JPS60242658A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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Publication number
JPS60242658A
JPS60242658A JP59222169A JP22216984A JPS60242658A JP S60242658 A JPS60242658 A JP S60242658A JP 59222169 A JP59222169 A JP 59222169A JP 22216984 A JP22216984 A JP 22216984A JP S60242658 A JPS60242658 A JP S60242658A
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JP
Japan
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voltage
difference
circuit
gate
reference voltage
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Pending
Application number
JP59222169A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Yamashiro
山城 治
Kanji Yo
陽 完治
Kotaro Nishimura
光太郎 西村
Kazutaka Narita
成田 一孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS60242658A publication Critical patent/JPS60242658A/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G05F3/24Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only
    • G05F3/242Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
    • G05F3/245Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the temperature

Abstract

PURPOSE:To obtain a reference voltage generator, a temperature change thereof is small, by forming reference voltage on the basis of the threshold voltage difference of an IGFET having a threshold voltage difference corresponding to the Fermi level difference of a gate electrode and controlling a bias voltage generating circuit by an output signal from a voltage comparison circuit. CONSTITUTION:Two IGFETs having silicon-gate electrodes having different conduction types are formed in an silicon-monolithic semiconductor integrated circuit chip. Since these FETs are manufactured under approximately the same conditions with the exception of the conduction types of the gate electrodes, a difference between both Vth is approximately equial to differences among the Fermi levels of P type silicon, N type silicon and I type (an intrinsic semiconductor) silicon. Each impurity is doped to sections close to saturation concentration in the P type and N type gate electrdes, a difference between the saturation concentration is made approximately the same as the energe-gap Eg (approximately 1.1V) or Eg/2 (0.55V) of silicon, and the difference is utilized as a reference voltage source. A reference voltage generator based on such constitution can be used as the reference voltage generator for various electronic circuits because it has small temperature dependence and also a small deviation on manufacture.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子装置、%に基準電圧発生装置とその応用並
びに絶縁ゲート屋電界効果トランジスタとその製造方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to electronic devices, particularly to reference voltage generators and their applications, as well as insulated gate field effect transistors and methods of manufacturing the same.

各種の半導体電子回路において、基準となる電圧を発生
させるには電圧の次元を持った物理量を利用することが
必須の条件である。これまで、その物理量としてはもっ
ばらPN接合ダイオードの順方向電圧降下■、や逆方向
降伏電圧(ツェナ電圧)■2並びに絶縁ゲート型電界効
果トランジスタ(IGFET1MO8FETで代表され
ることが多い)のしきい値電圧Vth等が利用されてい
る。
In various semiconductor electronic circuits, in order to generate a reference voltage, it is essential to use a physical quantity having the dimension of voltage. Until now, the physical quantities have mainly been the forward voltage drop of a PN junction diode (■), the reverse breakdown voltage (Zena voltage) (2), and the threshold of an insulated gate field effect transistor (often represented by IGFET1MO8FET). Value voltage Vth etc. are used.

これらの物理量は絶対的な電圧値を示すものでなく、そ
の電圧値はさまざまなファクターによって変動を受ける
。従って、これらの物理量を各種電子回路の基準電圧発
生装置として利用するためKは、得られる電圧値の変動
要素と許容できる変動幅に注意を払わなければならない
These physical quantities do not indicate absolute voltage values, and the voltage values are subject to fluctuations depending on various factors. Therefore, in order to utilize these physical quantities as a reference voltage generating device for various electronic circuits, K must pay attention to the fluctuation factors of the obtained voltage value and the permissible fluctuation range.

まず、これら物理量の温度特性について言えば上記■、
やVthは通常2〜3mV/C程度の温度依存性を持っ
ており、この温度変化罠伴なう基準電圧の温度変化は用
途によっては実用を断念せざるを得ない程の大きさ及ぶ
First, regarding the temperature characteristics of these physical quantities,
and Vth usually have a temperature dependence of about 2 to 3 mV/C, and the temperature change in the reference voltage that accompanies this temperature change trap is so large that it may be necessary to give up on practical use depending on the application.

例えば公称1.5vの酸化銀電池を使用する電子時計に
おいて、電池の電圧の下がったことを警告する目的で作
られるバッテリー・チェッカーを実現しようとすれば、
1.4V程度を境(検出レベル)として電池電圧の高低
を判断する必要がある。
For example, if you want to create a battery checker for an electronic watch that uses a nominal 1.5V silver oxide battery to warn that the battery voltage has dropped,
It is necessary to judge whether the battery voltage is high or low, with the boundary (detection level) at about 1.4V.

これを0.6V程度のMOSFETのしきい値電圧vt
h又は、ダイオードの順方向降下電圧■2を利用して構
成しようとすれば、1.4vを目標とした検出レベルは =4.67〜7.0(mV/C) の温度依存性を持ち、実用動作温度範囲なoc〜50C
と狭く見積っ”Cも、1.23V 〜1.57Vト大き
く変動することになり、実用的なバッテリーチェッカー
とはなり得ない。
This is the MOSFET threshold voltage vt of about 0.6V.
Or, if you try to configure it using the diode's forward drop voltage (2), the detection level with a target of 1.4V has a temperature dependence of = 4.67 to 7.0 (mV/C). , Practical operating temperature range oc~50C
Even if we narrowly estimate "C", it will fluctuate greatly by 1.23V to 1.57V, so it cannot be used as a practical battery checker.

次に、これら物理量の製造バラツキについては、MO8
FET17)しきい値電圧Vthハ±0.2 V程度度
のバラツキがあり、このバラツキは温度変化よりも大き
くなる。従って、上述のバッテリ・チェッカを■。を利
用してIC(集積回路)化した場合基準電圧補正のため
の外部部品と接続ピン(端子)のみならず、ICff造
後の調整の手間が必要となる。
Next, regarding manufacturing variations in these physical quantities, MO8
FET17) The threshold voltage Vth has a variation of about ±0.2 V, and this variation is larger than the temperature change. Therefore, use the battery checker mentioned above. When making an IC (integrated circuit) using this, not only external parts and connection pins (terminals) for correcting the reference voltage are required, but also the effort of adjustment after the ICff is manufactured is required.

また半導体RAM等、MO8FET集積回路において、
基板(バック・ゲート)(逆バイアス電圧を印加して、
FETのしきい値電圧を制御したい場合、温度依存性お
よび製造バラツキに依存しない基準電圧源が必要であり
、しかも集積化が可能であることが必要であるが、上述
のvFやvthでは同様な理由で採用が難しい。また、
ツェナ電圧v2は低い電圧では3V程度が限度であり、
3V以下の低電圧範囲で使用する基準電圧としては不適
当であり、又、ツェナ電圧及びダイオードの順方向降下
電圧を基準電圧として使用するのには、数mA〜数十m
A程度の電流を流す必要があり、低消費電力化という点
でも不適当である。
Also, in MO8FET integrated circuits such as semiconductor RAM,
Substrate (back gate) (by applying reverse bias voltage,
If you want to control the threshold voltage of a FET, you need a reference voltage source that is independent of temperature dependence and manufacturing variations, and it also needs to be possible to integrate it. Difficult to hire for a number of reasons. Also,
Zener voltage v2 is limited to about 3V at low voltage,
It is unsuitable as a reference voltage to be used in a low voltage range of 3V or less, and a voltage of several mA to several tens of m
It is necessary to flow a current of about A, which is inappropriate in terms of reducing power consumption.

以上の説明から明らかなようにVth 、 v 、およ
びvzを利用した従来の基準電圧発生装置は、温度特性
、製造バラツキ、消費電力および電圧レベル等を考えれ
ば、必ずしもあらゆる用途に適合するものではなく、極
めて厳しい特性が要求される用途に対しては実用化や量
産化を断念せねばならなくなるケースがしばしばであっ
た。
As is clear from the above explanation, conventional reference voltage generators using Vth, v, and vz are not necessarily suitable for all uses, considering temperature characteristics, manufacturing variations, power consumption, voltage levels, etc. In many cases, practical application and mass production had to be abandoned for applications requiring extremely strict characteristics.

本発明者らは、以上のような検討から従来の基準電圧発
生装置の改良には物理的に限界があると知り、新しい考
え、発想を持った基準電圧発生装置の研究、開発に踏み
切った。
From the above studies, the present inventors learned that there are physical limits to the improvement of conventional reference voltage generators, and decided to research and develop a reference voltage generator with new ideas and ideas.

なお、基準電圧発生装置については、例えば特開昭48
−63257号公報に示されているものが公知である。
As for the reference voltage generator, for example,
The one shown in Japanese Patent No.-63257 is publicly known.

本発明の目的は従来にはみられない全く新しい考えに基
すいた基準電圧発生回路を提供し、電子回路の設計、量
産化を容易にすることにある。
An object of the present invention is to provide a reference voltage generation circuit based on a completely new idea not seen in the past, and to facilitate the design and mass production of electronic circuits.

本発明の他の目的は温度変化の小さい基準電圧発生装置
を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a reference voltage generator with small temperature changes.

本発明の他の目的は得られる電圧値の変動が製造条件の
変動忙対して小さい、例えばロット間の製造バラツキ(
偏差)が小さい基準電圧発生装置を提供することである
Another object of the present invention is to ensure that fluctuations in voltage values obtained are small compared to fluctuations in manufacturing conditions, such as manufacturing variations between lots (
It is an object of the present invention to provide a reference voltage generating device with a small deviation).

以下余白 本発明の他の目的は製造後の調整が不要な程に製造バラ
ツキを小さくできる集積回路化された基準電圧発生装置
を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an integrated circuit reference voltage generating device that can reduce manufacturing variations to such an extent that post-manufacturing adjustments are unnecessary.

本発明の他の目的は目標仕様に対して大きい余裕度を持
って製造することが可能な基準電圧発生装置を含む集積
回路化された電子回路装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an integrated electronic circuit device including a reference voltage generating device that can be manufactured with a large margin of tolerance to target specifications.

本発明の他の目的は製造歩留りの高い基準電圧発生装置
を含む集積回路化された電子回路装置を提供することで
ある。
Another object of the present invention is to provide an integrated electronic circuit device including a reference voltage generator with high manufacturing yield.

本発明の他の目的はIGFET集積回路に適した基準電
圧発生装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a reference voltage generator suitable for IGFET integrated circuits.

本発明の更に他の目的は消費電力の少ない基準電圧発生
装置および電圧比較器を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a reference voltage generator and a voltage comparator that consume less power.

本発明の他の目的は精度の優れた低電圧(1,1V以下
)を得ることができる基準電圧発生装置を提供すること
である。
Another object of the present invention is to provide a reference voltage generator capable of obtaining a low voltage (1.1 V or less) with excellent accuracy.

本発明の他の目的は比較的低い電圧(約1〜3■)の電
源、例えば1.5■の酸化銀電池や1.3vの水銀電池
に適合する基準電圧発生装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a reference voltage generator that is compatible with relatively low voltage (approximately 1 to 3 V) power sources, such as 1.5 V silver oxide batteries and 1.3 V mercury batteries. .

本発明の他の目的は半導体集積回路に適合する基準電圧
発生装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a reference voltage generator suitable for semiconductor integrated circuits.

本発明の他の目的は高精度の電圧比較器、安定化電源装
置、定電流回路、バッテリaチェッカを提供することで
ある。
Another object of the present invention is to provide a highly accurate voltage comparator, stabilized power supply device, constant current circuit, and battery a checker.

本発明の他の目的は高精度のバッテリ・チェッカを内蔵
した、外部端子数の少ない電子時計用半導体集積回路装
置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device for an electronic watch that has a built-in highly accurate battery checker and has a small number of external terminals.

本発明の他の目的はバック・バイアスの印加されたIG
FETのしきい値電圧を製造バラツキや温度変化に依存
しないほぼ一定の電圧に維持でき、もって製造歩留りを
向上できるIGFET集積回路を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a back-biased IG
An object of the present invention is to provide an IGFET integrated circuit in which the threshold voltage of an FET can be maintained at a substantially constant voltage independent of manufacturing variations and temperature changes, thereby improving manufacturing yield.

本発明の他の目的は相補製絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ集積回路(0MO8IC)やNチャンネルMO8I
CやPチャンネルMO8ICとコンパチブルな基準電圧
発生装置とその製造方法を提供することである。
Another object of the present invention is to manufacture complementary insulated gate field effect transistor integrated circuits (0MO8IC) and N-channel MO8I
It is an object of the present invention to provide a reference voltage generator compatible with C- and P-channel MO8ICs, and a method for manufacturing the same.

本発明は半導体や金属の物性の原点にたちかえり、特に
エネルギーギャップEg、仕事関数φ、フェルミ準位E
f岬に着眼して成されたものである。
The present invention returns to the origin of the physical properties of semiconductors and metals, and in particular, the energy gap Eg, work function φ, Fermi level E
It was created with a focus on Cape F.

即ち、半導体がエネルギー・ギヤ2プ8位を持つことは
周知であるが、これら半導体の物性、特にエネルギ、−
・ギャップEgやフェルミ準位E,に着目した基準電圧
発生装置は、半導体が発見されて以来広範囲の分野に目
覚ましい発展を遂げた現在に至るまで、いまだ例をみな
い。
That is, it is well known that semiconductors have an energy gear of 2p, but the physical properties of these semiconductors, especially energy, -
・A reference voltage generator that focuses on the gap Eg and the Fermi level E has never been seen before, having made remarkable progress in a wide range of fields since the discovery of semiconductors.

結果論で言うと、本発明者らはこのエネルギー・ギャッ
プE 、仕事関数φ、フェルミ準位E。
In terms of results, the present inventors determined the energy gap E, the work function φ, and the Fermi level E.

吟を基準電圧源に利用することを考え、その実現に成功
した。エネルギー・ギャップE 、フェルミ準位E,等
を基準電圧源に使用すること自体は決して難しい理論で
はなく、その結果はたやすく理解、納得できるところで
あろう。しかしながら、もはや浅い歴史ではな(なった
この半導体工業の分野において、半導体物性の原点にた
ちがえり、本発明者らがもたらした前人未到と信じられ
るこの成功例は独創的かつ画期的なものであり、今後の
電子回路や半導体工業の一層の発展に太き(寄与できる
ものと期待される。
We thought of using Gin as a reference voltage source, and succeeded in realizing it. Using energy gap E, Fermi level E, etc. as a reference voltage source is not a difficult theory in itself, and the results are easy to understand and accept. However, in the field of semiconductor industry, which is no longer a short history, this success story, which is believed to be unprecedented and unprecedented by the present inventors, is original and groundbreaking, as we have returned to the origins of semiconductor physical properties. It is expected that it will make a significant contribution to the further development of the electronic circuit and semiconductor industries in the future.

本発明の一実施例圧よれば、シリコン−ゲート電極の導
電派が異なる2つのIGFETがシリコン・モノリフツ
ク半導体集積回路チップ内に作られる。これらのFET
はゲート電極の導電製を除いてほば同じ条件で製造され
るので、両者のvthの差ははPIF型シリコン、N汲
シリコン、i型(真性半導体)シリコンのフェルミ準位
の差に等しくなる。P型、N型ゲート電極には飽和濃度
付近にそれぞれの不純物がドープされ、この差はシリコ
ンのエネルギー・ギャップEgl11.IV)もしくは
E、/2(0,55■)にほば等しくなり、これが基準
電圧源として利用される。
According to one embodiment of the present invention, two IGFETs with different silicon-gate electrode conductivity groups are fabricated within a silicon monolithic semiconductor integrated circuit chip. These FETs
are manufactured under almost the same conditions except for the conductivity of the gate electrode, so the difference in vth between the two is equal to the difference in Fermi level of PIF-type silicon, N-type silicon, and i-type (intrinsic semiconductor) silicon. . The P-type and N-type gate electrodes are doped with respective impurities near the saturation concentration, and this difference is determined by the silicon energy gap Egl11. IV) or E,/2 (0,55■), which is used as a reference voltage source.

このような構成に基ずく基準電圧発生装置は温度依存性
が小さくまた製造偏差も小さいので、各種電子回路の基
準電圧発生装置として利用され得る。
A reference voltage generating device based on such a configuration has low temperature dependence and small manufacturing deviation, so it can be used as a reference voltage generating device for various electronic circuits.

本発明および本発明の更に他の目的は図面を参照した以
下の説明から一層明白に理解されるであろう。
The present invention and further objects thereof will be more clearly understood from the following description with reference to the drawings.

半導体の結晶構造から始まり、半導体のエネルギー−バ
ンドおよびドナーとアクセプタ不純物が半導体にもたら
す現象などへと展開していく半導体の物性論は数多くの
文献で説明されている。
Numerous documents explain the physical properties of semiconductors, starting from the crystal structure of semiconductors and expanding to the energy bands of semiconductors and the phenomena caused by donor and acceptor impurities in semiconductors.

組成の異なる半導体がそれぞれ固有のエネルギー・ギャ
ップEgを有し、eVで表わされるエネルギー・ギャッ
プEgが電圧の次元を持っていることは舊うまでもなく
周知である。しかしながら、前述したように半導体が固
有のエネルギー・ギャップEgを持ち、この温度依存性
が小さいことに着目し、これを基準電圧源として利用し
た例はいまだ例をみない。
It goes without saying that semiconductors with different compositions each have a unique energy gap Eg, and that the energy gap Eg expressed in eV has the dimension of voltage. However, as mentioned above, there has never been an example in which a semiconductor has a unique energy gap Eg and this temperature dependence is small, and this is used as a reference voltage source.

本実施例はこのような半導体物性の基礎から出発して成
されたものであるので、本発明の詳細な説明はまずは半
導体の物性を引き合いにして本発明の原理的なところか
ら始める。なお、半導体の物性については、多くの文献
で力)なり丁寧に説明されているので、以下その文献の
一つであるSeM−8ZE著、−physics of
 Sem1conductorDevices”、19
69年John Wi ley &5ons社発行1特
にChapter 2 ”Physics andPr
opertiesof Sem1conductors
 −A Resume”11j[〜65頁の助けを借り
て簡単に説明する。
Since this embodiment was developed starting from the basics of semiconductor physical properties, a detailed explanation of the present invention will first start from the fundamentals of the present invention with reference to the physical properties of semiconductors. The physical properties of semiconductors are explained in detail in many documents.
Sem1conductorDevices”, 19
Published by John Wiley & 5ons in 1969 1 Especially Chapter 2 “Physics and Pr.
operations of Sem1 conductors
-A Resume” 11j [to be briefly explained with the help of page 65.

