JPS61117859A - 基板ポンプ回路 - Google Patents

基板ポンプ回路

Info

Publication number
JPS61117859A
JPS61117859A JP60203213A JP20321385A JPS61117859A JP S61117859 A JPS61117859 A JP S61117859A JP 60203213 A JP60203213 A JP 60203213A JP 20321385 A JP20321385 A JP 20321385A JP S61117859 A JPS61117859 A JP S61117859A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pump
substrate
transistor
node
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP60203213A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0582145B2 (ja
Inventor
ペリイ ダブリユ,ロウ
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.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of JPS61117859A publication Critical patent/JPS61117859A/ja
Publication of JPH0582145B2 publication Critical patent/JPH0582145B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Dram (AREA)

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】 産業上の利用分野 この発明は半導体装置、更に具体的に云えば、マイクロ
プロセッサ又はメモリ装置等の様なVLSI半導体集積
回路に対する基板バイアス発生器回路に関する。
来の MOS  LSI装置に対する基板バイアス発生器回路
は、例えばぺり−W、ロウに付与された米国特許第4.
115,710号及びG、R,M。
ラオ及びC,N、レディにより1982年9月14日に
出願された米国特許出願l斡番号第418.899号(
何れもテキサス・インスツルメンツ社に譲渡されている
)に記載される様に構成されている。然し、ハイレベル
・マイクロプロセッサ又は現在設計中のダイナミックR
AMの様な密度が非常に高い装置は、更に条件が厳しい
動作モード及び待機モードの両方の間の調整作用及び消
費電力の問題が一層厳しい。
゛する為の手段 び作用 この発明の主な目的は、マイクロプロセッサの様な半導
体装置に対する改良された基板バイアス発生器回路を提
供することである。別の目的は、更に効率がよくて一層
高速に動作する電荷ポンプ回路を提供することである。
別の目的は、動作時及び待機時の消費電力を減少させる
基板バイアス発生器を提供することである。
この発明の一実施例では、半導体装置の基板に負のバイ
アスを発生する基板ポンプ回路が、発振器の出力をポン
プ節に結合するキャパシタと、ポンプ節をアース端子並
びに基板の節に結合するMOSダイオードとを用いる。
基板の節に対するMOSダイオードは、相補形のポンプ
回路によってt、I11!IIされる能動スイッチとし
て構成されている。
この回路は各々のポンプ・サイクルで、より多くの電荷
をボンピング・キャパシタから基板の静電容量に転送す
ることが出来る様にする。更にポンプされた電荷が、順
バイアスの注入接合を介してではなく、オーミック接続
部を介して直接的に基板に送出される。
この発明に特有と考えられる新規な特徴は特許請求の範
囲に記載しであるが、この発明自体並びにその他の特徴
及び利点は、以下図面について詳しく説明する所から最
もよく理解されよう。
実施例 基板電圧発生器又はポンプ回路は単純な電圧ダブラ回路
であり、バイポーラ・ダイオードの代りにMOSトラン
ジスタを使うのが普通である。第1図の典型的なポンプ
回路では、発振器10がドライバー(駆1ll)回路1
1に対して選ばれた周波数の入力を発生し、こうしてこ
の駆動回路11の出力節12は交互に強制的に+Vdd
