JPS6080266A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Publication number
JPS6080266A
JPS6080266A JP58186771A JP18677183A JPS6080266A JP S6080266 A JPS6080266 A JP S6080266A JP 58186771 A JP58186771 A JP 58186771A JP 18677183 A JP18677183 A JP 18677183A JP S6080266 A JPS6080266 A JP S6080266A
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JP
Japan
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circuit
substrate
bias voltage
capacitor
semiconductor integrated
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Application number
JP58186771A
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English (en)
Inventor
Kazumasa Yanagisawa
一正 柳沢
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/205Substrate bias-voltage generators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Automation & Control Theory (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (背景技術〕 この発明は、半導体集積回路装置に関するもので、例え
ば、MOSFET (絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ)により構成され、基板バックバイアス電圧発生回路
を内臓する半導体集積回路装置に有効な技術に関するも
のである。
(技術背景) MOSFETで構成された半導体集積回路装置にあって
は、素子を構成する半導体領域と半導体基板との接合容
量を減少させる等のために、基板にバックバイアス電圧
を供給することが考えられ”る。このような基板バック
バイアス電圧を形成する回路を半導体集積回路装置に内
臓するにあたり、第1図に示すような基板バックバイア
ス電圧発生回路が考えられる。
すなわち、縦列接続されたインバータ回路IV1〜IV
3の初段回路と終段回路との間に遅延回路DLを設けて
正帰還ループを形成して、リングオシレータO8Cを構
成する。このリングオシレータの発振出力信号は、出力
インバータ回路IVOを通してチャージポンプ回路CP
によって整流される。このチャージポンプ回路CPは、
次の各回路素子によって構成される。上記出力インバー
タ回路IVOの出力端子には、キャパシタCIの一方の
電極が接続される。このキャパシタc1の他方の電極と
回路の接地電位点との間には、ダイオード形態のMO3
FETQIが設けられる。また、上記キャパシタC1の
他方の電極と基板との間には、ダイオード形態のMO3
FETQ2が設けられる。なお、キャパシタC2は、上
記基板と回路の接地電位点との間の寄生容量である。
このチャージポンプ回路CPの動作は、次の通りである
。出力インバータ回路IVOの出力レベルがハイレベル
のとき、ダイオード形態のMO3FETQIがオン状態
となって、キャパシタC1をチャージアップする。そし
て、上記出力レベルがロウレベル(回路の接地電位)に
されたとき、キャパシタC1の他方の電極側は上記チャ
ージアンプ電圧骨だけ負の電圧となるので、ダイオード
形態のMO3FETQ2がオン状態とな”ζ、寄生容量
C2に電荷移送を行う。このような動作の繰り返しによ
って、基板に供給される基板バ・ツクバイアス電圧−v
esは、約−(VDD−2Vth)まで低下する。ここ
で、2Vthは、M OS F E TQ 1とQ2の
しきい値電圧であり、VDDはハイレベル(電源電圧)
である。
このような基板バックバイアス電圧発生回路においては
、次のような欠点の生じることが本願発明者の研究によ
って明らかにされた。
すなわち、上記チャージポンプ回vPICPにおし)で
は、第2図に示すように、基板バイアス電圧−VBBが
低下する(絶対値的に大きくなる)とともに反比例して
その電流I BBの供給能力が低下する。
この理由は、上記基板バイアス電圧−veeが大きくな
るに従って、上記キャパシタCIのチャージアップ電圧
との差が小さくなるので、キャパシタCIから02に移
送される電荷量(電流)が小さくなるからである。
このような電圧−Vllll+と電流I BB特性のも