エネルギー・ギャップEgの応用 半導体の組成物としてはさまざまなものがあるが、その
うち現在工業的に利用されている半導体として代表的な
のがゲルマニウム(Ge)、シリコン(Si)の非化合
物半導体とガリュウム・ひ素(GaAs)化合物半導体
である。これらのエネルギーψギャップEgと温度との
関係は前述の著書24頁で説明されており、これを第1
図に再掲するa 第1図から理解されるよ51C,Ge*SiおよびG 
a A sのEgは常温(300°K)で、それぞれ、
0.80(eV)、1.12(eV)および1.43(
eV)である。またその温度依存性は、それぞれ、o、
a9 (meV/’K)、0.24 (meV/”K 
)および0.43 (men/@K)である。従って、
これらのエネルギー・ギャップEgに相当する或いはそ
れに近い値の電圧を取り出すことによって、前述したP
N接合ダイオードの順方向電圧降下5やIGFETのし
きい値電圧Vthが持つ温度依存性より1桁も小さい温
度依存性を持つ基準電圧発生装置が得られる。さらに、
得られる電圧は半導体固有のエネルギ、−・ギャップE
gで決まり、例えばSlでは常温で約1.12(V)と
他の要因とはほぼ無関係に定められ、製造条件吟のバラ
ツキに左右されにくい基準電圧を得ることが可能である
There are various compositions of applied semiconductors for the energy gap Eg, among which the representative semiconductors currently used industrially are non-compound semiconductors such as germanium (Ge) and silicon (Si), and gallium and silicon (Si). It is an arsenic (GaAs) compound semiconductor. The relationship between these energy ψ gaps Eg and temperature is explained on page 24 of the aforementioned book, and this is
Reprinted in Figure a As can be understood from Figure 1, 51C, Ge*Si and G
The Eg of a A s is at room temperature (300°K), respectively.
0.80 (eV), 1.12 (eV) and 1.43 (
eV). Moreover, its temperature dependence is o,
a9 (meV/'K), 0.24 (meV/'K
) and 0.43 (men/@K). Therefore,
By extracting a voltage corresponding to or close to these energy gaps Eg, the above-mentioned P
A reference voltage generator can be obtained that has a temperature dependence that is one order of magnitude smaller than the temperature dependence of the forward voltage drop 5 of an N-junction diode or the threshold voltage Vth of an IGFET. moreover,
The voltage obtained is the energy specific to the semiconductor, −・Gap E
For example, in the case of Sl, it is determined as approximately 1.12 (V) at room temperature, almost independently of other factors, and it is possible to obtain a reference voltage that is not easily influenced by variations in manufacturing conditions.

では、この半導体のエネルギー・ギャップEgに相当す
る電圧はいかなる原理に基ずいて取り出すことができる
か、その−例を説明する。
Now, an example will be explained based on which principle the voltage corresponding to the energy gap Eg of this semiconductor can be extracted.

(仕事間a)の差の応用 半導体にドナーおよびアクセプター不純物をドープした
場合のエネルギー単位の状態はよく知られている。なか
でも本発明で注目したところは、Nff1およびP型半
導体10フェルミ・エネルギーの位置するところが、真
性半導体のフェルミ・エネルギー準位′Eiを基準にし
て、それぞれ伝導帯および価電子帯に向けて2分される
という物性である。そして、アクセプターおよびドナー
不純物の濃度が高ければ高い程、真性半導体のフェルミ
準位B1Thら一層離れる傾向で、P型半導体のフェル
ミ準位EfPは価電子帯の最上限準位Evに近づき、N
成牛導体の7工ルミ準位Efnは伝導帯の最下限準位E
cK近づぎ、両7エルミ準位の差(Efn−Efp)を
とれば、これは半導体の持つエネルギー・ギャップEg
により近づくことになり、その温度依存性もエネルギー
・ギャップEgのそれに近くなる。また、P型半導体と
真性半導体、およびN型半導体と真性半導体の7工ルミ
単位の差(Efn−5E1)、(Ei−Efp)につい
ても同様であるが、この場合絶対値はE g/2に近づ
く。以下真性半導体との差についてはPWとN型の差の
牛分忙なるということで、説明を省略する。詳しくは後
述するが不純物濃度が高ければ高い程(Efn−Ef、
 )の温度依存性は小さくなり、飽和濃度にできるだけ
近い濃度にすることが好ましい。
Application of the difference in (work a) The energy unit state when a semiconductor is doped with donor and acceptor impurities is well known. What we particularly focused on in the present invention is that the Fermi energies of Nff1 and P-type semiconductor 10 are located at 2 points toward the conduction band and valence band, respectively, based on the Fermi energy level 'Ei of the intrinsic semiconductor. It is a physical property of being separated. As the concentration of acceptor and donor impurities increases, the Fermi level EfP of the P-type semiconductor tends to be further away from the Fermi level B1Th of the intrinsic semiconductor, and the Fermi level EfP of the P-type semiconductor approaches the uppermost level Ev of the valence band, and the N
The 7-luminium level Efn of an adult conductor is the lowest level E of the conduction band.
As cK approaches, if we take the difference between both 7 Hermi levels (Efn - Efp), this is the energy gap Eg of the semiconductor.
, and its temperature dependence also becomes close to that of the energy gap Eg. The same is true for the difference (Efn-5E1) and (Ei-Efp) in 7 lumi units between a P-type semiconductor and an intrinsic semiconductor, and between an N-type semiconductor and an intrinsic semiconductor, but in this case, the absolute value is E g/2 approach. The explanation of the difference with the intrinsic semiconductor will be omitted here, as it is the same as the difference between PW and N type. The details will be described later, but the higher the impurity concentration (Efn-Ef,
) has a small temperature dependence, and it is preferable to make the concentration as close as possible to the saturation concentration.

フェルミ準位Efn 、”fpはドナーおよびアクセプ
ター不純物の濃度だけでなく、ドナーおよびアク七ブタ
ー準位EdおよびE、にも関係し、この準位Ed、E、
は不純物材料によりて異なる。準位IdおよびE、Lが
それぞれ伝導帯および価電子WVC近い程、フェルミ準
位Efdおよび′Efaもそれぞれに近づ(。言い換え
れば、ドナーおよびアクセプターの不純物準位Ed、E
fが浅い程、7工ルミ準位の差(Efn−Efp ”)
は半導体のエネルギー・ギャップEgに近くなる。
The Fermi level Efn, "fp is related not only to the concentration of donor and acceptor impurities, but also to the donor and acceptor levels Ed and E, which levels Ed, E,
varies depending on the impurity material. The closer the levels Id, E, and L are to the conduction band and the valence electron WVC, respectively, the closer the Fermi levels Efd and 'Efa are to each other (in other words, the impurity levels Ed, E of the donor and acceptor
The shallower f is, the difference in 7-factor lumi levels (Efn-Efp'')
becomes close to the energy gap Eg of the semiconductor.

ドナーおよびアクセプターの不純物準位Ed。Donor and acceptor impurity levels Ed.

zl−b=真性半導体のフェルミ・レベルEiK近い程
、すなわち深い程フェルミ準位の差(Efn−Efp)
は半導体のエネルギー・ギャップE、かもより離れる。
zl-b = The closer to the Fermi level EiK of the intrinsic semiconductor, that is, the deeper the Fermi level difference (Efn-Efp)
is the semiconductor energy gap E, which is even further apart.

しかしながら、このことは必ずしも温度依存性が悪くな
ることを意味しているのではなく、フェルミ準位の差(
Efn−E4p)の絶対値が小さくなることを意味して
いる。従って、フェルミ準位の差(Efn−Efp)や
仕事関数の差は、半導体材料および不純物材料等の材料
固有のものであり、別の見方をすれば半導体のエネルギ
ー・ギャップE、とカテゴリをJ%にした、ギャップE
However, this does not necessarily mean that the temperature dependence becomes worse, but the difference in Fermi level (
This means that the absolute value of Efn-E4p) becomes smaller. Therefore, the difference in Fermi level (Efn-Efp) and the difference in work function are unique to materials such as semiconductor materials and impurity materials.From another perspective, the energy gap E of semiconductors and the category J Gap E in %
.

と並ぶ基準電圧源と成り得る。すなわち、フェルミ単位
の差(”fn−”fp)は、それ自体で、PN接合の順
方向電圧降下V、やIGFETのしきい値電圧vthよ
りも温度依存性が小さく、また製造バラツキに左右され
kくい基準電圧源となり得、浅いドナーおよびアクセプ
タ準位Ed、Efを示す不純物材料を使用してフェルミ
単位の差(”fn”−、Ef、)を取り出すことが、半
導体のエネルギー・ギャップEgKfiぼ近い値の電圧
を取り出す一つの方法となり得る訳である。一方、得ら
れる電圧値の設定に関して言えば、半導体のエネルギー
・ギャップに相当するだけの比較的大きい基準電圧を得
ることを目的とする場合には、浅い単位を示す不純物を
使用し、比較的小さい基準電圧を得ることを目的とする
場合には深い単位を示す不純物を使用すれば嵐い。
It can be used as a reference voltage source along with . In other words, the Fermi unit difference ("fn-"fp) itself has less temperature dependence than the forward voltage drop V of a PN junction or the threshold voltage Vth of an IGFET, and is not affected by manufacturing variations. Extracting the Fermi unit difference (“fn”−, Ef,) using an impurity material that can serve as a reference voltage source and exhibits shallow donor and acceptor levels Ed, Ef reduces the semiconductor energy gap EgKfi. This can be one way to extract voltages with similar values. On the other hand, when it comes to setting the voltage value to be obtained, if the purpose is to obtain a relatively large reference voltage equivalent to the energy gap of a semiconductor, an impurity exhibiting a shallow unit is used, and a relatively small If the purpose is to obtain a reference voltage, it is best to use an impurity that indicates a deep unit.

不純物材料の選択の具体例 7工ルミ準位Efとドナー準位Ed、アクセプタ準位E
c、ドナー濃度Nd、アクセプタ濃度N&および温度T
との関係についてはvXz図および第3図を参照して更
に詳しく説明するが、それに先立ち、Ge、31および
GaAs半導体に対して各不純物がどのような準位を示
すかを理解し、本発明ではそれらの不純物ないかに利用
するかを理屏するために、前述の文献第30頁のデータ
を第4図として再掲し、説明を加える。
Specific example of selection of impurity materials 7 Luminous level Ef, donor level Ed, acceptor level E
c, donor concentration Nd, acceptor concentration N& and temperature T
The relationship between the two will be explained in more detail with reference to the vXz diagram and FIG. Now, in order to understand how to utilize these impurities, the data from page 30 of the above-mentioned literature is reproduced as FIG. 4, and an explanation will be added.

第3図(a) 、 (b)および(c)は、それぞれ、
GetSlおよびGaAsに対する各種不純物のエネル
ギー分布を示す図であり、各図における数字は、破線で
表わされたギャップの中心Eiから上側に位置する単位
については伝導帯の最下限準位Ecからのエネルギー差
(E、−Ed)を示し、下@に位置する準位については
価電子帯の最上限準位E からのエネルギー差(Ea−
Ev)を示し、マ その単位はいずれも(eV)である。
Figures 3(a), (b) and (c) are, respectively,
It is a diagram showing the energy distribution of various impurities with respect to GetSl and GaAs, and the numbers in each diagram indicate the energy from the lowest level Ec of the conduction band for units located above the center Ei of the gap represented by the broken line. The difference (E, -Ed) is shown, and for the lower level, the energy difference from the uppermost level E of the valence band (Ea-
Ev), and the unit for both is (eV).

従りて、同図において小さい数値で示された不純物材料
はその準位が伝導帯の最下限単位Ec若しくは価電子帯
の最上限準位EvK近いことを表わしており、エネルギ
ー・ギャップE、に近い電圧を得る不純物としてふされ
しい。例えば現在量もひんばんに使用されている8iK
対しては、L i + S b −P 、A sおよび
Biのドナー不純物およびB、AJおよびGaのアクセ
プター不純物の示す単位差(EC−Ed)、(1,−E
、)が最も小さく、それぞれの準位差はいずれもSlの
エネルギー・ギャップE2の約6%以下である。
Therefore, the impurity material indicated by a small value in the figure indicates that its level is close to the lowest unit Ec of the conduction band or the highest level EvK of the valence band, and the energy gap E, It is suitable as an impurity to obtain a similar voltage. For example, 8iK, which is currently being used extensively.
For the unit difference (EC-Ed) of the donor impurities of As and Bi and the acceptor impurities of B, AJ and Ga, (1,-E
, ) are the smallest, and each level difference is about 6% or less of the energy gap E2 of Sl.

これらの不純物を使用したN鳳S lおよびpastの
フェルミ単位の差(Eta−Efa)は、0°Kからの
温度変化を無視すれば、Slのエネルギー・ギャップE
2の約94%〜97%となり、はぼEgにやしい値とな
る。また、上記不純物の次に小さい準位差(Ec−Ed
)、(E、−Ev)を示すドナー不純物はS(Egの約
16%)で、アクセプター不純物はIn(Egの約14
%)であり、各不純物を使用したN型S1およびPlu
s iのフェルミ単位の差(Ef、1−”th、、;’
は00Kにおいて約0.85Kgとなり、Slのエネル
ギー・ギャップEgとのずれは約15%にも及び、上述
の不純物に対してずれは極端に開くことが判る。
Using these impurities, the Fermi unit difference (Eta - Efa) of Nho S l and past is equal to the energy gap E of Sl, if the temperature change from 0°K is ignored.
It is about 94% to 97% of 2, which is a value that is easy on Eg. In addition, the level difference (Ec-Ed
), (E, -Ev), the donor impurity is S (approximately 16% of Eg), and the acceptor impurity is In (approximately 14% of Eg).
%), and N-type S1 and Plu using each impurity
Fermi unit difference of s i (Ef, 1-"th,,;'
is about 0.85 Kg at 00K, and the deviation from the energy gap Eg of Sl is as much as about 15%, and it can be seen that the deviation becomes extremely wide with respect to the above-mentioned impurities.

従って、Slのエネルギー・ギャップEgにほぼ等しい
電圧を得るためのP型およびN型Slの不純物材料とし
ては、L l 、S b * P 、A s’およびB
1のグループから選択された1つのドナー不純物および
B、A−6およびGaのグループから選択された1つの
アクセプター不純物が好適であり、その他の不純物はS
iのエネルギー・ギャップE、よりかなり小さい電圧を
得る目的に好適であろう。
Therefore, impurity materials for P-type and N-type Sl to obtain a voltage approximately equal to the energy gap Eg of Sl are L l , S b * P , A s' and B
One donor impurity selected from the group 1 and one acceptor impurity selected from the group B, A-6 and Ga are preferred; the other impurities are S
It would be suitable for the purpose of obtaining a voltage much smaller than the energy gap E of i.

次に、フェルミ準位の差CBfn−Efp)について、
第2図を参照して物性的な説明をする。第2図は半導体
のエネルギー準1位を示す図であり、同図(−および(
b)はそれぞれNW半導体のエネルギー準位モデルとそ
の温度特性を示し、同図(c)および(d)はそれぞれ
PW半導体のエネルギー準位モデルとその温度特性を示
している。
Next, regarding the Fermi level difference CBfn-Efp),
The physical properties will be explained with reference to FIG. Figure 2 is a diagram showing the energy level 1 of a semiconductor.
Figure b) shows an energy level model of a NW semiconductor and its temperature characteristics, and Figures (c) and (d) each show an energy level model of a PW semiconductor and its temperature characteristics.

半導体中のキャリアはドナーの不純物Ndのうち、イオ
ン化して生じた電子ndと価電子帯より励起された電子
及びホールのベアーである。不純物Ndが十分大きい時
は励起された電子及びホールのペアーが無視でき、伝導
電子の数nはn+nd ・・・(1) となる。ndはドナー準位にトラップされる確率から、
またnは、伝導帯に存在する電子数からめられ、各々 となる。ここで、 h;ブランク定数、m”;電子の有効質量これより、 となり、 となる。
Carriers in the semiconductor are electrons nd generated by ionization of the donor impurity Nd, and bare electrons and holes excited from the valence band. When the impurity Nd is sufficiently large, the excited electron and hole pairs can be ignored, and the number n of conduction electrons is n+nd (1). nd is the probability of being trapped in the donor level,
Further, n is determined from the number of electrons present in the conduction band, and is determined by the number of electrons present in the conduction band. Here, h: blank constant, m'': effective mass of electron.

ここで、フェルミ・準位は、EeK接近した位置にある
場合を相定しているから(5)式の第一項は無視できて となる。
Here, the first term of equation (5) can be ignored since the Fermi level is determined for the case where it is located close to EeK.

この式の示すところは温度が低い時はもちろん、フェル
ミ準位は伝導帯の下端とドナー準位の中間に位置し、温
度の依存性は、Ecの温度特性にはぼ等しくなる。
This equation shows that when the temperature is low, the Fermi level is located between the lower end of the conduction band and the donor level, and the temperature dependence is approximately equal to the temperature characteristic of Ec.

以下余白 但し、温度が十分高(なりだ場合には、価電子帯から励
起された電子とホールのベアーから多数となり、不純物
の影響は少なくなり、フェルミ・単位は真性半導体の準
位Eiに近ずく。以上の関係を示したものが、第2図の
)である。
Margins belowHowever, if the temperature is sufficiently high, there will be a large number of electrons and holes excited from the valence band, the influence of impurities will be reduced, and the Fermi unit will be close to the level Ei of the intrinsic semiconductor. The above relationship is shown in Figure 2).

第2図(C)のようなアクセプター不純物だけを含んだ
P型半導体の場合も全く同様で、低温の時及び、アクセ
プター不純物濃度が大きい場合には、フェルミ準位は、
低電子帯の上端と7クセプター準位の中間にほぼ位置し
温度が高くなると真性半導体のフェルミ・準位に近づい
ていく。
The same is true for a P-type semiconductor containing only acceptor impurities as shown in Figure 2(C); at low temperatures and when the acceptor impurity concentration is high, the Fermi level is
It is located approximately between the top of the low electron band and the 7 receptor level, and as the temperature increases, it approaches the Fermi level of an intrinsic semiconductor.

この関係を示したものが第2図(d)である。This relationship is shown in FIG. 2(d).