及びアースにされる。節14に接続されたポンプキャパ
シタ13が、駆動回路の出力の1に向う縁で節14を高
にし、0に向う縁で低にしようとする。然し、ゲートを
ソースに短絡したトランジスタ15がダイオードとして
作用し、即ち一方向に導電し、1に向う縁で節14を正
にさせない。0に向う縁で、キャパシタ13が節14を
負のレベルに引張ろうとし、(ダイオードとして接続さ
れた)トランジスタ16が基板から導電することが出来
る。基板17は、この点で節14よりも更に正であれば
、トランジスタ16を介して導電し、この為基板が負の
電圧−vbbにポンプされる。接合ダイオード18は節
14のソース/ドレインN十拡散部とP形基板17の閤
の接合を表わす(極性はN−チャンネルのMO3処理の
場合に対して示しである)jl!l回動の出力12が高
になると、トランジスタ15が節14をトランジスタ1
5の閾値電圧Vt1に大体等しい電圧にクランプするの
で、キャパシタ13はVdd−Vt1にプリチャージさ
れる。ポンプ行程で節12が低になると、トランジスタ
15によって形成されたMOSダイオードがターンオフ
し、この為節14も低になる。節14が基板17の電圧
よりも十分に更に負になると、トランジスタ17並びに
/又は接合ダイオード18によって形成されたMOSダ
イオードが導電を開始し、この為、電荷がキャパシタ1
3がら基板17の静電容量C8Sに転送される。基板を
ポンプし得る最も負の電圧−vbbは −(V(ld−Vt1−Vt2>又は −Ml/dd−Vt1−Vdl)の何れかである。
ここでVt1は基板効果(body effect )
を含むトランジスタ15の閾値電圧であり、Vt2はV
bS−0(I板効果なし)の時のトランジスタ16の閾
値電圧であり、Vd1はダイオード18の順方向ダイオ
ード効果である。
成るNチャンネル・プロセスでは、自然の閾値電圧がO
に近く、常に正である時、打込みをしていない、即ち「
自然のままの」トランジスタをトランジスタ16として
使うことが出来る。この時、トランジスタ16は、ダイ
オード18の代りに、ポンプされる電荷転送の大部分を
通す位に大きく作ることが出来る。自然の閾値が時々負
になれば、正の閾値電圧を保証する為にlliill節
用の打込みを使う場合、トランジスタ16を使うことが
出来る。然し、調節された閾値がVdlより高い場合、
ダイオード18が大部分の電荷を通し、トランジスタ1
6は必要でなくなる。
然し、ダイオード18を介してポンプされる電荷を通す
ことは一般的に望ましくない。これはシリコン表面に於
ける電荷の局部的な注入になるからである。比抵抗の大
きい基板では、注入電荷がチップを横切ってかなりの距
離にわたって移動することがあり、その結果ダイナミッ
ク記憶装置の節にとっての信頼性の問題が生ずる。
第2図について説明すると、この発明による改良された
回路は相補形ポンプを用い、トランジスタ16を能動ス
イッチとして構成している。この図には基本的な回路を
示してあり、図面を簡単にする為に接合ダイオードを省
略しである。トランジスタ20,2Lポンプ・キャパシ
タ22及び駆動段23で構成6れる相補形ポンプ段が、
第1図の従来のポンプ段として構成されることが示され
ているが、この変更した段では、ポンプ節24がトラン
ジスタ16をゲートする点が異なる。第1段の出力25
が低であり、節24が V3−− (Vdd−Vt3−Vt4)であると仮定す
る。この時、第2段の出力節12は高であり、節14は
Vt1である。基板電圧vbbが第1段11によってボ
ンブシ得る最大値である場合、Vbb−−(Vdd−V
t3−Vt4)−V3である。従って、トランジスタ1
6では、ゲート電圧VQ=V3−Vs−Vbbであり、
従ってトランジスタ16はカットオフである。この時、
交代的な半サイクルで、節25がVddになり、節24
が+Vt3に向う。この時、節12の第2段11の出力
が低になり始める少し前に、トランジスタ16が導電を
開始する。耐12が低になるまでのこの短い時間の間、
若干の基板の電荷が節14に転送され、節14の電圧を
下げ、MOSダイオード15を(それがまだオフでなけ
れば)ターンオフする。この基板の電荷は失われず、節
12が低になって、節14を低に駆動する時、基板に戻
される。トランジスタ16がポンプ行程の閣、良好なゲ
ート駆動を維持するので、トランジスタ16でVd5−
0の場合に対応して、一杯のプリチャージ電圧(Vdd