とでは、MO3FET回路の動作によっ゛C基板になが
れる電流I DBの変動によってその基板バイアス電圧
−VBBが大きく変動してしまう。このように基板バイ
アス電圧−VBBが変動すると、MOSFETのしきい
値電圧も変動することとなってMO3F E ”rの動
作速度が変動してしまうという問題が生じる。特に、ダ
イナミック型RAM (ランダム・アクセス・メモリ)
にあっては、動作サイクルが変動してしまうものとなる
(発明の目的〕 この発明の目的は、基板に流れる電流に対する基板バイ
アス電圧の変動を小さく抑えた基板バックバイアス電圧
発生回路を具備する半導体集積回路装置を提供すること
にある。
この発明の他の目的は、素子数の削減を図った基板バッ
クバイアス電圧発生回路を具備する半導体集積回路装置
を提供することにある。
この発明の前記ならびにその伯の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
(発明の概要〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、上記基板バックバイアス電圧の絶対値に対し
て比例的に上記発振回路の発振周波数を高くすることに
よって、その電流供給能力を補うようにするものである
〔実施例〕
第3図には、この発明に係る基板バックバイアス電圧発
生回路の一実施例の回路図が示されている。同図の各回
路素子は、特に制限されないが、ダイナミック型R’A
Mのような半導体集積回路装置に内臓される。この基板
バックバイアス電圧発生回路を具備する半導体集積回路
装置は、公知のMO3集槙回路の製造技術によって単結
晶シリコンのような半導体基板上において形成される。
この実施1す1では1.特に制限されないが、インバー
タ回路IV1.IV2及び出力・インバ・−り回路IV
Oがリング状に縦列形態に接続されることによってリン
グオシレータO8Cが構成される。上記出力インバータ
回路IVOの出力端子には、チャージポンプ回路c p
 i、=構成するキャパシタ′C1の一方の電極が接続
される。
この実施例では、このキャパシタC1は、後述するよう
に1、上記リングオシレータ03 Cの遅延手段とその
周波数制御手段として併用される。このキャパシタC1
の他方の電極と回路の接地電位点との間には、ダイオー
ド形態のM OS F E ’rQlが設けられる。ま
た 」二記キャパシタCIの他方の電極と基板(Vpe
)との間には、ダイオード形態のMO3FETQ2が設
()られる。なお、キャパシタC2は、基板と回路の接
地電位点との間の寄生容量である。上記ダイオード形態
のMOS F ETQ 1は、出力インバータ回路IV
Oの出力信号がハイレベルの時、オン状態になるように
ゲートとドレインが接続される。一方、ダイオード形態
のMO3FE’rQ2は、キャパシタC1の他方の電極
の電位が負の電圧とされた時オン状態になるようにゲー
トとドレインが接続される。
この実施例回路の動作を次に説明する。
出力インバータ回路IVOの出力端子には、キャパシタ
C1が接続されるので、そのチャージアップに要する時
間だけ出力レベルの立ち上がりが遅れるので、遅延回路
とし゛ζ機能する。したがって、基板バイアス電圧−V
BBが絶対値的に小さいとき、言い換えるならば、基板
のバイアスが浅いときには、上記第1図のチャージポン
プ回路CPの動作と同様にキャパシタCIの電荷をキャ
パシタC2に移送するときの電荷量が大きくなるので、
上記チ中−ジアップに要する電流が大きくなる。
これによっ°C1その遅延時間が大きくなるため、リン
グオシレークO8Cは比較的低い周波数によって発振動
作を行う。そして、上記基板バイアス電圧−vanがI
f!1対値的に大きくなるに伴い、キャパシタCIのプ
リチャージレベルと基板バイアス電圧−VSaとの差が
小さくなる。このため、キャパシタCIからキャパシタ
C2tご移送される電荷量が少なくなる。したがって、
キャパシタC1のプリチャージを行うための電流(電荷
)も少なくなるので、+セパシタC1へのプリチャージ
に要する時間が矩くなる6、−れによって、出力インバ
ータ回路tVOでの出力遅延時間が短(なるので、リン
グオシ1/−タOSCの発振周波数が自動的に高くなる
このようにリングオシレータO3Cの発振周波数が高く
なると、単位時間当たりのキャパシタC1からキャパシ
タC2−・の1萄移送回数が増加するので等価的に電流
供給能力を高(ずろことができる。これによって、この
実施例の基板バックバイアス電圧発生回路の電流I E
8と電圧−V IIBとの特性は 第4図の特性図に示
すよ・)に、絶対値的に基板バイマス電圧−V pBが
大きくなゲても大きな電流I BBの供給能力を持・つ
ものとされる。
したがゲC1基板に流れる電流I BBが第2図と同様
に変動しても、基板バイアス電圧−veBの変動幅を小
さく抑えることができる。
〔効 果〕
(11基板バイ1ス電圧の絶対値的な増大とともに発振
周波数を高(することによってチャージポンプ回路の動