フェルミ準位Efp * ”fnの温度依存性と不純物
濃度との関係について物性的な説明をしたが、次に、現
在最も多く実用されているSi半導体を具体例として、
前述の著11:37頁のデータを参考にして、実用化す
る際のフェルミ準位の差(Efn−Bfp’)とその温
度依存性について説明する。
Having explained the physical properties of the relationship between the temperature dependence of the Fermi level Efp*fn and the impurity concentration, next we will use the Si semiconductor, which is currently the most commonly used semiconductor, as a specific example.
The Fermi level difference (Efn-Bfp') and its temperature dependence in practical use will be explained with reference to the data in the aforementioned book 11:37.

第3図にそのデータを昇揚する。The data is shown in Figure 3.

通常のSi半導体集積回路製造プμセスにおいて不純物
材料としてはもっばらボロンB、リンPが使用され、そ
の不純物濃度の高いところでは101°(atoms 
/ ctnりであるが、不純物濃度をそれより2桁低い
10 ” (atoms/c+a’)としても、第3図
から読み取れるように、N型半導体とP型半導体のフェ
ルミ・準位の差(Efn−Efp ))’!、300″
Kにおいて0.5− (−0,5)−1,0(eV )
であり同温度でのエネルギーギャップE g = 1.
1 e Vに比較的近い値となる。温度に対する変化は
200oIcから400°K(−7(1〜13oc)の
範囲で、約1.04 (eV )カら0.86(eV)
の変化テ、変化率は、0.9 (mV/ C)である。
In the normal Si semiconductor integrated circuit manufacturing process, boron B and phosphorus P are mostly used as impurity materials, and in areas where the impurity concentration is high, 101° (atoms
/ctn, but even if the impurity concentration is 10''(atoms/c+a'), which is two orders of magnitude lower than that, as can be read from Figure 3, the Fermi level difference (Efn) between the N-type semiconductor and the P-type semiconductor is -Efp))'!, 300″
0.5-(-0,5)-1,0(eV) at K
And the energy gap at the same temperature E g = 1.
The value is relatively close to 1 eV. Changes with temperature range from 200 oIc to 400 °K (-7 (1 to 13 oC), approximately 1.04 (eV) to 0.86 (eV)
The rate of change is 0.9 (mV/C).

これは先に述べたIGFETのしきい値電圧Vth及び
、ダイオードの順方向降下電圧vPの温度に対する変化
率が2〜3mV/Cであるのに対し約1/3の小さい値
である。
This is a small value of about 1/3 of the above-described rate of change of the threshold voltage Vth of the IGFET and the forward drop voltage vP of the diode with respect to temperature, which is 2 to 3 mV/C.

不純物濃度が10!0ell’以上であればシリコンエ
* /”f −’f’ + y フ(E g ) S 
i−1,1(V )にはに等しくなり、温度の変化率は
約0.2mV/1:’となり、十分小さい値となる。
If the impurity concentration is 10!0ell' or more, silicon E* /"f -'f' + y F(E g )
i-1,1(V) is equal to , and the rate of change in temperature is approximately 0.2 mV/1:', which is a sufficiently small value.

従って、不純物濃度は約I Q I S Cm−3以上
であれば少くとも従来より1/2〜1/3に小さくされ
た温度依存性を得ることができ、更に好ましくは102
OC@−3以上(約1/10に改善)、更に最も好まし
くは飽和濃度である。
Therefore, if the impurity concentration is about I Q I S Cm-3 or more, it is possible to obtain a temperature dependence that is at least 1/2 to 1/3 smaller than that of the conventional one, and more preferably 102
The concentration is OC@-3 or higher (improved to about 1/10), and most preferably saturation concentration.

7工ルミ準位Ω差の取り出しFA理と実例では、このフ
ェルミ準位の差(Efn−Efp) 。
7 Extraction of Lumi Level Ω Difference In the FA theory and practical example, this Fermi level difference (Efn - Efp).

(Efn−Ei) w (Ei−Elp)に相当する電
圧はいかなる原理に基ずいて取り出すことができるのか
、その−例は、同一半導体基体表面に形成された導電型
の異なる半導体ゲート電極を有する2つのMOSFET
のしきい値電圧Vthの差を利用することである。以下
その具体例を説明する。
On what principle can the voltage corresponding to (Efn-Ei) w (Ei-Elp) be derived? An example is when semiconductor gate electrodes of different conductivity types are formed on the same semiconductor substrate surface. 2 MOSFETs
The method is to utilize the difference in the threshold voltages Vth. A specific example will be explained below.

第5図は各FETの概念的な断面構造を表わしたもので
ある。以後簡単のため、P+型半導体をゲート電極とし
たMO8)ランジスタをP′−ゲー)MOS 、 N−
1′型型半体をゲート[極としたMOSトランジスタを
N+ゲートMO5i型半導体を明細書の浄書(内容に変
更なしン ゲート電極としたMOS)ランジスタをiゲート1!極
と言うこととする。同図において左半分はP+、iおよ
びN+ゲグーPチャンネルMO8)ランジスタであり、
右半分はN+、iおよびP+ゲートNチャンネルMOS
)ランジスタである。
FIG. 5 shows a conceptual cross-sectional structure of each FET. From now on, for the sake of simplicity, we will refer to the MO8) transistor with a P+ type semiconductor as the gate electrode as P'-Ga) MOS, N-
A MOS transistor with a 1'-type half as a gate [pole] is an N+ gate MO5 an i-type semiconductor is a MOS transistor with a gate electrode as an i-gate 1! Let's call it extreme. In the same figure, the left half is the P+, i and N+ Gegu P channel MO8) transistors,
Right half is N+, i and P+ gate N channel MOS
) is a transistor.

第5図のM OS F E T (Q+ )〜(Q8)
、(Q4)〜(Q6)の相互のしきい値電圧の差は下表
のようになる。
MOS FET (Q+) ~ (Q8) in Fig. 5
, (Q4) to (Q6) are as shown in the table below.

表 第6図(a) 、 (b)ないし第11図(a) 、 
(b)は、実際に回路構造上使用される平面パターンと
平面パターンのA−A部断百とを、P+ゲート、iゲー
ト。
Tables Figures 6(a), (b) to 11(a),
(b) shows a plane pattern actually used in the circuit structure and a section A-A of the plane pattern for P+ gate and i gate.

特開昭GO−242658(8) Nグー)の各P−チャンネルおよびNチャンネルMOS
)ランジスタを断面構造と合せて、表わしたものである
Each P-channel and N-channel MOS of JP-A-Sho GO-242658 (8) N-channel)
) The transistor is shown together with its cross-sectional structure.

上記各図において、ソースおよびドレインのP型領域は
多結晶Siをマスクとして、不純物の拡散によって形成
される。P型不純物及びN型不純物を選択拡散するため
のマスクと上記ソースおよびドレイン領域とのマスク合
せの余裕をとるためにゲート1!極のソース及び、ドレ
インに接した両端部には、とグー)MOS、N+ゲグー
MO8の両者ともソース及びドレイン領域と同じ不純物
が拡散される。例えばPチャンネルMO8ではP型不純
物である硼素が拡散される。ゲート電極の中央には、P
+グー)MOSはP型不純物が、N+ゲグーMO8はN
型不純物が拡散される。
In each of the above figures, the P-type regions of the source and drain are formed by diffusion of impurities using polycrystalline Si as a mask. In order to ensure a margin for mask alignment between the mask for selectively diffusing P-type impurities and N-type impurities and the source and drain regions, the gate 1! The same impurities as the source and drain regions are diffused into both end portions of the poles in contact with the source and drain of both the MOS and the N+GEG MO8. For example, in the P-channel MO8, boron, which is a P-type impurity, is diffused. In the center of the gate electrode, P
+ goo) MOS has P type impurity, N + goo MO8 has N
Type impurities are diffused.

上記第6図、第7図及び第8図は各々PチャンネルのP
+ゲート、iゲート、N+ゲグーMO8の平面図と断面
図を表わしており、第9図、第10図及び、第11図は
各々NチャンネルのN+ゲグー、IゲートN+グートM
O8の平面図と断面図を表わしている。
The above figures 6, 7 and 8 show the P channel of P channel.
+ gate, i gate, N+ gate MO8 are shown in plan view and cross-sectional view, and FIGS. 9, 10, and 11 are N channel N+ gate, I gate N+ gate M, respectively.
A plan view and a cross-sectional view of O8 are shown.

第6図〜第11図において、セ/I/7・アラインのた
めにとったゲートのソース及びドレイン領域と同じ不純
物拡散領域が、マスクの合わせの誤差により、製造時に
おいて、左右(ソース側あるいはドレイン側)の一方に
片寄ったことによるMOS)9ンジスタの実効的なチャ
ンネル長のずれ(変化)が極力少なくなるように、ソー
ス領域とドレイン領域の列を交互に配置し、かつ全体的
に左半分と右半分がチャンネル方向に対して線対称とな
るように配置される。従って、マスク合わせのチャンネ
ル方向に対する(左右)のズレが各列のFETの実効チ
ャンネル長に変化を及ばしても、並列に接続された各列
のP+グー)MO8iゲートグー8.及びN+ダグ−M
OSの平均的な実効チャンネル長は、全体的にズレが相
殺されほぼ一定となる。
In FIGS. 6 to 11, the same impurity diffusion regions as the source and drain regions of the gate taken for SE/I/7 alignment are not aligned on the left or right side (source side or In order to minimize the deviation (change) in the effective channel length of the MOS) 9 transistor due to biasing to one side of the drain side, the rows of source regions and drain regions are arranged alternately, and the rows of source regions and drain regions are arranged to the left as a whole. The half and right half are arranged so as to be line symmetrical with respect to the channel direction. Therefore, even if the (left and right) misalignment of the mask alignment in the channel direction changes the effective channel length of the FETs in each column, the P+G) MO8i gate G8 of each column connected in parallel. and N+Doug-M
The average effective channel length of the OS is approximately constant as the deviations are canceled out as a whole.

tlc12図は、通常のシリコングー)0MO8製造プ
ロセスにおいて、いかにしてP+グー)MOS及びN+
ダグ−MOSが構成されるかを示したものである。
tlc12 diagram shows how P+Goo)MOS and N+
This shows how the Doug-MOS is configured.

第12図(a)において、101は比抵抗1Ω備〜8Ω
側のN型シリコン半導体で、その上に熱酸化膜102を
4000A〜16000A程度に成長させ、ホトエツチ
ング技術により、選択的に拡散のための窓をあける。P
型不純物となるボロンを50KeV 〜200KeV 
のエネルギーで10”−1Q1mcm−”程度の量でイ
オン打込みを行い、その後8時〜20時間程度熱拡散し
てNチャンネルMOS)ランジスタの基板であるP−ウ
ェル103を形成する。
In Figure 12(a), 101 is a specific resistance of 1Ω to 8Ω.
A thermal oxide film 102 is grown on the side N-type silicon semiconductor to a thickness of about 4000 Å to 16000 Å, and windows for diffusion are selectively opened using photoetching technology. P
Boron as a type impurity at 50KeV to 200KeV
Ion implantation is performed with an energy of about 10''-1Q1 mcm-'', followed by thermal diffusion for about 20 hours from 8 o'clock to form a P-well 103, which is the substrate of an N-channel MOS transistor.

同図(b)において、熱酸化膜102を除去し、熱酸化
膜104をlβm〜2μm程形成しMOSトランジスタ
のソース、ドレインおよびゲートとなる領域をエツチン
グにより除去する。その後300^〜1500^程度の
ゲート酸化膜105を形成する。その上に多結晶5i1
06を2000A〜6000A程成長させ、MOSトラ
ンジスタのゲート部を残してエツチングにより除去する
In FIG. 2B, the thermal oxide film 102 is removed, a thermal oxide film 104 is formed with a thickness of about 1.beta.m to 2 .mu.m, and the regions that will become the source, drain, and gate of the MOS transistor are removed by etching. Thereafter, a gate oxide film 105 having a thickness of about 300^ to 1500^ is formed. On top of that, polycrystalline 5i1
06 is grown to about 2000 to 6000 A and removed by etching leaving the gate portion of the MOS transistor.

同図(C)において、気相成長により酸化膜107を形
成し、P型不純物を拡散する領域なホトエツチング技術
により除去する。その後、IQIG〜10”elm”@
の高濃度のP箆不純物となるボロンを拡散し、Pチャン
ネ、+MO8)ランシスターのソース、ドレイン領域1
0gを形成し、同時にP型半導体のゲート電極を形成す
る。
In the same figure (C), an oxide film 107 is formed by vapor phase growth and removed by photoetching in the region where P-type impurities are diffused. After that, IQIG~10"elm"@
Diffusion of boron, which becomes a high-concentration P impurity, into the P channel, +MO8) source and drain regions of the Runsister
At the same time, a P-type semiconductor gate electrode is formed.

同図け〉において、先と同様に気相成長により酸化膜1
09を形成し、N型不純物を拡散する領域なホトエツチ
ング技術により除去する。その後、10!O〜l Q 
RI Ca1−”程度の高濃度のN型不純物となるリン
を拡散し、NチャンネルMOS上2ンジスターのソース
、ドレイン領域110を形成し、同時にN型半導体のゲ
ート電極を形成する。
In the same figure, an oxide film 1 is formed by vapor phase growth as before.
09 is formed, and a region where N-type impurities are diffused is removed by photoetching. After that, 10! O~l Q
Phosphorus serving as an N-type impurity is diffused at a high concentration such as RI Ca1-'' to form two-channel source and drain regions 110 on the N-channel MOS, and at the same time form an N-type semiconductor gate electrode.

次に、酸化膜109を除去し、気相成長により4000
A〜8000A程度の酸化膜を形成し、電極取り出し部
をホトエツチング技術により除去する。その後、金属(
Anを蒸着し、ホト・エツチング技術により電極配線部
分を形成する。
Next, the oxide film 109 is removed and 4000
An oxide film of about A to 8000 A is formed, and the electrode lead portion is removed by photoetching. Then metal (
An electrode wiring portion is formed by vapor depositing An and photo-etching.

次に、気相成長によりlAmへ2μmの酸化膜で覆う。Next, lAm is covered with a 2 μm oxide film by vapor phase growth.

ここで、第12図(d)においてQ−=Q4は一般のC
MOSインバータを構成するMOSであり、Ql 、Q
*は基準電圧発生のためのP+ゲート。
Here, in FIG. 12(d), Q-=Q4 is the general C
MOS that constitutes a MOS inverter, Ql, Q
* is a P+ gate for generating reference voltage.

N+ゲグーMO3である。N+ Gegu MO3.

第13図(a)ないしくd)は、Pチャンネル型のP+
ゲートMOSとiグー)MOSの製造プロセスにおける
断面を示している。この例では同図(C)までは第12
図(C)までと同じであるが、同図(d)においてMO
3FETQ、のゲート上の酸化膜1096を除去しない
でN型不純物を拡散する。
Figures 13(a) to d) show P-channel type P+
It shows a cross section of the manufacturing process of gate MOS and iGOO) MOS. In this example, up to (C) in the same figure is the 12th
Same as up to figure (C), but in figure (d) MO
N-type impurities are diffused without removing the oxide film 1096 on the gate of 3FETQ.

第14図(a)ないしく([)はNチャンネル型のP+
ゲートMOSとN+ダグ−MOSの製造プロセスにおけ
る断面を示している。
Figure 14 (a) or ([) is an N-channel type P+
It shows cross sections in the manufacturing process of a gate MOS and an N+ Doug-MOS.

第15図(a)ないしくd)はNチャンネル型のN+ゲ
−)MOS、iゲートMO8の製造プロセスにおける断
面を示している。
FIGS. 15(a) to 15(d) show cross sections during the manufacturing process of an N-channel type N+ gate MOSFET, i-gate MO8.

次に、ゲート電極として半導体を用いたMOSトランジ
スタのしきい値電圧について、第16図に従りて説明す
る。まずP+グー)MOSの場合については、第16図
(a)のエネルギーバンド図よQ QVG+QφFP”+−+qX−qVo+qφsrfQ +qX+−−qφB ・・・・・・・・・・・・(7) φS であることが示される。
Next, the threshold voltage of a MOS transistor using a semiconductor as a gate electrode will be explained with reference to FIG. First of all, in the case of P + goo) MOS, the energy band diagram in Figure 16 (a) is Q It is shown that something is true.

但しここで V。 #半導体基板とゲート電極(P千生
導体)との電位差 X 蓚電子親和力、Eg 寥エネル ギーギャップ φs sN型半導体基板の表面ポテ ンシャル φyp g真性半導体の7エルミ壽ポ テンシヤルを基準としたP 型半導体のフェルミ・ボテ ÷Lシーヤlレ ノt・ φ21真性半導体のフェルミ・ポテ ンシャルを基準としたN型半 導体基板のフェルミ・ポテン シャル q +を子の単位電荷 ■o 謬絶縁物に加わる電位差 Ect伝導帯のエネルギー準位の下 限 Ey s価電子帯のエネルギー準位の 上限 EHs真性半導体のフェルミ・準位 (7)式において、ゲート電極の仕事関数をポテンシャ
ルで表わしてφMP十とし、又半導体の仕事関数を同様
にφ、iとすると であるから、 V、−=−VG十軸−φB1−φ8 ・・・・・曲聞曲
・a〔となる。
However, here V. #Potential difference between the semiconductor substrate and the gate electrode (P-sensor conductor)・Bote ÷ L Sealer ・ φ21 Fermi potential of the N-type semiconductor substrate based on the Fermi potential of the intrinsic semiconductor q Lower limit Eys Upper limit of the energy level of the valence band EHs Fermi level of an intrinsic semiconductor In equation (7), the work function of the gate electrode is expressed as a potential and is φMP0, and the work function of the semiconductor is similarly φ , i. Therefore, V, -=-VG ten axis-φB1-φ8 . . .

また第16図6)の電荷の関係より −COX ・Vo +Q6s−1−Qi+QB−0 ・
曲面αυである。ここで COX+単位面積当り、絶縁物の容 量 Q8B +絶縁物中の固定電荷 QB s半導体基板中不純物のイオ ン化による固定電荷 Qi sチャンネルと仁て形成され たキャリナ (10,Qυより −COX (−Va+φ■十−φ8−φsrf ) ”
曲α2”Qs a +(J +QB、 0 川・・・・
・山・・・・・・・02となる。
Also, from the charge relationship in Figure 16 6) -COX ・Vo +Q6s-1-Qi+QB-0 ・
It is a curved surface αυ. Here, COX + capacitance of the insulator per unit area Q8B + fixed charge in the insulator QB sFixed charge due to ionization of impurities in the semiconductor substrate Qi sCarrier formed along with the channel (10,Qυ) -COX (-Va+φ ■10-φ8-φsrf)”
Song α2”Qs a + (J +QB, 0 river...
・Mountain・・・・・・02.