−Vtl)を基板17に転送することが出来る。最終的
にポンプし得る基板電圧−vbbの最大値は、この時 (Vdd−Vt 1 )であり、第1図の従来の回路に
較べて、−Vt2だけ改善されている。
−vbbが−(Vdd−Vt1)に等しい状態に近づく
時、MOSダイオード21(又は節24の接合ダイオー
ド)が順バイアスされない為に、節24が−(Vdd−
Vt3)〜vbbに下がるので、トランジスタ16は依
然として最初の半サイクルでカットオフ状態に駆動さる
(節25が低)。
利点は、所定規模のポンプ・キャパシタを一層効率よく
使っていること、並びに接合ダイオード18の順バイア
スを避ける位にスイッチ・トランジスタ16が導電すれ
ば、ダイオードによる注入が完全に避けられることであ
る。
第2図に示す回路はこの発明の考えを示しているが、好
ましい実施例は係属中の米国特許出願寺m      
 に記載されたリング発振器と組合せた分布ポンプ装置
であり、これが第3図に示されている。この回路では、
奇数個のインバータ段11で構成されたリング発振器を
使い、各々のインバータの出力12を用いてキャパシタ
13を介してポンプ回路を駆動する。フィードバック通
路28が最終段の出力を第1段の入力に接続し、この為
回路は、ROM延に依存した速度で発振する(即ち、各
々の節12が状態を切換える)、各々のキャパシタ13
が前と同じくポンプ節14に結合され、各々の節14が
MOSダイオードとして接続されたトランジスタ15に
より、アース端子■SSに結合される。各々の節14が
トランジスタ16によって−vbb基板17に結合され
る。
トランジスタ16のゲートは、第2図の回路と全く同じ
に、前段の節14から駆動され、この為動作は第2図と
同じである。
第2図の基本的な回路の欠点は、追加の相補的な位相段
23が必要であるが、vbbが−(Vdd−Vt3−V
t4)よりも更に負である時に、この追加の段23が基
板に電荷を供給しなくなり、こうしてポンプの実効出力
インピーダンスを高めることである。調整電圧IVbl
<1 (Vdd−Vt3−Vt4)1を用いた基板電圧
調整方式を用いれば、この欠点が避けられる。
この欠点は、第3図のリング発振器と組合せた分布ポン
プ装置でも、各段がMOSスイッチを使う様に変更され
ているので、避けられる。ポンプ・キャパシタからの電
荷の小さな一部分を取出してスイッチをターンオフし、
従って基板に利用することが出来ないので、ポンプ効率
が若干犠牲になる。このスイッチ・トランジスタのゲー
トの静電容量は普通はポンプ・キャパシタより1桁低い
勿論、この犠牲は、基板を充電する為に余分の電圧が利
用出来ることによって埋合される。
この発明の考えは任意のPチャンネル又はNチャンネル
のMO3基板電荷ポンプ又は0MO8に応用することが
出来、3倍化、基板電圧調整方式の様なこの他の公知の
電荷ポンプの改良と、上に述べた様に集積化したリング
発振器とポンプの組合せ形式と共に使うことが出来る。
例えば第4図に示す様に、第3図の回路の各々ポンプ段
は、基板17の電圧に応答して、節14からトランジス
タ15を介してVSSに至る通路の抵抗値を変える追加
のトランジスタ45を含んでいてよい。この回路が係属
中の米国特許用願書す香噌       に記載されて
いる。基板電圧が所望の値−vbbに近づくにつれて、
IIIIII線46が高から低になり、各段に対するト
ランジスタ45の抵抗値を増加し、キャパシタ13の充
電時定数を長くする。
この発明を実施例について説明したが、この説明はこの
発明を制約するものと解してはならない。
以上の説明から、当業者にはこの実施例の種々の変更並
びにこの発明のその他の実施例が容易に考えられよう。
従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に属する
全ての変更を包括するものであることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の基板ポンプ回路の回路図、第2図はこの
発明に従って構成された基板ポンプ回路の回路図、第3
図はこの発明の別の実I)iHによる多段発振器及びポ
ンプ回路の回路図、第4図はこの発明の更に別の実施例
の基板ポンプ回路の回路図である。 主な符号の説明 11.23・・・ドライバ回路 12.25・・・その出力 13.22・・・ポンプ・キャパシタ 14.24・・・ポンプ節