作回数を多くして電流供給能力を高めることができる。
これによって、基板電流の変動に対する基板バイアス電
圧の変動を小さく抑えることができるという効果が得ら
れる。
(2)上記(11により、基板バイアス電圧の変動が小
さくできるから、動作速度の変動を小さくできるという
効果が得られる。特に、ダイナミ’)り型RAMのよう
にその動作サイクルが一定の範囲内であることが要求さ
れる半導体集積回路装置にあっては、動作マージンを大
きくできるという効果が得られる。
(3)上記基板バイアス電圧の変動が小さくできるから
、M OS F E ′rのしきい値電圧の変動も小さ
くなり、その動作速度とともに消費電流の変動を小さく
できるという効果が得られる。
(4)リングオシレータを構成するループ内に出力回路
を設けて、この出力回路の出力端子にチャージポンプ回
路を接続という、極めて簡単な回路により基板バイアス
電圧に応じた発振周波数の自動周波数制御が行えるとい
う効果が得られる。また、第1図の回路に比べて遅延回
路とインバータ回路が削減できるという効果が得られる
(5)リングオシレータとチャージポンプ回路とを直結
することによって、基板バイアス電圧のレベルの検出動
作及び自動周波数制御動作において、直流電流を必要と
し°ζないから、基板バックバイアス電圧発生回路にお
番ノる消費電流が増加することがないという効果が16
られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、所望の範囲で
の発振周波数の制御を行うため、第3図の実施例回路に
おいて、固定的な遅延回路を挿入するものであってもよ
い。
また、リングオシレータを用いる場合、インバータ回路
の数は、奇数個であればよい。基板バ・イアスミ圧のレ
ベルを検出して、発振周波数の制御を行う回路は種々の
実施形態を採ることかでさ・るものである。
〔利用分野〕
この発明は、基板バックバイアス電圧発生回Vδを内臓
した半導体集積回路装置に広く利用−ζきるものである
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に先立つζ考えられる基板バックバ
イアス電圧灸生回格の一例を示す回路図、第2図は、第
1図の回路の電流−電圧特性を示す特性図、 第3図は、この発明の一実施例を示す回路図第4図は、
第3図の回路の電流−電圧特性を示す特性図である、 08C・・リングオシレータ、c p・・:T−1−−
ジポンプ回路、IVI〜IV3・・インバータ回路、I
VO・・出力インバータ回路 代理人弁理士 高橋 明夫

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発振回路と、この発振回路で形成されたパルス信号
    を整流するチャージポンプ回路とからなる基板バックバ
    イアス電圧発生回路を具備する半導体集積回路装置にお
    いて、上記基板バックバイアス電圧の絶対値に対して比
    例的に上記発振回路の発振周波数を高くする回路を設け
    たことを特徴とする半導体集積回路装置。 2、上記基板バックバイアス電圧の絶対値に対して比例
    的に上記発振回路の発振周波数を高くする回路を含む基
    板バックバイアス電圧発生回路は、リングオシレータと
    、このリングオシレータのループ内に設けられた出力回
    路と、この出力回路に一端が接続されたキャパシタと、
    このキャパシタの他端と回路の接地電位点との間に設け
    られたチャージポンプ回路を構成する第1のダイオード
    手段と、上記キャパシタの他端と基板との間に設けられ
    たチャージポンプ回路を構成す第2のダイオード手段と
    からなるものであ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装置。 3、上記ダイオード手段は、ダイオード形態のMO3F
    Eす゛であ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装置。 4、上記半導体集積回路装置は、ダイナ<ツク型RAM
    であ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装置。
JP58186771A 1983-10-07 1983-10-07 半導体集積回路装置 Pending JPS6080266A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0494566A (ja) * 1990-08-10 1992-03-26 Sharp Corp 半導体記憶装置の基板バイアス発生回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0494566A (ja) * 1990-08-10 1992-03-26 Sharp Corp 半導体記憶装置の基板バイアス発生回路

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