チャンネルQiができるときのゲート電圧v(2+ が、しきい値電圧であるから、P グー)MOSしきい
値電圧をVthp+とすると この時φB−2φrである。
Since the gate voltage v(2+ is the threshold voltage when the channel Qi is formed), if the MOS threshold voltage is Vthp+, then φB-2φr.

以下同sKして、N+ゲゲーMO5)ランジスタにおい
てはゲート電極の仕事関数φMN+のみの相違で q φMN十−x + + φFm+ ・・・川・・・・・
・・・・山・・・α4q である。従ってそのしきい値電圧vthN+はここでφ
s−2φr となる。
Hereafter, the same sK is applied, and in the N+GEG MO5) transistor, the difference is only in the work function φMN+ of the gate electrode, q φMN+
...Mountain...α4q. Therefore, its threshold voltage vthN+ is now φ
It becomes s-2φr.

これよりP+ゲゲーMO8とN+ゲグーMOSのしきい
値電圧の差Vthp十−■thN+は、Vthp” V
thN”=%p+ 4wt+14vp+−hN+ ””
…aGとなり、ゲート電極を構成している半導体のフェ
ル2・ポテンシャルの差になる。これは第16図におい
て(a) 、 (C)を比較して、同じ電荷分布忙なる
時のゲート電圧が、ゲート電極の仕事関数差であり、フ
ェルミ・準位の差になっていることで容易に理解できる
2、 以上により、P+ゲゲーMosとN+ダグ−MOSのし
ぎい値電圧の差として、エネルギー、ギャップEgにほ
ぼ等しい電圧を取り出すことができるということが分っ
たが、その他の方法として、真性半導体をゲート電極と
したMOS(iゲートMO8と以下記す)のしきい値電
圧とP+ゲゲーMO8あるいはN+ゲゲーMO8のしき
い値電圧との差によっても、エネルギー・ギャップEg
の電圧を取り出すことができる。
From this, the difference between the threshold voltages of P+GeGeMO8 and N+GeGeG MOS, Vthp0-■thN+, is Vthp” V
thN"=%p+ 4wt+14vp+-hN+ ""
...aG, which is the difference in the Fel2 potential of the semiconductor forming the gate electrode. This is because comparing (a) and (C) in Figure 16, the gate voltage when the same charge distribution is busy is the difference in the work function of the gate electrode and the difference in the Fermi level. Easy to understand 2. From the above, we found that it is possible to extract a voltage approximately equal to the energy and gap Eg as the difference between the threshold voltages of P+ Gege Mos and N+ Dagu Mos, but there are other methods. The energy gap Eg is also determined by the difference between the threshold voltage of a MOS with an intrinsic semiconductor as a gate electrode (hereinafter referred to as i-gate MO8) and the threshold voltage of P+GeGe MO8 or N+GeGe MO8.
voltage can be extracted.

iグー)MOSのしきい値電圧なりthi とすると、
真性半導体の7工ルミ珈位は0であるから(真性半導体
のフェルミ準位を基準としているため)iグー)MOS
とP+ゲゲーMO8’のしきい値電圧の差は 1Vthi V@ hp+ l−109’FP +I+
、Eg ”’ ・・’”’Q”であり、iゲートMO3
とN+、ゲートMO8のしきい値電圧の差は 1vthi −vthN” l−1φFN+01 * 
Eg −−−+−++−41となり、ちょうどエネルギ
ーギャップEgの半分の電圧になることが容易に分る。
i) If the threshold voltage of the MOS is thi, then
MOS
The difference in threshold voltage between
,Eg "'...'"'Q", i-gate MO3
The difference between the threshold voltages of gate MO8 and N+ is 1vthi -vthN" l-1φFN+01 *
Eg −−−+−++−41, and it can be easily seen that the voltage is exactly half of the energy gap Eg.

このiゲートMO8とP+ゲートあるいはN+ゲグーM
OSのしきい値電圧の差によって得られる電圧は約0.
55Vと低い基準電圧源と適するとと、また後述するよ
うにCMO8の製造工程だけでなく、ゲート電極への不
純物のドープ工程は1回でできるのでシングル−チャネ
ルのMOSの製造工程でも容易に高精度の基準電圧源が
得られるということで非常に有用である。
This i gate MO8 and P+ gate or N+ Gegu M
The voltage obtained by the difference in threshold voltage of the OS is approximately 0.
It is suitable for a reference voltage source as low as 55V, and as described later, it can be easily applied not only to the manufacturing process of CMO8 but also to the manufacturing process of single-channel MOS, since the process of doping impurities to the gate electrode can be done in one step. This is very useful as it provides an accurate reference voltage source.

次にNチャネンネルMO8半導体集積回路でのプ四セス
を第17図(a)〜(e)に示した断面を用いて説明す
る。
Next, a process in an N-channel MO8 semiconductor integrated circuit will be explained using the cross sections shown in FIGS. 17(a) to 17(e).

(1)比抵抗8〜20Ω備を有する半導体基板101を
用意し、この基板表面に厚さ1μmの熱酸化膜103を
形成する。
(1) A semiconductor substrate 101 having a specific resistance of 8 to 20 Ω is prepared, and a thermal oxide film 103 with a thickness of 1 μm is formed on the surface of this substrate.

(21MISFETが形成されるべ沙部分の半導体基板
表面を露出するために熱酸化膜を選択的にエツチングす
る。
(Thermal oxide film is selectively etched to expose the surface of the semiconductor substrate at the base portion where the 21 MISFET is formed.

(3)しかる後、露出した半導体基板表面に厚さ750
〜1oooAのゲート酸化膜(Sin、 )103を形
成する(第17図a) (4)多結晶シリコン層と直接コンタクトを取るべき部
分のゲート酸化膜103を選択的にエツチングし、ダイ
レクトコンタクト穴103aを形成する。(菖17図b
) (5)酸化膜102.ゲート酸化膜103.コンタクト
穴103aを有する半導体基板101主表面全体にシリ
コンをCV D (Chemical Vapor D
e−position )法によりデポジットし、厚さ
3000〜5000Aの多結晶シリコン層を形成する。
(3) After that, a thickness of 750 mm is applied to the exposed semiconductor substrate surface.
Form a gate oxide film (Sin, ) 103 of ~1oooA (FIG. 17a) (4) Selectively etch the portion of the gate oxide film 103 that should be in direct contact with the polycrystalline silicon layer to form a direct contact hole 103a. form. (Iris 17 b
) (5) Oxide film 102. Gate oxide film 103. Silicon is deposited on the entire main surface of the semiconductor substrate 101 having the contact hole 103a by CVD (Chemical Vapor D).
A polycrystalline silicon layer having a thickness of 3,000 to 5,000 Å is formed by depositing using the e-position method.

(6)多結晶シリコン層104を選択的にエツチングす
る。(第17図C) (7)半導体基板101主表面全体にCVD法により 
CVD SiOx膜ヲ2000〜3000大ノ厚さにデ
ポジットする。
(6) Selectively etching polycrystalline silicon layer 104. (Fig. 17C) (7) The entire main surface of the semiconductor substrate 101 is coated by CVD method.
Deposit a CVD SiOx film to a thickness of 2000 to 3000 mm.

(8)メモリセル負荷抵抗等の高抵抗部分および、真性
単位ゲート部104aの多結晶シリコン層上のみ上記C
VD−8402膜105を選択的に残す。
(8) The above-mentioned C
VD-8402 film 105 is selectively left.

(第17図d) (9)多結晶シリコン層をマスクとして半導体基板10
1内にリンを拡散し、不純物濃度10” atoms/
C’ll”のソース領域およびドレイン領域106を形
成する。この時多結晶シリコン層内にも不純物が導入さ
れて、ゲート電極104b、ダイレクトコンタク)10
4cおよび多結晶シリコン配線部104dを形成する。
(Fig. 17d) (9) Using the polycrystalline silicon layer as a mask, the semiconductor substrate 10 is
Diffusion of phosphorus into the impurity concentration of 10” atoms/
C'll'' source and drain regions 106 are formed. At this time, impurities are also introduced into the polycrystalline silicon layer to form the gate electrode 104b and direct contact) 10.
4c and a polycrystalline silicon wiring portion 104d are formed.

(第17図d) OI 半導体基板101主表面全体にP S G (P
hosph。
(FIG. 17d) P S G (P
hosph.

5ilicate Glass )膜107を7ooo
〜9oo。
5ilicate Glass) film 107 to 7ooo
~9oo.

Aの厚さに形成する。Form to thickness A.

αυ しかる後、A!itを準導体基板101主表面に
全面蒸着し、厚さ1mのA4膜108を形成する。
αυ After that, A! It is deposited on the entire main surface of the quasi-conductor substrate 101 to form an A4 film 108 with a thickness of 1 m.

α力 上記A1膜を選択的にエツチングし、配線領域1
08を形成する。(1/cI 7図e)以下に説明する
回路は上述したフェルミ準位の差(E(n−E(1)(
E(n−EH)、(E4−E(p)を取り出すための一
方法となり得るが、その他一般的に、異なるVthを持
つFETのVthの差に基ずく電圧を基準電圧として利
用する基準電圧発生装置として応用できる。
α force The above A1 film is selectively etched and the wiring area 1 is etched.
08 is formed. (1/cI Figure 7e) The circuit explained below is the difference in the Fermi level (E(n-E(1)(
This can be one way to extract E(n-EH) and (E4-E(p), but other common methods include a reference voltage that uses a voltage based on the difference in Vth of FETs with different Vths as a reference voltage. Can be applied as a generator.

第18図伽)は、MOSトランジスタのしきい値電圧に
対応する電圧を発生する回路である。Tl5T、はドレ
イ/とゲートが共通に接続された、いわゆるMOSダイ
オードを構成している。
FIG. 18) is a circuit that generates a voltage corresponding to the threshold voltage of a MOS transistor. Tl5T constitutes a so-called MOS diode whose drain/gate is commonly connected.

■。は定電流源、T、−Ttは異なるしきい値電圧vt
h1.vth2 とほば等しい相互コンダクタンスIを
持つMOSFETであり、各々のドレイン電圧をVl 
−Vt とすれば ■。= ’ ”” thx )” 一−β(Vx Vthz)’ ・・・・・・・・・・・
・・・・aηであるから V、+ −■thi ” 7Fπ力 ・・・・・・・・
・−・・0ね’V’z −vthZ +A/2I。/β
−・・・・・・・・・・・・・・・・・・α鐘となり、
ドレイン電圧の差をとれば、しきい値電圧の差を取り出
すことができる。
■. is a constant current source, T, -Tt are different threshold voltages vt
h1. It is a MOSFET with a mutual conductance I approximately equal to vth2, and each drain voltage is set to Vl.
-Vt is ■. = ' ``” thx )” - β (Vx Vthz)' ・・・・・・・・・・・・
・・・・Since aη, V, + −■thi” 7Fπ force ・・・・・・・・・
...0ne'V'z -vthZ +A/2I. /β
−・・・・・・・・・・・・・・・・・・α bell,
By taking the difference in drain voltage, it is possible to extract the difference in threshold voltage.

定電流源としては、十分大きな抵抗を使っても良(、特
性のそろったものであれば、拡散抵抗。
As a constant current source, you can use a sufficiently large resistor (or a diffused resistor if it has the same characteristics).

多結晶Si抵抗、イオン打込みによって作られた抵抗、
MOS)ランジスタによる抵抗を使用することができる
Polycrystalline Si resistor, resistor made by ion implantation,
MOS) resistors can be used.

この回路で一例としてP+、Tt として先に説明した
N+ゲゲーMO8及びP+ゲートMOSを使用すれば、
しきい値電圧の差とほぼ等しい値の、N型半導体とP型
半導体のフェルミ・準位の差(Efn Efp )を取
り出すことができる。
In this circuit, if we use the N+ gate MO8 and P+ gate MOS explained earlier as P+ and Tt as an example,
It is possible to extract the Fermi level difference (Efn Efp) between the N-type semiconductor and the P-type semiconductor, which is approximately equal to the difference in threshold voltage.

第19図および第20図は、異なるしきい値電圧を持つ
FETをMOSダイオード形式に直列に接続して、しき
い値電圧の差を取り出す回路例である。T、はしきい値
電圧Vtht e T2はしきい値電圧Vth2を持っ
ているとする。
FIGS. 19 and 20 are examples of circuits in which FETs having different threshold voltages are connected in series in the form of MOS diodes to extract the difference in threshold voltage. It is assumed that T has a threshold voltage Vtht e and T2 has a threshold voltage Vth2.

較して十分大きい条件では V+ Vt +Vthl ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(ハ)■、φVth2 ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(財)ゆえに、■、ΦVthl −
Vth2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(ハ
)となる。
Under conditions that are sufficiently large compared to V+ Vt + Vthl...
・・・・・・(c)■、φVth2 ・・・・・・・・・
...... (goods) Therefore, ■, ΦVthl −
Vth2 ・・・・・・・・・・・・・・・(c).

第21図(a)は、容量の両端子にしきい値電圧に対応
する電圧を加え、容量に保持された電圧を差電圧として
取り出すものである。第21図の)はその動作タイミン
グを表わしたものである。クロックパルスφ1によりT
、、T、をオンさせて容量CIIcT、t TRノLt
tイ[を圧V1ht t Vthzの差電圧をチャージ
する。
In FIG. 21(a), a voltage corresponding to the threshold voltage is applied to both terminals of a capacitor, and the voltage held in the capacitor is extracted as a differential voltage. ) in FIG. 21 represents the operation timing. T due to clock pulse φ1
,,T, is turned on to increase the capacitance CIIcT,tTRノLt
t i[ is charged with a differential voltage of V1ht t Vthz.

φ、が切れた後、クロックφ、によりT、をオンさせ、
C1のノード■を接地する。この時C2にはしきい値電
圧の差電圧が保持されているから、ノード■にはその電
位をそのままでる。後に述べるような電圧検出回路に使
用する場合には、この時のノード■の電位をそのまま基
準電圧として使用することもできる。が、より一般的な
形で使用できるためには、クロックφ、が入っている時
間内にクロックφ、によりてトランス・ミッショングー
)T、、T、をオンさせて、容fic、 PCその電位
をとり込み、演算増幅器5の逆相入力(−)へ出力を全
面帰還した、いわゆるボルテージ・フォロワで受ければ
、その出力として、十分内部インピーダンスの低い状態
でs ’r、j ’r、のしきい値電圧の差が基準電圧
として得られる。
After φ, is turned off, turn on T by the clock φ,
Ground the node ■ of C1. At this time, since the differential voltage between the threshold voltages is held at C2, that potential is output as is to the node (2). When used in a voltage detection circuit as described later, the potential at node (2) at this time can be used as it is as a reference voltage. However, in order to be able to use it in a more general form, the clock φ is turned on by the clock φ during the time when the clock φ is on, and the transmission (T), T, is turned on, and the potential of the capacitor PC is reduced. If it is received by a so-called voltage follower that completely feeds back the output to the negative phase input (-) of the operational amplifier 5, its output will be s 'r, j 'r, with sufficiently low internal impedance. The difference between the threshold voltages is obtained as a reference voltage.

第22図は同様に容fl: Ctを利用した基準電圧発
生装置である。クロックφ、によりT、をオンさせる。
FIG. 22 shows a reference voltage generating device that similarly utilizes the capacitance fl:Ct. T is turned on by clock φ.

この時T、はクロックφ、によりオフ状態である。ノー
ド■の電位はノード■の電位よりT、のしきい値電圧V
thlだけ下がり、ノード■の電位はノード■の電位よ
りT、のしきい値電圧Vth2だけ下がり、容icの両
端には両者の差電圧がチャージされる。次にφ、Icよ
りT、をオフし、φ、によりT、をオンさせるとノード
■にしきい値電圧の差電圧が得られる。
At this time, T is in an off state due to clock φ. The potential of node ■ is higher than the potential of node ■ by T, the threshold voltage V
The potential of the node (2) is lowered by the threshold voltage Vth2 of T than the potential of the node (2), and the difference voltage between the two is charged across the capacitor IC. Next, when T is turned off by φ and Ic and T is turned on by φ, a voltage difference between the threshold voltages is obtained at the node ■.

第23図は、第21図の回路で使用される演算増幅器を
示したものであるつT、、T、は差動増幅回路を構成し
ている差動対であり、Ts、T。
FIG. 23 shows an operational amplifier used in the circuit of FIG. 21. T, , T are differential pairs constituting a differential amplifier circuit, and Ts, T.

はその能動負荷である。T、は、T、、T4によるバイ
アス回路と共に定電流回路を構成している。
is its active load. T constitutes a constant current circuit together with a bias circuit formed by T, , T4.

T、、T、はT、を定電流源負荷とするレベル・変換兼
出力バッファー回路である。図ではC−MOSでの回路
構成例を示したが、シングル・チャネルMO8でも構成
できることは言うまでもない。
T, , T, is a level conversion/output buffer circuit with T as a constant current source load. Although the figure shows an example of the circuit configuration using C-MOS, it goes without saying that it can also be configured with a single channel MO8.

第24図は、その差動部分のみを取り上げて一般的な演
算増幅器を概略的に表わしたものであるが、ここでMO
S)ランジスタT、、T、は各々異なるしきい値電圧v
thl、vth2を持っており、それ以外の特性は等し
いものとする。また入力側に表われた(−”) 、 (
+)の記号は各々、出力に対して逆相、同相となること
を意味するものである。
FIG. 24 schematically represents a general operational amplifier by taking only its differential part.
S) The transistors T, , T, each have a different threshold voltage v
thl and vth2, and other characteristics are assumed to be equal. Also, (-”), (
The symbols +) mean that the output is in opposite phase and in phase with the output, respectively.

T、の入力をV、、T、の入力をV、とすれば、vl 
Vthl a−v、 vth2つまりVs Vt −V
thl ’th2 ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・翰の条件を境として、出力レベルが変化する。
If the input of T is V, and the input of T is V, then vl
Vthl a-v, vth2 or Vs Vt -V
thl 'th2 ・・・・・・・・・・・・・・・
...The output level changes depending on the conditions of the wire.

