are fewer 8 fireflies that hold true. In addition, the N-channel transistor Na for the sensor (VGN VsN)
1, upper 6 transistors N8's FikJ1 direct voltage; pre-selected so that the above transistor N8 would turn off when shifted by Δ■ NB from the initial value VTNB,
The following formula % formula % holds true. Therefore, from Ryoshikikan, 1VIN+=-! (B(12 ear songs-'Vt*)2-1
2φfl ・(I, and VIN is a negative potential, the above formula (
Substituting c) and reduction (3) into both equations, VON=VTNII+ΔVTNa −VIN”VTNI
I+ΔVTNa +12φf1 (c) is obtained.

ここで、説明の簡単化のためにN VTNll=0.8
V 。
Here, to simplify the explanation, N VTNll=0.8
V.

ΔVTN=0.3 v 、αN=1.0として、バック
ダートバイアスの増分(Vt5−VrN) = 5vで
被制御用のNチャネルトランジスタN1の閾1直を0.
3v減少させることが可能であると仮定し、補正時のパ
ックダートバイアスVzs=Vas=Ovとすると、V
IN=−5Vであシ、両式翰よシ となる。
Assuming ΔVTN=0.3 v and αN=1.0, the threshold of the controlled N-channel transistor N1 is set to 0.
Assuming that it is possible to reduce the voltage by 3V, and assuming that the pack dirt bias at the time of correction is Vzs=Vas=Ov, V
If IN=-5V, it will be OFF, and both types of wires will be OFF.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように本発明のMOS ) 、’ンジスタ閾僅
の自動補正装置によれは、MOSトランジスタが設けら
れた半導体集積回路の使用中における外的原因によるあ
るいは高集積化に際しての微細化に伴なうMOSトラン
ジスタの閾値のシフトを自動的に補正することができる
。したがって、上記シフ)K起因する回路性能の劣化を
防止でき、半導体集積回路の使用可能時間を大幅に伸ば
すことができる。しかも、本発明装置は、従来の設計、
製造技術を用いて容易に実現可能であシ、1個の閾値補
正回路で1個乃至複数個の被制御MO8)ランジスタの
ノ々ツクff−)バイアスを制御して闇値補正が可能で
あるので、構成が簡易でラシ、ノリーン面積の増加分も
少なくて済むなどの利点もある。
As described above, the MOS transistor threshold automatic correction device of the present invention may be affected by external causes during use of a semiconductor integrated circuit provided with MOS transistors or due to miniaturization during high integration. Shifts in threshold values of MOS transistors can be automatically corrected. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of circuit performance caused by the above-mentioned Schiff)K, and it is possible to significantly extend the usable time of the semiconductor integrated circuit. Moreover, the device of the present invention has a conventional design,
It is easily realized using manufacturing technology, and dark value correction is possible by controlling the bias of one or more controlled MO8) transistors with one threshold value correction circuit. Therefore, it has the advantage that the structure is simple and the increase in the area of the front and back surfaces is small.

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

第1図および第2図はそれぞれ従来のNチャネルMOS
−FETおよびPチャネルMO8−FETの構造を示す
断面図、第3図は本発明に係るMOS )、ランソスタ
閾値の自動補正装置の一実施例を示す回路図、第4図お
よび第す図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路図
である。 Nl r N2 + Pl r P 2・・・被制御用
トランジスタ、N81 PR・・・センサ用トランジス
タ、VIN + VIN r VGN + VIP +
 vgp l VGP + ■I +V、 ・・・電圧
源、■+ + ■3 + I% ・” CMOSインバ
ータ。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦?l’;1 図 第2図 第3図
Figures 1 and 2 are respectively conventional N-channel MOS
-FET and P-channel MO8-FET; FIG. 3 is a MOS according to the present invention; FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention. Nl r N2 + Pl r P 2...Controlled transistor, N81 PR...Sensor transistor, VIN + VIN r VGN + VIP +
vgp l VGP + ■I +V, ... Voltage source, ■+ + ■3 + I% ・” CMOS inverter. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue?l';1 Figure 2 Figure 3

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被制御用MO8)ランジスタと同一半導体チップ
上あるいは別チッグ上に設けられ、ソース・基板相互が
接続された第1のセンサ用MOSトランジスタと、この
第1のセンサ用MO8)ランジスタに所定量の閾値シフ
トが生じたときに導通状態から非導通状態にもしくはそ
の逆に反転させる実効的ダートバイアスを与えるゲート
電圧源およびソース電圧源と、上記第1のセンサ用MO
8)ランジスタのドレインに抵抗もしくはソース・基板
相互が接続された第2のセンサ用MO8) 2ンジスタ
を介して接続される所定の電圧源と、上記第1のセンナ
用MO3)ランジスタのドレイン電位を前記被制御用M
O8)ランジスタの基板に供給する配線とを具備するこ
とを%畝とするMOS )ランジスタ闇値の自動補正装
 :置。
(1) A first sensor MOS transistor that is provided on the same semiconductor chip as the controlled MO8) transistor or on a separate chip, and whose source and substrate are connected to each other, and a a gate voltage source and a source voltage source that provide an effective dart bias to reverse from a conductive state to a non-conductive state or vice versa when a quantitative threshold shift occurs; and a MO for the first sensor.
8) A second sensor MO in which a resistor or a source and a substrate are connected to each other to the drain of the transistor 8) A predetermined voltage source connected through two transistors and the first sensor MO 3) The drain potential of the transistor. The controlled M
O8) A MOS device which is equipped with wiring for supplying to the substrate of the transistor.) An automatic correction device for the transistor darkness value.
(2)前記第2のセンサ用MO8)ランジスタは、第1
のセンサ用MO8)ランノスタと1異なる導電型であシ
、その導通状態が第1のセンサ用MOSトランジスタと
は逆状態となるように実効的ダートバイアスが与えられ
てなることを特徴とする特許 ランジスタ閾値の自動補正装置。
(2) The MO8) transistor for the second sensor is
MO8) A patented transistor for a sensor, characterized in that it is of a conductivity type different from that of the first sensor MOS transistor, and is provided with an effective dart bias so that its conduction state is opposite to that of the first sensor MOS transistor. Automatic threshold correction device.
(3)前記第1のセンサ用MOS }ランジスタは、被
制御用MO8 }ランジスタと同一導電型であることを
特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載のMOS }
ランジスタ閾値の自動補正装置。
(3) The MOS according to claim 1, wherein the first sensor MOS transistor is of the same conductivity type as the controlled MO8 transistor.
Automatic correction device for transistor threshold.
(4)被制御用MOS }ランジスタはCMOS回路に
おけるPチャネルトランジスタおよびNチャネルトラン
ジスタでめシ、この2種類のトランジスタそれぞれに対
応して前記第1のセンナ用MOS }ランジスタを設け
てなることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載
のMOS }ランジスタ閾値の自動補正装置。
(4) The controlled MOS transistor is composed of a P-channel transistor and an N-channel transistor in a CMOS circuit, and the first sensor MOS transistor is provided corresponding to each of these two types of transistors. An automatic correction device for a transistor threshold value according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0675599A2 (en) * 1994-03-30 1995-10-04 Nec Corporation Semiconductor integrated circuit
US5874851A (en) * 1995-12-27 1999-02-23 Fujitsu Limited Semiconductor integrated circuit having controllable threshold level

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