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体チップに対する基板ポンプ回路に於て、何
    れも入力及び出力を持つていて、当該第1の駆動回路の
    出力が当該第2の駆動回路の入力に接続されている第1
    及び第2の駆動回路と、該第1及び第2の駆動回路の出
    力を夫々第1及び第2のポンプ節に接続する第1及び第
    2のポンプ・キャパシタと、各々ソースに短絡されたゲ
    ートを持つていて、前記第1及び第2のポンプ節を電気
    的なアースに接続する第1及び第2のクランプ・トラン
    ジスタと、ソース・ドレイン通路が前記チップ及び前記
    第1及び第2のポンプ節の間に夫々接続されている第1
    及び第2のポンプ・トランジスタとを有し、第2のポン
    プ・トランジスタのゲートが前記第1のポンプ節に接続
    されている基板ポンプ回路。
  2. (2)特許請求の範囲第1項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、前記第1のポンプ・トランジスタのゲートがそ
    のソースに接続されている基板ポンプ回路。
  3. (3)特許請求の範囲第1項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、前記第1及び第2の駆動回路がリング発振器回
    路に入つている基板ポンプ回路。
  4. (4)特許請求の範囲第3項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、前記第1のポンプ・トランジスタのゲートが、
    前記リング発振器の前段にあるポンプ節に結合されてい
    る基板ポンプ回路。
  5. (5)特許請求の範囲第4項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、ソース・ドレイン通路が各々のクランプ・トラ
    ンジスタと直列に接続されている調整トランジスタを有
    し、各々の調整トランジスタのゲートが前記チップに対
    するバイアスに応答して変化する電圧に接続されている
    基板ポンプ回路。
  6. (6)半導体チップに対する基板ポンプ回路に於て、ポ
    ンプ節と、該ポンプ節をスイッチング電圧源に接続する
    キャパシタと、前記ポンプ節をアース端子に結合するソ
    ース・ドレイン通路を持つと共に前記ポンプ節に接続さ
    れたゲートを持つ第1のトランジスタと、前記ポンプ節
    を基板の節に結合するソース・ドレイン通路を持つと共
    にゲートを持つ第2のトランジスタと、前記スイッチン
    グ電圧の補数である電圧を前記第2のトランジスタのゲ
    ートに印加する手段とを有する基板ポンプ回路。
  7. (7)特許請求の範囲第6項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、該回路がチップに設けられた複数個の同様な基
    板ポンプ回路の内の1つであり、前記スイッチング電圧
    源が複数個のインバータ段を持つリング発振器である基
    板ポンプ回路。
  8. (8)特許請求の範囲第7項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、各々のポンプ回路にあるキャパシタが前記複数
    個のインバータ段の内の別々の1つの出方に結合されて
    いる基板ポンプ回路。
  9. (9)特許請求の範囲第8項に記載した基板ポンプ回路
    に於て、各々のポンプ回路にある印加する手段がその前
    の1つのポンプ回路のポンプ節に結合されている基板ポ
    ンプ回路。
  10. (10)特許請求の範囲第9項に記載した基板ポンプ回
    路に於て、各々のポンプ回路が前記第1のトランジスタ
    と直列のソース・ドレイン通路を持つ調整トランジスタ
    を含んでおり、各々の調整トランジスタのゲートが前記
    基板に対する電圧に応答して変化する電圧に接続されて
    いる基板ポンプ回路。
JP60203213A 1984-09-17 1985-09-13 基板ポンプ回路 Granted JPS61117859A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US651140 1984-09-17
US06/651,140 US4628215A (en) 1984-09-17 1984-09-17 Drive circuit for substrate pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61117859A true JPS61117859A (ja) 1986-06-05
JPH0582145B2 JPH0582145B2 (ja) 1993-11-17