演算増幅器はしきい値電圧の差電圧分の入力オフ・セッ
トを持たせ、入力のいずれか一方を接地あるいは、電源
に接続すれば、このオフ・セット電圧を基準電圧とする
コンパレータとして動作させることができる。従って第
24図に示すように、(−)入力端子に出力を接続しく
+)入力端子を接地すれば、出力outにはしきい値電
圧の差が得られる。この場合演算増幅器の動作をさせる
ためKは、TRはデプレッション叱−ドであることが必
要である。例えばT1にP+グー)MOS、T、にN+
ゲグーMOSを使用する場合には、両方のMOSFET
のチャンネル部に同一の条件でイオン打込みを行って、
ディプレッション型とすれば良い。
An operational amplifier has an input offset equal to the difference between the threshold voltages, and if one of the inputs is connected to ground or the power supply, it can operate as a comparator using this offset voltage as the reference voltage. I can do it. Therefore, as shown in FIG. 24, by connecting the output to the (-) input terminal and grounding the +) input terminal, a difference in threshold voltage can be obtained at the output (out). In this case, in order to operate the operational amplifier, K and TR must be depletion mode. For example, P+ goo to T1) MOS, N+ to T,
When using Gegoo MOS, both MOSFETs
Ion implantation was performed under the same conditions in the channel section of
It may be a depression type.

第25図は、第24図における演算増幅器を使って、基
準電圧を任意に設定できるようにしたものである。出力
を分圧手段Rs=Raを通して(−)入力に帰還させれ
ば、その分圧比をrとすれば、出力電圧voは vthl ”th2 VO−□ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・■となる。分圧手段R* −Reは線形抵抗が望まし
いが、許容できる程度に十分に特性のそろりた抵抗であ
れば何でもよい。
In FIG. 25, the reference voltage can be arbitrarily set using the operational amplifier in FIG. 24. If the output is fed back to the (-) input through the voltage dividing means Rs=Ra, and the voltage dividing ratio is r, the output voltage vo will be vthl ``th2 VO-□ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・It becomes ■. The voltage dividing means R*-Re is preferably a linear resistance, but any resistance may be used as long as the characteristics are sufficiently uniform to an allowable extent.

第24図、25図の回路はディプレッジ璽ン型MO8を
使用するのが前提であるのに対し、第26図、第27図
の回路はエンハンスメントWMO8でも動作可能なよう
にしたものである。もちろん、ディプレッジ璽ン型であ
っても差しつかえない。
The circuits shown in FIGS. 24 and 25 are based on the assumption that a depressed type MO8 is used, whereas the circuits shown in FIGS. 26 and 27 are designed to be operable even with an enhancement WMO8. Of course, it can also be of the Depledge Seal type.

第26図の例は、第24図の例と同様出力を(ハ)入力
に直接帰還させたもので、出力■。は、電源電圧なVD
Dとすれば Vo =VDn (Vtbs −■thz ) ”==
”@となる。第24.25図の回路では差動対の少なく
共一方をディグレジ1ン・七−ドに−jる必要があり、
ケースによりては製造工程数を増やさなければならない
ことがあるが、Vthの差電圧を接地電位を基準にして
取り出すεとができる。
The example shown in FIG. 26 is similar to the example shown in FIG. 24, in which the output is directly fed back to the (c) input, and the output is (iii). is the power supply voltage VD
If D, then Vo = VDn (Vtbs - ■thz) ”==
In the circuit shown in Figure 24.25, it is necessary to connect at least one of the differential pairs to the degree 1 pin and 7 pin.
Depending on the case, the number of manufacturing steps may have to be increased, but it is possible to extract the voltage difference between Vth and ε with reference to the ground potential.

逆に、第26.27図の回路では得られる差電圧の基準
が接地電位でない方の電源電圧となるが、FETの動作
そ一ドの条件は特に付かない。
Conversely, in the circuits shown in Figures 26 and 27, the reference for the resulting differential voltage is the power supply voltage other than the ground potential, but there are no particular conditions for the operation of the FET.

いずれの回路形式を採用するかはどの長短所を重くみる
かによりて決めれば良い。
Which circuit format to adopt can be decided depending on which advantages and disadvantages are considered.

第27図の例は第25図の例と同様分圧手段Ry=R@
を通して出力を(−)入力に帰還させたもので、出力は Vthl Vih2 Vo−VDD−□ ・・・・・・・・・・・・川(2)
となる。
The example in FIG. 27 is the same as the example in FIG. 25, where the voltage dividing means Ry=R@
The output is fed back to the (-) input through
becomes.

次に以上にのべた基準電圧発生装置の応用について、回
路、ICチップの構造、等について説明する。
Next, regarding the application of the reference voltage generator described above, the circuit, the structure of the IC chip, etc. will be explained.

しきい値電圧の制御 MO8集積回路において個所素子であるMOSFETの
しきい値電圧(Vih )は、LSIの特性を決める重
要なパラメータとなっている。このVthは、製造プロ
セスによるバラツキ、温度による変化が大きく、Vth
の制御がMO8LSII!!造上の難点となりている。
Control of Threshold Voltage The threshold voltage (Vih) of the MOSFET, which is a local element in the MO8 integrated circuit, is an important parameter that determines the characteristics of the LSI. This Vth is subject to large variations due to manufacturing processes and changes due to temperature.
The control is MO8LSII! ! This is a constructional difficulty.

一方第28図に例として示す、MOSメモリにおいては
、基板にバイアス電圧をかけ、寄生容量を減少させてい
る。このバイアス電圧を得るために、基板バイアス発生
回路を用いている。基板バイアス発生回路は、!29図
で示す構成となりている。従来の基板バイアス発生回路
は発振部および波形整形部のみからなり、Vthによる
フィードバックがなされないのが一般的でありた。この
ため、製造バラツキ、温度により発振周波数、波形整形
能力の差が生じ、安定なバックバイアス電圧v0を得ら
れず、Vthの変動も大きいものであった。
On the other hand, in the MOS memory shown as an example in FIG. 28, a bias voltage is applied to the substrate to reduce parasitic capacitance. A substrate bias generation circuit is used to obtain this bias voltage. The substrate bias generation circuit is! The configuration is shown in Figure 29. Conventional substrate bias generation circuits consist only of an oscillation section and a waveform shaping section, and generally do not provide feedback based on Vth. For this reason, differences in oscillation frequency and waveform shaping ability occur due to manufacturing variations and temperature, making it impossible to obtain a stable back bias voltage v0 and causing large fluctuations in Vth.

本発明では、この基板バイアス発生回路に、前述したゲ
ート電極の仕事関数差を用いたコンパレーターを使用し
、Vthを一定の電圧にコントロールする。
In the present invention, a comparator using the aforementioned work function difference between the gate electrodes is used in this substrate bias generation circuit to control Vth to a constant voltage.

Vthは、基板バイアスにより変化し、次の式で表わさ
れる。
Vth changes depending on the substrate bias and is expressed by the following formula.

Vih−Vlho十K(2φ、+1VBB+−2φ、)
ココテvt11oハ、VBB−OVノVth、 Kは基
鈑効果定数、φアは7エルミレベルを表わす。
Vih-Vlho ten K (2φ, +1VBB+-2φ,)
Kokote vt11o, VBB-OV, Vth, K is the basic effect constant, and φA represents the 7 Hermi level.

このためvtlmは基板バイアスVIBを変化させるこ
とkよりコントロール可能である。第“29図において
、発振回路部は、リングオンレータを使用している。こ
の発振回路は他の発振回路としてもよい。波形整形部は
2つのMOSダイオードQ1・。
Therefore, vtlm can be controlled by changing the substrate bias VIB. In FIG. 29, the oscillation circuit section uses a ring onlator. This oscillation circuit may be replaced by another oscillation circuit. The waveform shaping section includes two MOS diodes Q1.

Q、およびコンデンサC1より成り、VBBの電荷をポ
ンプ作用によりGNDに引き抜く作用をしている。この
ポンプ作用により、vBBは負電圧に引かれていくが1
v□Iの最大電圧v0つは、とのボ・ンプ作用による引
き抜き電圧と基板リーク電流の安定した点で決定される
。発振回路が動作しているかぎり、VBIiはこの安定
点VB!iMに保たれるが、発振が停止すると、基板リ
ーク電流により、基板の電荷はリークしGNDレベルに
近づいていく。
Q and a capacitor C1, and has the function of drawing out the charge of VBB to GND by a pumping action. Due to this pumping action, vBB is pulled to a negative voltage, but 1
The maximum voltage v0 of v□I is determined at the point where the pull-out voltage due to the pump action and the substrate leakage current are stable. As long as the oscillation circuit is operating, VBIi remains at this stable point VB! However, when the oscillation stops, the charge on the substrate leaks due to the substrate leakage current and approaches the GND level.

V!IBがGNDレベルに近づくとVthは低下する。V! When IB approaches the GND level, Vth decreases.

第29図のコンパレータ部は、前述したゲート電極の仕
事関数差を利用したものであり、Nチャンネルプロセス
での例を第30図に示した。第30図でQlは、真性レ
ベルゲートMO81QtはNゲートMOSを用いている
。またこれらはディプ部は一つの抵抗およびMO8FE
TQ、より成る。
The comparator section shown in FIG. 29 utilizes the aforementioned work function difference between the gate electrodes, and an example in an N-channel process is shown in FIG. 30. In FIG. 30, Ql uses an N-gate MOS for the intrinsic level gate MO81Qt. Also, the dip part is one resistor and MO8FE
Consists of TQ.

ここで抵抗はポリシリコン抵抗拡散層抵抗、MOS抵抗
のいづれでもよいが、抵抗値は、QsのVthが0.5
5Vとなった時、出力が0.55Vとなるよう設定され
ている。今vBBがGNDレベルに近<QsのVthが
0.55V以下の時には、コ/バレート部−入力端子は
0.55V以下となり、コンパレータの出力は11′ 
となり発振回路は動作をRけている。■□がVilBM
に近づきVthが上昇し、0.55Vを越えるとコンパ
レータ出力は02となり、発振は停止し、VBBはリー
クによりGNDレベルに近づく。すなわち、フィードバ
ックループが形成され、この基板バイアス発生回路によ
りVthがコントロールされる。コンパレート部で得ら
れる電圧o、ssvは、エネルギーギャップの−となる
ため、前述した通り温度、製造バラツキ、電源電圧に対
し変化が少ないので、vthをきわめて精度よく制御す
ることが可能となり、温度マージン製造プ四セスマージ
ン、電源マージンの広いMOSLSIが得られる。また
後述するように、プロセス的にも第32図で示すメモリ
セルにおいて々。
Here, the resistance may be either a polysilicon resistance diffusion layer resistance or a MOS resistance, but the resistance value is such that the Vth of Qs is 0.5
It is set so that when the voltage reaches 5V, the output becomes 0.55V. Now, when vBB is close to the GND level < Vth of Qs is 0.55V or less, the input terminal of the co/validation part becomes 0.55V or less, and the output of the comparator is 11'
Therefore, the oscillation circuit is operating at R. ■□ is VilBM
When Vth approaches 0.55V and exceeds 0.55V, the comparator output becomes 02, oscillation stops, and VBB approaches GND level due to leakage. That is, a feedback loop is formed, and Vth is controlled by this substrate bias generation circuit. Since the voltages o and ssv obtained at the comparator section become the - energy gap, they do not change much with temperature, manufacturing variations, and power supply voltage as described above, so it is possible to control vth with extremely high accuracy, and the temperature A MOSLSI with a wide margin manufacturing process margin and a wide power supply margin can be obtained. Furthermore, as will be described later, the memory cell shown in FIG. 32 also has different processes.

抵KRを得るプロセスと全く同一プロセスで真性レベル
グー)MOSを得ることができるため、従来プロセスを
用い容易に実現できるー レベルシフト回路 MOSLSIにおいて電源として5■電源を用い、入力
としてTTLロジック回路からの信号を用いた場合、高
レベルとして2.OV、低レベルとして0.8vの信号
となる。このTTL信号をMOSレベルに変換する場合
には、従来入力部インバータのレシオをとり、Δ(OS
レベルへ変換していたが、Vthバラツキ、温度変化に
より、入力レベルマージンが小さくなる問題があった。
Since an intrinsic level MOS can be obtained using the same process used to obtain a resistor (KR), it can be easily realized using a conventional process.The level shift circuit MOSLSI uses a 5■ power supply as a power supply and inputs a signal from a TTL logic circuit as an input. When using a signal, 2. as high level. OV, a low level signal of 0.8v. When converting this TTL signal to a MOS level, the ratio of the conventional input inverter is taken and Δ(OS
However, there was a problem in that the input level margin became smaller due to Vth variations and temperature changes.

前述したゲートN、極の仕事関数差を用いた基準電圧発
生回路を用いたTTL−+MO8変換回路の例を示す。
An example of a TTL-+MO8 conversion circuit using the reference voltage generation circuit using the work function difference between the gate N and the pole described above will be shown.

第32図にMOSメモリのアドレスノくクファ回路に本
方式を用いた具体例を示す。
FIG. 32 shows a specific example in which this method is used in an address write circuit of a MOS memory.

vrefとして前述第25図の回路により基単電圧1.
4vを発生する。アンプとして第33図の差動アンプを
用い入力のロジックVthヲ1.4Vとなる入カバクフ
ァを作成する。本方法によりTTL→MO8変換回路が
得られる。
As vref, the basic single voltage 1.
Generates 4v. Using the differential amplifier shown in FIG. 33 as an amplifier, an input buffer with an input logic Vth of 1.4V is created. This method provides a TTL→MO8 conversion circuit.

また他の方法としてアンプに、第23図で示す路を用い
vrefすなわち舘24図■をGND、■を入力として
もよい。この場合T、、T、J’!デプレッシ盲ンWM
O8を用いる。
As another method, the path shown in FIG. 23 may be used to input vref, that is, the input line (2) to GND and the line (2) to the amplifier. In this case T,,T,J'! Depressi Blind WM
Use O8.

第34図はインバータを始めとする論理回路の四ジッグ
スレッシ四−ルドな使用電源電圧、MOSトランジスタ
のしきい値電圧)温度等の変化に対し、常に一定にしよ
うとするものである。
FIG. 34 shows the four-jigged threshold voltage of logic circuits including inverters, the threshold voltage of MOS transistors, the threshold voltage of MOS transistors, etc., which are always kept constant against changes in temperature, etc.

Qo、Q−−Qsで構成されるインノ(−夕1゜Q= 
、Qs 、Q−で構成されるインノ々−タ2%i各各、
四シック・スレッシ嘗−ルドflllj御用)M O5
Ql−Q4を持っている。
Inno (-Y1゜Q=
, Qs, Q-, respectively,
4 Sick Threshold (Fllllj) M O5
I have Ql-Q4.

Q、、Q、、Q、は先に述べたインノく一タJ。Q,,Q,,Q is the above-mentioned Inno Kuichita J.

インバータ2と相似(MOSの)(クーンサイズ比が等
しい)になるように構成されており、インノく−タとし
ての人力と出力が結合され℃、ちょうど四シック・スレ
ッショールド電圧が得られるようになっている。
It is configured to be similar (MOS) (equal Kuhn size ratio) to inverter 2, and the human power and output as an inverter are combined to obtain exactly four chic threshold voltage. It has become.

CMPlは先に説明した基単電圧を差動回路のオフ・セ
ットとして有する比較回路である。CMPIはこのロジ
ック・スレッショールドと自分の中に持9でいる基準電
圧とを比較し、両者の差力tはPloとなるようKQy
のゲート電圧を制御する。
CMP1 is a comparator circuit having the base single voltage described above as the offset of the differential circuit. CMPI compares this logic threshold with the internal reference voltage, and sets KQy so that the difference t between the two becomes Plo.
control the gate voltage of

つマリロジック・スレッショールド〉基地電圧であれば
CMPIの出力はノ梢拳レベルになりQ。
〉Marilogic Threshold〉If the base voltage is present, the output of CMPI will be at Nozue Ken level and Q.

の等価抵抗は大きくなり、ロジック・スレッショールド
を下げる方向に作用する。ロジック・スレッシ盲−ルド
<iJjm電圧の場合にはこの逆となり、両者は等しい
ところで平衡状態となる。
The equivalent resistance of is increased, which acts to lower the logic threshold. When the logic threshold blind voltage is less than iJjm voltage, the opposite is true, and an equilibrium state is reached where both are equal.

Q、、Q4のゲート電圧はQ7のゲートを圧と共通であ
り、前者と後者は相似の関係にあるから、これによりイ
ンバータ1.インノく一夕2のロジツり・スレッシ言−
ルドは基準電圧と等しくなり、非常に安定なインバータ
特性を有するととkなる。
The gate voltage of Q, , Q4 is common to the gate voltage of Q7, and since the former and the latter have a similar relationship, this causes the inverter 1. Inno Ku Ichiyo 2's Logistics/Thresshi Words-
The voltage is equal to the reference voltage, and the inverter has very stable characteristics.

始めに述ぺたように、これはインバータのみに必らず、
ナンド、ノア尋の他の論理回路にも同様に適用できる。
As mentioned at the beginning, this does not necessarily apply only to inverters.
It can be similarly applied to other logic circuits such as Nando's and Noah's.

CMO8IN成でなくとも、通常のシングル・チャンネ
ルのインバータ等の論理回路の場合にも、容易に適用で
きる。
Even if it is not a CMO8IN configuration, it can be easily applied to a logic circuit such as a normal single channel inverter.

これらの回路は、特に入力レベル、論理振巾の範囲が狭
い場合にも確実に信号をデジタル処理できる入力のイン
ターフェース回路として有用である。
These circuits are particularly useful as input interface circuits that can reliably digitally process signals even when the range of input level and logic amplitude is narrow.

電圧検出器 第35図は、VthQ差を利用した基準電圧発生装置か
らの基5111′圧を比較器の一人力に加え、他の−、
方の入力に被検出電圧を加え、被検出電圧の基準電圧に
対する高低が区別できるようにした電圧検出回路である
The voltage detector shown in FIG.
This is a voltage detection circuit in which a voltage to be detected is applied to one input, and the level of the voltage to be detected relative to a reference voltage can be distinguished.

第36図の例は、Vthの差を利用した基準電圧発生装
置からの基準電圧を比較器の一人力に加え、他の一方の
入力に被検出電圧を分圧手段Ro = R+。
In the example shown in FIG. 36, a reference voltage from a reference voltage generator using a difference in Vth is added to the comparator, and the detected voltage is applied to the other input of the voltage dividing means Ro=R+.

により分圧した電圧を加えた電圧検出回路である。This is a voltage detection circuit that applies voltage divided by .

分圧比をr、基準電圧を■ref、検出レベルなり5e
nseとすると となり、分圧比rにより検出レベルvsenseを任意
に設定できる。
The voltage division ratio is r, the reference voltage is ref, and the detection level is 5e.
nse, and the detection level vsense can be arbitrarily set by the partial pressure ratio r.

第37図の例は、Vthの差に相当するオフ・セットを
持った演算増幅器を用いて、先に説明したようにオフ#
セット電圧を基′1jIL電圧として利用した電圧検出
回路である。またR、、、R,、は第36図の例と同じ
分圧手段である。
The example in FIG. 37 uses an operational amplifier with an offset corresponding to the difference in Vth, and uses an operational amplifier with an offset corresponding to the difference in Vth.
This is a voltage detection circuit that uses the set voltage as the base '1jIL voltage. Further, R, . . . R, are the same voltage dividing means as in the example of FIG.

第36.36.37図の例において被検出電圧を電源電
圧とすればバッテリーを電源として使用するシステムに
おいては、バッテリーチェッカーとして利用できる。第
37図の電圧検出回路を電子時計のバッテリーチェッカ
ーに応用した具体例を第44図に示すが、詳しい説明は
後述する、定電圧装置 第38図の例は、安定化電源回路に応用したものである
。基準電圧発生回路は先に述べたいくつかの方法で構成
したものであり、Rts * R14により安定化出力
の一部と基準電圧とを比較し、一致するようにT、。の
ゲート電圧を制御し、出力電圧を安定化する。演算増幅
器は、その特性が許容される範囲で何を使っても良い。
In the example of Figures 36, 36, and 37, if the detected voltage is the power supply voltage, it can be used as a battery checker in a system that uses a battery as the power supply. Fig. 44 shows a specific example in which the voltage detection circuit shown in Fig. 37 is applied to a battery checker for an electronic watch, but a detailed explanation will be given later.The example shown in Fig. 38 is an example of a voltage regulator applied to a stabilized power supply circuit. It is. The reference voltage generation circuit is configured using the several methods described above, and compares a part of the stabilized output with the reference voltage using Rts*R14, and sets T, so that they match. control the gate voltage and stabilize the output voltage. Any operational amplifier may be used as long as its characteristics are acceptable.

第39図の例は938図の例でT、。にMOS)ランジ
スタを使用したのに代えてバイボー2・トランジスタT
R,を使用したものである。
The example in FIG. 39 is T, in the example in FIG. 938. Instead of using a transistor (MOS), a Bibo2 transistor T is used instead.
R, is used.

第40図の例は第24図の例で示したオフ・セット電圧
を持りた演算増幅器を使用したものである。T□は当然
MO8)ランジスタであってもバイポーラトランジスタ
であっても、接合型電界効果トランジスタであっ【も良
い。
The example shown in FIG. 40 uses an operational amplifier having the offset voltage shown in the example shown in FIG. T□ may be a MO8 transistor, a bipolar transistor, or a junction field effect transistor.

定電流装置 第41図の例は、T、とT、のしきい値電圧の差によっ
て決定される、定電流回路である。
Constant Current Device The example of FIG. 41 is a constant current circuit determined by the difference in threshold voltage between T and T.

Tt 、Ttは同一の相互コンダクタンスβを持ち、し
きい値電圧は各々異なるv 、v でth、 th。
Tt, Tt have the same transconductance β, and threshold voltages th, th with different v, v, respectively.

ある。抵抗R1゜がT、のインピーダンスに比較して十
分高ければ、T1のドレイン電圧(−ゲート電圧)vt
はvthIとほぼ等しくなる。
be. If the resistance R1° is sufficiently high compared to the impedance of T, the drain voltage (-gate voltage) vt of T1
becomes approximately equal to vthI.

T、が飽和領域の時は、T、に流れる電流12は となる。When T is in the saturation region, the current 12 flowing through T is becomes.

第42図の例は、T2.に流れる電流工による電圧降下
■。utR□を基準電圧■refと比較し、常に両者が
等しくなるようにT、のゲート電圧を制御するようにし
た定電流回路である。
The example in FIG. 42 is T2. ■ Voltage drop due to electric current flowing through the circuit. This is a constant current circuit that compares utR□ with a reference voltage ref and controls the gate voltage of T so that both are always equal.

となる。becomes.

ここで基準電圧は、先の例にもあるように演算増幅器に
オフ・セットを持たせることによって得ても良い。
Here, the reference voltage may be obtained by providing an operational amplifier with an offset, as in the previous example.

第43図の例は、T3.、T、、を同一のトランジスタ
とし、いわゆるカレント・ミラー回路を用いた定電流回
路である。
The example in FIG. 43 is T3. , T, are the same transistor, and is a constant current circuit using a so-called current mirror circuit.

電子時計 第44図の例は、第37図の例のバッテリ・チェッカー
を電子時計に応用した例である。
The example of an electronic watch shown in FIG. 44 is an example in which the battery checker shown in the example of FIG. 37 is applied to an electronic watch.

’r、 e T、 # T41−T4@およびR4mと
Roは公称1.5vの水銀電池E、の電圧レベルをチェ
ックする回路を構成する。差動部のトランジスタ対をP
+ゲート・Nチャンネル−MOS、N+ゲゲー・Nチャ
ンネル−M OS T + −T *で構成し、両者の
しきい値電圧が電子時計の動作電源範囲である1、0V
〜1.5v以内になるように、チャンネル部分にイオン
打込みをはとこしている。
'r, e T, # T41-T4@ and R4m and Ro constitute a circuit that checks the voltage level of mercury battery E, nominally 1.5V. The transistor pair of the differential part is P
+Gate/N channel-MOS, N+Gate/N channel-MOS T + -T *The threshold voltage of both is 1.0V, which is the operating power supply range of electronic watches.
Ion implantation is done in the channel part so that the voltage is within ~1.5V.

基準電圧となるしきい値電圧の差は、シリコン半導体の
場合は、約1.lVであり、バッテリーの電圧が下りた
ことを検出するレベルを1.4v近辺に合せるために抵
抗平段R,,R,の抵抗比で調整している。
In the case of silicon semiconductors, the difference in threshold voltages serving as reference voltages is approximately 1. 1V, and is adjusted by the resistance ratio of the resistor stages R, , R, in order to adjust the level at which the voltage of the battery is detected to be around 1.4V.

このバッテリーチェッカーは、消費電流を実圧上無視で
きる程度とするために1分局回Iai:’I)ユリタイ
ミング回路TMを通して得られるりpツク信号φにより
5間欠的に動作する。
This battery checker operates intermittently for 5 times in response to the p-switch signal φ obtained through the branch timing circuit TM in order to make the current consumption negligible in terms of actual pressure.

バッテリーチェッカーの出力はNANDゲートゲー、、
NA、で構成されたラッチによりスタティックに保持さ
れ、このラッチ回路出力の論理レベルにより、タイミン
グ回路TMを制御し、それによりてモータの駆動出力を
変えて、指針の運針の方法を変えて、バッチIJ −を
圧の低下を表示する。バッテリー電圧の低下は指針の動
きを変えず、別に液晶や発光ダイオード等の電気光学的
素子を点滅させる等して表示することも可能である。
The output of the battery checker is a NAND gate game.
The timing circuit TM is controlled by the logic level of this latch circuit output, thereby changing the drive output of the motor and changing the method of hand movement. IJ- indicates a decrease in pressure. A decrease in battery voltage can be indicated without changing the movement of the pointer, by blinking an electro-optical element such as a liquid crystal or a light emitting diode.

なお同図において、O8CはCMOSインバータで構成
され、IC外の部品水晶Xtaよ及び容量CG、CDを
一緒に含む水晶発振回路、WSはその発振出力を正弦波
からく形波に変換する波形成形回路、CMは秒針を駆動
するステップ・モータの励磁コイル、 B F 1.B
 F tはCMOSインバータでS成され励磁コイルC
Mを1秒毎に極性を反転して駆動するためのバッファー
である。
In the same figure, O8C is a crystal oscillator circuit composed of a CMOS inverter and includes a crystal Xta and capacitors CG and CD outside the IC, and WS is a waveform shaper that converts the oscillation output from a sine wave to a rectangular wave. Circuit, CM is the excitation coil of the step motor that drives the second hand, B F 1. B
F t is formed by a CMOS inverter and excitation coil C
This is a buffer for driving M with its polarity reversed every second.

IC内の全ての回路は公称1.5vの水銀電池E、で動
作する。またTMは分周回路FDの複数の周波数の異な
る分局出力およびNA、、NA。
All circuits within the IC are powered by a nominal 1.5v mercury cell E. Further, TM is the divided output of a plurality of different frequencies of the frequency dividing circuit FD and NA, , NA.

でS成されたラッチの制御出力を入力として、任意の周
期およびパルス幅を持つパルスを発生するタイずングパ
ルス発生回路である。ICは第6図に示すStゲグーC
MO8プロセスで作られた指針式電子腕時計用モノリシ
ックSi半導体チップである。
This is a timing pulse generation circuit that receives as input the control output of the latch generated by S and generates a pulse having an arbitrary period and pulse width. IC is St Gegu C shown in Figure 6.
This is a monolithic Si semiconductor chip for pointer type electronic wristwatches made using the MO8 process.

以上本発明について種々の実施例をもとに説明したが、
これに限定されず、ここに記載された技術思想はその他
色々な用途の電子機器に応用されるであろう。
The present invention has been described above based on various embodiments, but
The technical idea described herein is not limited to this, and may be applied to electronic devices for various other uses.

次に本発明に係る基準電圧発生手段を電子装置の状態設
定回路、オートクリア回路等に応用した具体例につき説
明する。
Next, a specific example will be described in which the reference voltage generating means according to the present invention is applied to a state setting circuit, an auto clear circuit, etc. of an electronic device.

第45図は状態設定回路の一例を示す回路図であり、4
個のMOSFETで構成されている。同図において、a
点、b点の電位がOの場合、電源(”’−VDD )投
入時MO8FETT、、T、)tN−MOSFETであ
るので共に゛ON″状態となり、a点、b点は電源の立
下りと同時にt源@ (−Vn o )に引っ張られる
。この時T3のN−MOSFETは半導体のエネルギー
バンド差を利用したもので、七のVthNがMO8FE
TT、のそれに比べ約3倍(例T+ Vth−0,45
v−Ts ■th−1,25V )となっているので、
電源の立下りの途中で、N08FETTsは先にOFF
″′となる。MO8FETT、は引き続き″ON’状態
となっているため、b点は−VDD * a点はGND
の電位で安定となる。
FIG. 45 is a circuit diagram showing an example of a state setting circuit;
It is composed of MOSFETs. In the same figure, a
If the potentials at points and points b are O, when the power ('-VDD) is turned on, MO8FET, T, )tN-MOSFET are both in the "ON" state, and points a and b are in the "ON" state when the power is turned on. At the same time, it is pulled by the t source @ (-Vno). At this time, the N-MOSFET of T3 uses the energy band difference of semiconductors, and the VthN of 7 is MO8FE.
Approximately three times that of TT (e.g. T+ Vth-0,45
v-Ts ■th-1,25V), so
During power down, N08FETs are turned off first.
"'. Since MO8FET continues to be in the "ON" state, point b is -VDD * point a is GND
It becomes stable at a potential of .

又、電源(−VDD )が切れ1こ状態で、a点でov
Also, when the power (-VDD) is cut off, OV at point a
.

b点で1v位に電荷が残った場合にお(・て(1、電源
の里下り途中においてVDD−八40SFETT。
When a charge remains at about 1V at point b, (1. VDD-840SFETT on the way down from the power supply.

のVt hNまではT、は”OFF”状態となっており
、M OS F E T T rはVpo−P+Vth
Nで1N”状態となるため、初期状態にa点がQV、L
t点がIV(又はT、のVtMまで)位℃あっても、安
定状態ではb点がVl)D 、 a点がOvとなる。さ
らに本回路では全てE−MOSFETで構成されている
ため安定状態での消9&電流は殆んど零である。
T is in the "OFF" state until Vt hN of
Since it becomes 1N'' state at N, point a is QV, L in the initial state.
Even if point t is at about IV (or up to VtM of T), in a stable state, point b is at Vl)D and point a is at Ov. Furthermore, since this circuit is entirely composed of E-MOSFETs, the current in a stable state is almost zero.

第46図は従来提案されている状態設定回路の例を示す
回路図であり、同図において、ラッチ回路の安定度を増
すため、T、のNチャンネルD(デプリーシ璽ン)−M
OSFETが挿入されてイル。コノD−MOS F E
TKJ: ’)’Wig (−VDD)投入時、a点は
必ず電源と同時に立下り、又す点はMO8FETT、の
Vthまで電源が立下がらないと、“ON″しないため
安定状態ではb点がVpDe a点がOvとなる。しか
し本回路ではa点とVDDとの間にD−MOSFETを
使用しているため、次に何等かの形でa点VDp * 
b点0V(RESET)状態になりた時、P−MO8F
ETTsが’ON’″となりT、とT、による直流バス
が生じて消費電流大となる。それに対して#!45図の
よ5な本発明の状態設定回路では上記したように状態設
定が確実にできると共に消費電流が極めて小さくてすむ
ので有効な状態設定手段を提供することができる。
FIG. 46 is a circuit diagram showing an example of a conventionally proposed state setting circuit. In the same figure, in order to increase the stability of the latch circuit,
OSFET is inserted. Kono D-MOS F E
TKJ: ')' When Wig (-VDD) is turned on, point a always falls at the same time as the power supply, and point b will not turn ON unless the power supply falls to the Vth of MO8FET, so in a stable state, point b VpDe a point becomes Ov. However, in this circuit, a D-MOSFET is used between point a and VDD, so next, in some form, point a VDp *
When point b becomes 0V (RESET) state, P-MO8F
ETTs becomes 'ON''', and a DC bus is generated due to T and T, resulting in a large current consumption.On the other hand, the state setting circuit of the present invention shown in Figure 5 #!45 ensures the state setting as described above. In addition, since the current consumption can be extremely small, it is possible to provide an effective state setting means.

次に本発明に係る電圧レギュレータ及びその応用例を説
明する。
Next, a voltage regulator according to the present invention and an example of its application will be explained.

7−− −−二メヱに 第47図は本発明による電圧レギユレータであり、第4
8図はその特性図である。
7-- --Secondly, FIG. 47 shows a voltage regulator according to the present invention, and FIG.
Figure 8 shows its characteristic diagram.

第47図の比較型電圧レギュレータは公知のそれと類似
の構成となっているが、電圧比較器CPシカ−ラス・マ
イナス両入力端子からみて電圧レベルで非対称孤なって
いるところが通常の電圧比較器と異なっている。つまり
、この電圧比較器はプラス・マイナス両入力の電圧レベ
ルが等しいときにはバランスせず、マイナス側の方に所
定の高い入力電圧(絶対値で)が印加されたときバラン
スする。首い換えればこの電圧比較器はプラス・マイナ
スの入力レベルがバランス点に対してオフセットを持っ
ている。
The comparison type voltage regulator shown in Fig. 47 has a configuration similar to that of a known one, but when viewed from both the voltage comparator CP sicalas and negative input terminals, there is an asymmetric arc in the voltage level compared to a normal voltage comparator. It's different. In other words, this voltage comparator is not balanced when the voltage levels of both the positive and negative inputs are equal, but is balanced when a predetermined high input voltage (in absolute value) is applied to the negative side. In other words, the positive and negative input levels of this voltage comparator have an offset with respect to the balance point.

このような電圧レギユレータによれば、入力電圧■in
が高い場合出力電圧■。utは基準電圧vrefに依存
し1■。ut−・Vin lの差が太き(とられるが、
入力電圧■inが低い場合は■。utは専らVinに依
在し 1 ■1n−Vout ’ の差は小さくされる
。両者の変化点Pは、入力電圧■inに関して言えば、
Vin、+V1の点に設定される(Lはレギュレータ負
荷/の最低動作電圧である)。
According to such a voltage regulator, the input voltage ■in
If the output voltage is high, ■. ut depends on the reference voltage vref and is 1. The difference between ut-・Vin l is large (it is taken, but
If the input voltage ■in is low, select ■. ut depends exclusively on Vin, and the difference between 1 and 1n-Vout' is made small. The change point P between the two is, regarding the input voltage ■in,
Vin, +V1 (L is the lowest operating voltage of the regulator load).

このように構成された電圧レギュレータによれば、負荷
/は、入力電圧vinが高いときは、最低動作電圧vI
よりも高いが入力1圧vffinよりも低い出力電圧V
。utで動作されるので、動作が保証されつつその消費
電力が低減される、また入力電圧■inが低いときは、
負荷Zは入力電圧vinとほば同じかそれより若干小さ
い出力電圧V。utで動作させられるので、負荷Zの入
力電圧vinに対する最低動作電圧V、が保証され、高
い入力電圧vinに対しては負荷/に合りた電圧に出力
電圧V。utを低減しているので、この電圧レギユレー
タは負荷/に対して低消費電力及び広範囲な入力電圧■
inの幅を持たせることができる。
According to the voltage regulator configured in this way, when the input voltage vin is high, the load / is lowered to the lowest operating voltage vI
The output voltage V is higher than the input voltage Vffin but lower than the input voltage Vffin.
. Since it is operated at UT, power consumption is reduced while operation is guaranteed. Also, when the input voltage ■in is low,
The load Z is an output voltage V that is approximately the same as the input voltage vin or slightly smaller than it. Since it is operated at ut, a minimum operating voltage V is guaranteed for the input voltage vin of the load Z, and for a high input voltage vin, the output voltage V is adjusted to a voltage that matches the load. This voltage regulator has low power consumption and wide input voltage range for the load/load.
It can have a width of in.

このような効果を、オフセットを持たない電圧比較器レ
ギュレータに対比させて、$48図のグラフを用いて詳
述する。
These effects will be explained in detail in comparison with a voltage comparator regulator having no offset using the graph shown in the $48 diagram.

同図において横軸は入力電圧vlnを縦軸は出力■。u
tおよび基準電圧■refを示している。曲線aはVi
nに等しい■。utを示しており、言い換えれば、電圧
レギユレータを用いないで、入力電圧■inで直接負荷
/を動作させた場合の仮想曲線を示している。
In the figure, the horizontal axis is the input voltage vln, and the vertical axis is the output ■. u
t and reference voltage ref. Curve a is Vi
■ Equal to n. In other words, it shows a hypothetical curve when the load / is operated directly at the input voltage ■in without using a voltage regulator.

曲線Cは一般の基準電圧■ref□を示しており、通常
基本電圧発生回路VrefGENFETのしきい値電圧
Vth、[流増幅係a13相互コンダクタンスgm、或
はPN接合の順方向、逆方向電圧降下vF、v2、双極
トランジスタの電流増幅率hfcを利用し【いるため、
V、e(GENの出力電圧V、。fはその電諒電圧■i
nに依存する( vref = ’ (Vin月。
Curve C shows the general reference voltage ref , v2, using the current amplification factor hfc of the bipolar transistor,
V, e (GEN's output voltage V, f is its electrical voltage ■i
Depends on n (vref = '(Vin month.

電圧比較回路CpT、4準電圧としてこのような基準電
圧■reflを使用し、また前述したようなオフセット
を比較回路CPに持たせなかった場合。
In the case where the voltage comparison circuit CpT uses such a reference voltage ■refl as the quasi-voltage, and the comparison circuit CP does not have an offset as described above.

出力電圧■。utは基準電圧Vr、、1に等しくなり曲
線Cに一致する−そして、基準電圧vref1は入力電
圧vinより高(なることはないので、出力電圧vou
tはどの範囲においても入力電圧■inよりも低くなる
。その結果、出力電圧■。utが負荷Zの最低動作電圧
■、に等しくなるとき(点R)の入力電圧Vin4”i
Vt (Vt >L ) トナ’;b。Kzて、負荷/
からみた入力電圧vinの可能使用範囲はIV、−V、
lに相当する電圧分だけ、損失が生ずることになる。
Output voltage■. ut is equal to the reference voltage Vr,,1, which corresponds to the curve C - and the reference voltage vref1 is higher than the input voltage vin, so the output voltage vou
t is lower than the input voltage ■in in any range. As a result, the output voltage ■. The input voltage Vin4''i when ut becomes equal to the minimum operating voltage of the load Z (point R)
Vt (Vt >L) Tona'; b. Kzte, load/
The possible usable range of the input voltage vin is IV, -V,
A loss will occur by the voltage corresponding to l.

この損失を小さくするために、第47図の電圧レギ纂レ
ータでは、マイナス入力がプラス入力よりもオフセット
電圧Δvoff高くなったとき平衡するよう比較器CP
を構成する。
In order to reduce this loss, in the voltage regulator shown in FIG. 47, the comparator CP
Configure.

また基準電圧としては、仮想の基準電圧vrefsより
も小さく類似特性をもつ基準電圧■reft(曲id)
を用い、目標通常入力電圧V、における実質的な比較電
圧(V、。f2+Δvoff)が仮想の基準電圧vre
f1に等しくなるよう、つまり目標動作点Sに一致する
ようvref2とΔVoff の値を設定している。
In addition, as a reference voltage, a reference voltage ■reft (curve id) that is smaller than the virtual reference voltage vrefs and has similar characteristics
, the actual comparison voltage (V,.f2+Δvoff) at the target normal input voltage V is the virtual reference voltage vre
The values of vref2 and ΔVoff are set to be equal to f1, that is, to match the target operating point S.

このような構成によれば、電圧比較器CPは、Vout
−■ref2+Δ■offの条件で平衡し、この平衡条
件を満足する入力電圧■inは、vin≧■outなの
で、■in≧vref2+Δ■offのときだけとなる
According to such a configuration, the voltage comparator CP has Vout
The input voltage ■in that is balanced under the condition of −■ref2+Δ■off and satisfies this equilibrium condition is only when ■in≧vref2+Δ■off because vin≧■out.

入力電圧vinが(Vref2+Δ■off)より小さ
い場合、出力電圧■Inもそれより小さくなるので比較
器CPは出力電圧V。utを高(しようと働(が、この
帰還制御は出力電圧■。utを入力電圧Vioに等しく
したところで制限されてしまう(vout4■1nのた
め)。
When the input voltage vin is smaller than (Vref2+Δ■off), the output voltage ■In is also smaller than that, so the comparator CP outputs the voltage V. However, this feedback control is limited when ut is made equal to the input voltage Vio (because vout41n).

従9て出力を圧■。utはV i n −V r ef
 2+Δvoffを変曲点(P)として、入力電圧Vi
oが変曲点Pよりも高いときはvref2+ΔVoff
 に低減(制限)され(曲#jb1 )、■inがそれ
より低いときはほぼ入力電圧vAn(曲#!at)に等
しくされる。
9. Press the output ■. ut is V in −V r ef
2+Δvoff as the inflection point (P), the input voltage Vi
When o is higher than the inflection point P, vref2+ΔVoff
(song #jb1), and when ■in is lower than that, it is made approximately equal to the input voltage vAn (song #!at).

そして、この変曲点Pが入力電圧vin関して(横軸で
)最低動作電圧V+(点Q)と同じかまたは高ければ前
述した損失を避けることができる。
If this inflection point P is equal to or higher than the lowest operating voltage V+ (point Q) with respect to the input voltage vin (on the horizontal axis), the above-mentioned loss can be avoided.

これは、曲線すがΔ■off によって曲iaと交差点
を持つからであり、曲idのように曲Haと交点を持た
ない場合にはこのような効果は得られない。
This is because the curve has an intersection with the song ia due to Δ■off, and such an effect cannot be obtained when the curve does not have an intersection with the song Ha, such as the song id.

なお、第47図のFETはソース・フォpワーとして働
(もののデプレツシヨン・モードNチャンネルFETで
あるので、Vout=”inを可能とし、そのしきい値
電圧Vthの損失がない。従って、これは入力電圧■i
nが小さい場合に有効である。
Note that the FET shown in FIG. 47 works as a source forwarder (as it is a depletion mode N-channel FET, so it is possible to set Vout="in" and there is no loss of its threshold voltage Vth. Therefore, this Input voltage ■i
This is effective when n is small.

しかしながら、このことはエンノ・ンス・メントモード
のソース・フォロワFITの使用を否定するものでなく
、入力電圧が太き(vthPA失が重大な問題でな(て
、デプレツシ嘗ン・モードFET製造プロセスを採用す
ることが困難な場合極めて有効である。この場合、低い
方の出力電圧V。ut(変化点Pより下)を決める曲&
 a 、 (Vout =”in)はVthだけ下方の
方ヘシフトする(■。ut”■1n−Vth )だけで
あり、出力電圧■。ut に上述したような効果を持た
せることが可能なことに変わりはない。
However, this does not negate the use of an enforcement mode source follower FIT, and since the input voltage is large (vthPA loss is a serious problem), the depletion mode FET manufacturing process is It is extremely effective when it is difficult to adopt the lower output voltage V.ut (below the changing point P).
a, (Vout=”in) is only shifted downward by Vth (■.ut”■1n-Vth), and the output voltage is ■. It is still possible to give ut the effect described above.

また、図中Nチャンネy F E TをPチャンネルF
ETに代えることもでき、この場合PチャンネルFET
はソース接地として働くので、上述したVthの損失は
ない。
Also, in the diagram, N channel y F E T is changed to P channel F
It can also be replaced with ET, in this case P channel FET
acts as a source ground, so there is no Vth loss as described above.

制御用のFETとしてソース接地、ソースフオロワのい
ずれを採用するかに本質的な差異はないが、ソース接地
にした場合はデブレツシ画ン°モードFETにするよう
なしきい値電圧Vth損失に対する特別な配慮は8公で
ない。また、ソース・フォロワにした場合は、電圧比較
の動作を創期的にすyブリングする必要があるとき(例
えば比較器CPを低消費電力化のためにクロック・ドラ
イブするとき)、このFETはボルテージ・フォロワと
して働くので便利である。つまりこのFETの相互コン
ダクタンスgmが十分高けれは、出力電圧はゲート電圧
により一義的に決まるからである。
There is no essential difference whether a source-grounded or source-follower is used as a control FET, but if the source is grounded, special consideration must be given to threshold voltage Vth loss, such as when using a deblessing mode FET. 8 Not public. In addition, if a source follower is used, this FET can be This is useful because it works as a voltage follower. In other words, if the mutual conductance gm of this FET is sufficiently high, the output voltage is uniquely determined by the gate voltage.

また制御用トランジスタとしてバイポーラ・トランジス
タを使用することも可能である。
It is also possible to use a bipolar transistor as the control transistor.

オフセット■。ffは入力電圧■inの関数になること
が必すしも否定されることではないが、変曲点Pを設定
する上では■inに対して一足であることか望ましい。
Offset■. Although it is not necessarily denied that ff is a function of the input voltage ■in, in setting the inflection point P, it is desirable that it be one foot smaller than ■in.

また基準電圧vraft として、負荷/と同様な変動
9!素を持つ基準電圧を使用すれは、負荷/の特性に応
じた出力電圧■。utを得ることができるのでこれまた
便利である。その場合vref2を負荷/を動作させる
最低の電圧の電圧に設定しておけば、Δvoffを一定
のマージン手段として利用することができる。
Also, as the reference voltage vraft, there is a variation similar to the load/9! If you use a reference voltage with a constant voltage, the output voltage will depend on the characteristics of the load. This is also convenient because you can get ut. In that case, if vref2 is set to the lowest voltage for operating the load, Δvoff can be used as a constant margin means.

オフセットΔvoffを持たせる構成およびその応用回
路については後述するが、ここで出力電圧■outに変
曲点を持たせる他の方法を第49図の回路図と第50図
のグラフを用いて説明する。
The configuration that provides the offset Δvoff and its applied circuit will be described later, but here we will explain another method of providing the output voltage ■out with an inflection point using the circuit diagram in Figure 49 and the graph in Figure 50. .

以下の説明および第50図のグラフでは電圧値は全て絶
対値にする。
In the following explanation and the graph of FIG. 50, all voltage values are absolute values.

第49図においてQ、。、はNチャンネル・デプレック
旨ン・モードFETかうなる制御用トランジスタである
o Q、osとQtotおよびQ104 p Qros
はカレント・ミラー回路なS成しており、QIo3のド
レイン電流とほぼ等しいドレイン電流がダイオード接地
されたF E T Q104とQ+asK流れる。ダイ
オード接続されたPチャンネルFETQ+。4、Nチャ
ンネ/I/F E T Qrosのソース・ドレイン間
電圧降下■D8は、高インピーダンス負荷QIヮs Q
rosによりてほばそれぞれのしきい値電圧Vthp、
Vthnとなる。
In FIG. 49, Q. , are N-channel depleted mode FETs or control transistors o Q, os and Qtot and Q104 p Qros
constitutes a current mirror circuit S, and a drain current approximately equal to the drain current of QIo3 flows through the diode-grounded FET Q104 and Q+asK. Diode-connected P-channel FETQ+. 4. Voltage drop between source and drain of N channel/I/FET Qros■D8 is high impedance load QIwas Q
Each threshold voltage Vthp, depending on ros,
Vthn.

従って、比較器CPのプラス・マイナス両入力端子にそ
れぞれ、Vthp、(vin −Vthn )の電圧が
加わる(第50図曲線d、b)。
Therefore, voltages of Vthp and (vin - Vthn) are applied to both the plus and minus input terminals of the comparator CP, respectively (curves d and b in Figure 50).

比較器CPはオフセットを持たず、従って両入力が等し
いときバランスする。従って、その平衡条件は(■ou
t −Vthn ) ””■thn、jなわち■。ut
−vthp +■thnである。■in函■。utの条
件より、出力電圧voutハ、vjniThvthp+
■thn (1”)トfICvthp +■thn )
に制限され・vjn’!vthp+■thnのときほぼ
vinに等しくなる。従って、負荷ZがCMO8で構成
されている場合、その動作下限電圧は通常(vthp+
Vthn)Kなるので出力電圧voutはそれを補償す
ることができる。
Comparator CP has no offset and is therefore balanced when both inputs are equal. Therefore, the equilibrium condition is (■ou
t −Vthn ) ””■thn, j that is ■. ut
-vthp +■thn. ■in box■. From the conditions of ut, the output voltage vout is vjniThvthp+
■thn (1”) fICvthp +■thn)
Limited to・vjn'! When vthp+■thn, it becomes approximately equal to vin. Therefore, when the load Z is composed of CMO8, its operating lower limit voltage is normally (vthp+
Vthn)K, so the output voltage vout can compensate for it.

なお、MOSダイオード回路によって取り出されるしき
い値電圧は本来のしきい#L電圧に近いが等しい訳でな
く、そのドレイン電流に追従する。
Note that the threshold voltage taken out by the MOS diode circuit is close to the original threshold #L voltage, but is not equal to it, and follows its drain current.

平衡点の出力電圧■。utは勿論本来の(Vth、十゛
■thn)よりも大きめにした方が良く、そのためには
各MOSダイオードQ+04、Qrosに流れる電流を
小さくするようF E T Qrosの相互コンダクタ
ンスを小さくしておけば良い。
■ Output voltage at equilibrium point. Of course, it is better to make ut larger than the original (Vth, 10゛■thn), and for that purpose, the mutual conductance of FET Qros should be made small to reduce the current flowing through each MOS diode Q+04 and Qros. Good.

また、MOSダイオードによって取り出す近以のしきい
値電圧はドレイン電流が流れることが前擾となるので、
入力電圧vinが低(なっても、両方のダイオードに電
流が流れるよう回路を構成しなければならないつ 次に第49図の電圧レギュレータを電子時計に応用した
例を第51図を用いて説明する。
In addition, the near threshold voltage extracted by the MOS diode is predisposed by the flow of drain current, so
Even if the input voltage vin is low, the circuit must be configured so that current flows through both diodes.Next, an example of applying the voltage regulator shown in Figure 49 to an electronic watch will be explained using Figure 51. .

第51図において、O20は水晶発振器、WSは正弦波
発振出力をく形波に変換する波形成形回路、FDは分周
回路、TMは分局出力から所定の周期、幅を持つパルス
を作るタイミング・パルス発生回路、LFは低いレベル
の信号を高いレベルの信号に変換するレベルシフト回路
、BCは電池寿命検出器、VCは電圧比較器、VRはそ
れを使用した電圧レギュレータ、Hはホールド回路%D
Tは発振状態検出器、LMは秒針を駆動するステップ・
モータの励磁コイルである。
In FIG. 51, O20 is a crystal oscillator, WS is a waveform shaping circuit that converts the sine wave oscillation output into a rectangular wave, FD is a frequency dividing circuit, and TM is a timing diagram for creating a pulse with a predetermined period and width from the branch output. Pulse generation circuit, LF is a level shift circuit that converts a low level signal to a high level signal, BC is a battery life detector, VC is a voltage comparator, VR is a voltage regulator using it, H is a hold circuit %D
T is an oscillation state detector, and LM is a step for driving the second hand.
This is the excitation coil of the motor.

検出器DTは、O20が発振したことを分局器FD、タ
イミング回路TMを通して検出し、発振した場合電圧レ
ギュレータVRを働かせて、発振器O8CおよびWS、
FD、TM等の動作電源電圧を1.5vから落と丁。
The detector DT detects the oscillation of O20 through the branch divider FD and the timing circuit TM, and when it oscillates, operates the voltage regulator VR to output the oscillators O8C and WS,
Reduce the operating power supply voltage of FD, TM, etc. from 1.5v.

′Ij1mEを入れた[1MJ、インバータI7の入力
ノードは放電抵抗R1゜4によって接地電位(論理″O
’)になっ【いるのでNチャンネル・F E T Q、
。、をON状態にし、レギュレータの出力を電池電圧の
1.5■にする。このときQtosもONにされ、FE
TQ*otのゲート・ノードを光電してお(。これは次
にF E T Q2゜、が0FFKスイツチングした瞬
間、レギュレータ出力が落ち込むことがないよう、レギ
ュレータの負帰還ループを予め能動的にしておくためで
ある。
'Ij1mE [1MJ, the input node of inverter I7 is connected to ground potential (logic 'O
'), so N channel FET Q,
. , is turned ON, and the output of the regulator is set to 1.5■ of the battery voltage. At this time, Qtos is also turned on and the FE
The gate node of TQ*ot is photoelectrically connected (this is done by activating the negative feedback loop of the regulator in advance so that the regulator output does not drop at the moment FET Q2゜, switches to 0FFK). It is for storing.

発振器が動作し始めたとき一5他の論理回路は既に動作
状態に入っているため、タイミング回路TMから検出器
DTにパルスφBが供給される。排他的論理和回路EX
、はこのパルスφ8が出たこ−とを検出するもので、一
方の入力には他方に対してインバータI41L、積分回
路C,,,、R,。、によって遅延されたパルスφ、が
印加される。従って、パルスφ8が出ると、グー)EX
、の出力には遅延時間に相当する幅のパルスが生じる。
When the oscillator starts operating, the other logic circuits are already in operation, so a pulse φB is supplied from the timing circuit TM to the detector DT. Exclusive OR circuit EX
, detects the output of this pulse φ8, and one input has an inverter I41L and an integrator circuit C, , , R, for the other input. A pulse φ, delayed by , is applied. Therefore, when pulse φ8 is output, goo)EX
A pulse with a width corresponding to the delay time is generated at the output of .

このパルスはFETQ□1、インバータエ。、コンデン
サC南から成る整流回路で積分され、φDが出始めてか
らしばらく8つとNチャンネル、FETQ、。I。
This pulse is FETQ□1, inverter. , is integrated in a rectifier circuit consisting of capacitor C south, and for a while after φD starts appearing, 8 and N channel, FETQ,. I.

QtosをOFFにする。これによって、レギユレータ
VRは自身の制御ループのみによりて、所定の出力電圧
(1,5V未満)を発生し、低消費電力に寄与する。
Turn off Qtos. Thereby, the regulator VR generates a predetermined output voltage (less than 1.5 V) only by its own control loop, contributing to low power consumption.

以下、このレギユレータ、特に電圧比較器VCの動作を
説明する。この比較器VCは@47図の原理図と第48
図の脣性図で説明した比IIi、器OPと同様な動作を
するので簡単な説明にとどめてお(。
The operation of this regulator, particularly the voltage comparator VC, will be explained below. This comparator VC is based on the principle diagram in @47 and Figure 48.
Since the operation is similar to that of ratio IIi and device OP explained in the extensibility diagram in the figure, I will keep it to a simple explanation (.

PチャンネルMO5FETQx。6、Ql。、はオフセ
ット電圧V。fft’得るために、Q、。、のゲートは
第5図のQl、第6図のようなP纜にされ、Qtotの
ゲートは第5図のQm −jl! 7図のようなN型に
される。従って、Q、。) のしきい値電圧VthはQ
us より約0.55V高くなり、これが前述したオフ
セット電圧V。ff となる。NチャンネルFETQ、
。、とPテヤンネA/FETQ、。、は共にダイオード
接続されているので、比較器VCのプラス入力であるQ
、。、のゲートには両Vthの相(Vthp+■thn
)が印加され、これが第48図および第50図の曲mc
trc示した■ref2の電圧となる。
P-channel MO5FETQx. 6. Ql. , is the offset voltage V. To obtain fft', Q,. , the gate of Ql in FIG. 5 is set to P-line as shown in FIG. 6, and the gate of Qtot is set to Qm -jl! of FIG. 5. It is made into an N type as shown in Figure 7. Therefore, Q. ) threshold voltage Vth is Q
It is approximately 0.55V higher than us, and this is the offset voltage V mentioned above. It becomes ff. N-channel FETQ,
. , and P Teyanne A/FETQ. , are both diode-connected, so Q, which is the positive input of comparator VC,
,. , both Vth phases (Vthp+■thn
) is applied, which is the song mc in FIGS. 48 and 50.
It becomes the voltage of ref2 shown by trc.

従りて、電圧レギュレータVRの出力電圧■。utはv
out″″vtbp+vthn+ΔVoff (■in
!、vthp”Vthn+Δvoffの場合)となる。
Therefore, the output voltage of voltage regulator VR is ■. ut is v
out″″vtbp+vthn+ΔVoff (■in
! , vthp''Vthn+Δvoff).

入力電圧vinが低いときは前述と同様■。ut”■i
nとなる。
When the input voltage vin is low, proceed as described above ■. ut"■i
It becomes n.

この比較器は低消費電力化のためにタイミング信号φA
vcよって動作時間が制限されている。勿論基準電圧■
refzを得る回路もそうであり5そのタメ基$iE圧
■refzの電圧をホールドするようコンデンサCIO
2か又Q、。、のゲート電圧をホールドするようにコン
デンサCI0! かゲート容量等の寄生容量とは別個に
追加されている。コンデンサclos は帰還ループに
幾つかのFETが縦続接続されたことによって位相回り
が生じ、それに起因する発振を防止するだめのものであ
る。
This comparator uses a timing signal φA to reduce power consumption.
Operating time is limited by vc. Of course the reference voltage■
The same goes for the circuit that obtains refz, and the capacitor CIO is set to hold the refz voltage.
2 or Q. , to hold the gate voltage of capacitor CI0! It is added separately from parasitic capacitance such as gate capacitance. The capacitor clos is used to prevent oscillation caused by phase rotation caused by several FETs connected in cascade in the feedback loop.

バッテリ・チェッカーBC’は第44図とけば同様な構
成となっているのでその説明は省略する。
Since the battery checker BC' has the same structure as shown in FIG. 44, the explanation thereof will be omitted.

なお、ICの出力段で励磁コイルの駆動器I3、■、は
、駆動能力を大きくするため1.5vの電池を直接電源
にしている。
In addition, the excitation coil driver I3, (2) in the output stage of the IC is directly powered by a 1.5V battery in order to increase its driving capacity.

第52図は本発明による電圧レギュレータVRとバッテ
リ・チェッカーBCをディジタル表示電子時計に応用し
た例を示して(・る。
FIG. 52 shows an example in which the voltage regulator VR and battery checker BC according to the present invention are applied to a digital display electronic watch.

同図において、08C,WS、FDは第51図の例と同
様、1.5Vより低い調整電圧を電源とし。
In the same figure, 08C, WS, and FD are powered by an regulated voltage lower than 1.5V, similar to the example in FIG. 51.

またデコレーダDC時刻修正回路TOのようなIC内部
の@理回路も低い電圧を電源として(・る。
In addition, internal IC circuits such as the deco radar DC time adjustment circuit TO also use a low voltage as a power source.

DBは1.5Vの電圧を3.Ovに昇圧する信電圧回路
であり、この電圧は液晶表示装置DPの駆動電圧として
使用される(駆動器は省略し℃ある)。
DB has a voltage of 1.5V. This is a signal voltage circuit that boosts the voltage to Ov, and this voltage is used as a driving voltage for the liquid crystal display device DP (the driver is omitted and is shown at 0.degree. C.).

/Sはレベルシフト回路であり、電源電圧の高〜1回路
へ低い信号レベルを直流的に高く変換し℃供給する・ このように、低い動作電圧で動作するIC内部の通常の
論理回路は低い動作電源で、ICの入出力インターフェ
ースにおける高〜・動作電圧を必要とする表示駆動器等
は補い動作電源を使用すると。
/S is a level shift circuit that converts a low signal level to a high DC voltage and supplies it to one circuit with a high power supply voltage.In this way, a normal logic circuit inside an IC that operates at a low operating voltage has a low A supplementary operating power supply is used for display drivers, etc. that require high operating voltages for IC input/output interfaces.

低消費電力化や使用電源範囲の拡張に有効である。This is effective in reducing power consumption and expanding the range of power sources used.

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

第1図はG a A s、SiおよびGe半導体のエネ
ルギー・ギャップEgとその温度依存性を示す図である
。第2図は半導体のノくンド栴造とフェルミ準位E(を
示す図であり、同図(al 、 (blはN型半導体の
、同図(c) 、 (d)はP型半導体の夫々ノくンド
構造とフェルミ準位を示′″f図である。第3図【まN
型及びP型8iのフェルミ準位の、不純物濃度をノくラ
メータにした温度特性を示−j′図である。第4図(a
)。 (b)および(c)はそれぞれGe、SiおよびGaA
s半導体と各種のドナーおよびアクセプタ不純物カー持
つエネルギー準位の分布を示す図である。 第5図はN型およびP型半導体のフェルミ準位の差(E
fn −”rp )を取り出すために使用され得るP+
ゲートおよびN+ゲゲーMO8FETの断面構造を概略
的に示し、左半分がPチャンネNFET%右半分がNテ
ヤンネ/I/FETを示して−・る。 第6図(a) 、 (b)は夫々P+ゲートPチャンネ
/L/MO8FETの平面図と断面図を、第7図(1)
、(b)k紮/iグー)PチャンネルMO8FETの平
面図と断面図を、第8図(a) 、 (b)はN+ゲゲ
ーPチャンネルMO8FETの平面図と断面図を、第9
図(a) 、 (b)はN+ゲゲーNチャンネA/MO
8FETの平面図と断面図を、第10図(a) 、 (
b)はiゲートNチャンネルMO8FETの平面図と断
面図を、第11図(a)。 (b)はP+ゲゲーNチャンネルMO8FETの平面図
と断面図を示している。 第12図(a)〜(d)、第13図(a)〜(d)、第
14図(a)〜(d)及び第15図(a)〜(d)は、
それぞれコンプリメンタリMO8を一緒に製造する場合
の主要工程における断面図である。 第16図(a) 、 (b)はそれぞれP”!半導体−
絶縁吻−NfIi半導体構造のエネルギー状態と電荷の
秋気を示し、同図(c) 、 (d)はそれぞれN+型
半導体−絶縁物−N型半導体構造のエネルギー状態と電
荷の状態を示す図である。 第17図(a)ないしくe)はNチャンネルMO8FE
Tの各製造工程における断面図である。 第18図(a) 、 (b)は夫々外なるしきい値電圧
Vthを持つ2つのFETのVthの差を取り出すため
省MOSダイオード回路の特性図とその回路を示す図で
ある。 m19図及び第20図は夫々Vthの差を利用した基準
電圧発生回路の一例を示し、第21図(a)は更に他の
基準電圧発生回路の一例を示し、同図(b)はそのタイ
ミング信号波形な示す。第22図乃至第27図は更に他
の実施例にもとすく基準電圧発生回路を示す。 節28図は半導体メモリのブロック図を示し、第29図
は第28図の基板バイアス発生回路の詳細な回路図を示
す。第30図、第31図、第32図、第33図はそれぞ
れコンパレータ回路、メモリセル回路、アドレスパック
7回路、差動アンプの回路図を示す。第34図は論理回
路の回路図を示す。 第35図〜第37図は基S電圧発生回路を電圧検出回路
に応用した例を、第38図〜第40図は電圧レギユレー
タに応用した例を、總41図〜第43図は定電流回路に
応用した例を、第44図は電子式腕時計用バッテリ・チ
ェッカーに応用した詞を示している。 第45図及び第46図は夫々本発明及び従来の状態設定
回路の例を説明するための回路図である。 第47図は本発明による電圧レギユレータの一例を説明
するための回路図であり、第48図はその動作を説明す
るための電気的特性図である。 第49図は本発明による電圧レギユレータの他の例を説
明するための回路図であり、第50図はその動作を説明
するための電気的特性図である。 第51図は本発明を電子時計に応用した例を説明するた
めの回路図であり、第52図はディジタル表示電子時計
に応用した例を説明するための回路システム図である。 T・−・MOSFET、R・・・抵抗、C・・・コンデ
ンサ、Xtal・・・水晶撮動子、OSC・・・水晶発
振回路、WS・・・正弦波−く形波変換波形成形回路、
FD・・・2進力クンタ多段接続分局回路、TM・・・
タイミング回路、CM・・・秒針駆動用ステップモータ
の励磁コイル、BF・・・CMf>E1m用バッファー
、NA・・・N人NDゲ−)、IC・・・モノリシック
Si半導体集積回路チップ、φ・・・クロックパルス、
Eg・−・半導体のエネルギー・ギャップ、Ev・・・
価電子帯の最上限準位、EC・・・伝導帯の最下限準位
、Ei・・・臭性半導体のフェルミ単位、 B(ne 
Ef、・・・N型、P型半導体のフェルミ準位、E d
T E B・・・ドナー、アクセプタ準位。 第 1 図 第 3 図 第 4 図 (a−) 第 18 図 第19図 第20図 第21図 (b) ■兵専弓長甲乎; 第22図 第24図 第25図 第26図 第27図 第28図 第29図 第30図 第31図 第 32 図 kr 第34図 第35図 第36図 第38図 第39図 第40図 第 41 図 第 42 図 第43図 第 46 図 第45図 第47図 第48図 □■ 第52図 手続補正書(方式) 事件の表示 昭和59年特許願第222169 号 補正をする者 事件と1係 特許出願人 名 称 75101株式会r1 日 立 製 イ乍 所
代 理 人 居 所 〒100東京都千代田区丸の内−丁目5番1号
株式会社日立製作所内 電話 Ji□l+212−11
目(入代ツノ)補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 補正の内容 4;≧、 別紙の通り
FIG. 1 is a diagram showing the energy gap Eg of GaAs, Si, and Ge semiconductors and its temperature dependence. Figure 2 is a diagram showing the semiconductor level and Fermi level E ((al, (bl) is for an N-type semiconductor, (c), (d) is for a P-type semiconductor. Figure 3 shows the Nokund structure and Fermi level.
FIG. 7 is a diagram illustrating temperature characteristics of the Fermi level of type 8i and P type 8i, with impurity concentration as a parameter. Figure 4 (a
). (b) and (c) are Ge, Si and GaA, respectively
FIG. 3 is a diagram showing the distribution of energy levels of an s-semiconductor and various donor and acceptor impurity cars. Figure 5 shows the Fermi level difference (E
fn−”rp) can be used to retrieve P+
The cross-sectional structure of the gate and N+Gege MO8FET is schematically shown, with the left half showing the P-channel NFET and the right half showing the N-channel NFET. Figures 6(a) and (b) respectively show a plan view and a cross-sectional view of a P+ gate P channel/L/MO8FET, and Figure 7(1)
, (b) k-guo/i-gu) P-channel MO8FET's plan view and cross-sectional view, FIG.
Figures (a) and (b) are N+gege N channel A/MO
The plan view and cross-sectional view of the 8FET are shown in Figure 10(a) and (
b) shows a plan view and a cross-sectional view of an i-gate N-channel MO8FET, and FIG. 11(a). (b) shows a plan view and a cross-sectional view of a P+gege N-channel MO8FET. Figures 12(a) to (d), Figures 13(a) to (d), Figures 14(a) to (d), and Figures 15(a) to (d) are
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main steps when manufacturing complementary MO8s together. Fig. 16(a) and (b) are respectively P”!semiconductor-
Figures (c) and (d) show the energy state and charge state of the N+ type semiconductor-insulator-N type semiconductor structure, respectively. be. Figure 17 (a) or e) is an N-channel MO8FE
It is sectional drawing in each manufacturing process of T. FIGS. 18(a) and 18(b) are diagrams showing characteristics of a saving MOS diode circuit and its circuit for extracting the difference in Vth of two FETs having different threshold voltages Vth. Figures m19 and 20 each show an example of a reference voltage generation circuit that utilizes the difference in Vth, Figure 21 (a) shows an example of another reference voltage generation circuit, and Figure 21 (b) shows its timing. Shows the signal waveform. FIGS. 22 to 27 show reference voltage generating circuits according to still other embodiments. Section 28 shows a block diagram of the semiconductor memory, and FIG. 29 shows a detailed circuit diagram of the substrate bias generation circuit of FIG. 28. FIG. 30, FIG. 31, FIG. 32, and FIG. 33 show circuit diagrams of a comparator circuit, a memory cell circuit, an address pack 7 circuit, and a differential amplifier, respectively. FIG. 34 shows a circuit diagram of the logic circuit. Figures 35 to 37 show examples in which the basic S voltage generation circuit is applied to voltage detection circuits, Figures 38 to 40 show examples in which it is applied to voltage regulators, and Figures 41 to 43 show examples in which the basic S voltage generation circuit is applied to voltage detection circuits. FIG. 44 shows an example applied to a battery checker for an electronic wristwatch. FIGS. 45 and 46 are circuit diagrams for explaining examples of the present invention and conventional state setting circuits, respectively. FIG. 47 is a circuit diagram for explaining an example of the voltage regulator according to the present invention, and FIG. 48 is an electrical characteristic diagram for explaining its operation. FIG. 49 is a circuit diagram for explaining another example of the voltage regulator according to the present invention, and FIG. 50 is an electrical characteristic diagram for explaining its operation. FIG. 51 is a circuit diagram for explaining an example in which the present invention is applied to an electronic timepiece, and FIG. 52 is a circuit system diagram for explaining an example in which the invention is applied to a digital display electronic timepiece. T...MOSFET, R...resistance, C...capacitor, Xtal...crystal sensor, OSC...crystal oscillation circuit, WS...sine wave-square wave conversion waveform shaping circuit,
FD...Binary power Kunta multi-stage connection branch circuit, TM...
Timing circuit, CM...excitation coil for the step motor for driving the second hand, BF...buffer for CMf>E1m, NA...N person ND game), IC...monolithic Si semiconductor integrated circuit chip, φ.・Clock pulse,
Eg -- Semiconductor energy gap, Ev...
Upper limit level of valence band, EC...lower limit level of conduction band, Ei...Fermi unit of odorous semiconductor, B(ne
Ef,...Fermi level of N-type and P-type semiconductors, E d
T E B...Donor, acceptor level. Fig. 1 Fig. 3 Fig. 4 (a-) Fig. 18 Fig. 19 Fig. 20 Fig. 21 (b) Figure 28 Figure 29 Figure 30 Figure 31 Figure 32 kr Figure 34 Figure 35 Figure 36 Figure 38 Figure 39 Figure 40 Figure 41 Figure 42 Figure 43 Figure 46 Figure 45 Figure 47 Figure 48 □■ Figure 52 Procedural amendment (method) Display of case 1982 Patent Application No. 222169 Person making the amendment Case and Section 1 Patent Applicant Name Name 75101 Stock Company R1 Manufactured by Hitachi Inc. Address: Hitachi, Ltd., 5-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 100 Telephone: Ji□l+212-11
Detailed description of the invention in the specification subject to amendment Contents of amendment 4; ≧, as attached

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、複数のIGFETと、各IGFETのバックゲート
にバイアス電圧を印加するバイアス電圧発生回路と、上
記複数のIGFETのうちの1つである第1IGFET
のしきい値電圧に応じた電圧と基準電圧との差忙応答し
て出力信号を形成する電圧比較回路とを含み、上記基準
電圧は、ゲート電極の7工ルミ準位差に応じたしきい値
電圧差を持つ第2.第3IGFETのしきい値電圧差に
もとづいて形成され、上記電圧比較回路の出力信号によ
り上記バイアス電圧発生回路が制御されることにより、
上記各IGFETのバックゲートに印加されるバイアス
電圧が所定の値にされることを特徴とする半導体集積回
路。 2、上記電圧比較回路は、上記第2.第3IGFETを
有し、上記第2.第3IGFETのそれぞれのソースは
、互いに結合され、上記第2IGFETのゲートに上記
第1IGFETのしきい値電圧に応じた電圧が供給され
、上記第3IGFETのゲートには、所定の電圧が供給
され、少なくとも上記第2又は第3IGFETのドレイ
ンから取り出された信号にもとづいて上記出力信号が形
成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体集積回路。 3、上記第1IGFETは、そのゲートとドレインとが
結合され、上記ドレインから取り出された電圧が、上記
第2IGFETのゲートに供給されることを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の半導体集積回路。 4、上記第2.第3 IGFETのそれぞれのゲート電
極は、互いに異なる導電型にされた半導体層部を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1゜第2又は第3項
記載の半導体集積回路。 以下余白
[Claims] 1. A plurality of IGFETs, a bias voltage generation circuit that applies a bias voltage to the back gate of each IGFET, and a first IGFET that is one of the plurality of IGFETs.
and a voltage comparator circuit that forms an output signal in response to a difference between a voltage corresponding to a threshold voltage of the gate electrode and a reference voltage, the reference voltage being a threshold voltage corresponding to a 7-luminium level difference of the gate electrode. The second with a value voltage difference. It is formed based on the threshold voltage difference of the third IGFET, and the bias voltage generation circuit is controlled by the output signal of the voltage comparison circuit.
A semiconductor integrated circuit characterized in that a bias voltage applied to the back gate of each of the IGFETs is set to a predetermined value. 2. The voltage comparator circuit has the same function as the second voltage comparison circuit. a third IGFET; The sources of each of the third IGFETs are coupled to each other, the gate of the second IGFET is supplied with a voltage corresponding to the threshold voltage of the first IGFET, the gate of the third IGFET is supplied with a predetermined voltage, and at least 2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the output signal is formed based on a signal taken out from the drain of the second or third IGFET. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the gate and drain of the first IGFET are coupled, and the voltage extracted from the drain is supplied to the gate of the second IGFET. circuit. 4. Above 2. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein each gate electrode of the third IGFET has a semiconductor layer portion having a different conductivity type. Margin below
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JPS62188255A (en) * 1986-02-13 1987-08-17 Toshiba Corp Reference voltage generating circuit
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