Family

ID=24611718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60203213A Granted JPS61117859A (ja) 1984-09-17 1985-09-13 基板ポンプ回路

Country Status (2)

Country Link
US (1) US4628215A (ja)
JP (1) JPS61117859A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0262796A (ja) * 1988-08-29 1990-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 昇圧回路

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6199363A (ja) * 1984-10-19 1986-05-17 Mitsubishi Electric Corp 基板電位発生回路
US5077488A (en) * 1986-10-23 1991-12-31 Abbott Laboratories Digital timing signal generator and voltage regulation circuit
US5036229A (en) * 1989-07-18 1991-07-30 Gazelle Microcircuits, Inc. Low ripple bias voltage generator
JPH076581A (ja) * 1992-11-10 1995-01-10 Texas Instr Inc <Ti> 基板バイアス・ポンプ装置
US5721509A (en) * 1996-02-05 1998-02-24 Motorola, Inc. Charge pump having reduced threshold voltage losses
JP4109340B2 (ja) 1997-12-26 2008-07-02 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路装置
KR100529386B1 (ko) * 2004-04-27 2005-11-17 주식회사 하이닉스반도체 래치-업 방지용 클램프를 구비한 반도체 메모리 소자
US8476709B2 (en) * 2006-08-24 2013-07-02 Infineon Technologies Ag ESD protection device and method

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6042621B2 (ja) * 1977-03-31 1985-09-24 株式会社東芝 Mos集積回路装置
JPS5453240A (en) * 1977-10-03 1979-04-26 Toshiba Corp Reverse voltage generating circuit
JPS5525220A (en) * 1978-08-11 1980-02-22 Oki Electric Ind Co Ltd Substrate bias generation circuit
JPS5590139A (en) * 1978-12-27 1980-07-08 Fujitsu Ltd Substrate bias generating circuit
US4460835A (en) * 1980-05-13 1984-07-17 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor integrated circuit device with low power consumption in a standby mode using an on-chip substrate bias generator
US4307333A (en) * 1980-07-29 1981-12-22 Sperry Corporation Two way regulating circuit
US4322675A (en) * 1980-11-03 1982-03-30 Fairchild Camera & Instrument Corp. Regulated MOS substrate bias voltage generator for a static random access memory
JPS58105563A (ja) * 1981-12-17 1983-06-23 Mitsubishi Electric Corp 基板バイアス発生回路
US4494223B1 (en) * 1982-09-16 1999-09-07 Texas Instruments Inc Sequentially clocked substrate bias generator for dynamic memory
US4553047A (en) * 1983-01-06 1985-11-12 International Business Machines Corporation Regulator for substrate voltage generator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0262796A (ja) * 1988-08-29 1990-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 昇圧回路

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0582145B2 (ja) 1993-11-17
US4628215A (en) 1986-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0485016B1 (en) Integrated charge pump circuit with back bias voltage reduction
KR100922681B1 (ko) 차지 펌프 회로
US7602233B2 (en) Voltage multiplier with improved efficiency
JP2718375B2 (ja) チャージポンプ回路
JP2703706B2 (ja) 電荷ポンプ回路
JP2815292B2 (ja) 半導体集積回路装置の負電荷チャージポンプ回路
JP2004120998A (ja) 高電圧オペレーションが可能な効率的なチャージポンプ
KR930022373A (ko) 챠지펌핑효율이 개선된 챠지펌프회로
JPH01164264A (ja) 電圧増倍器集積回路と整流器素子
US6518829B2 (en) Driver timing and circuit technique for a low noise charge pump circuit
KR0167692B1 (ko) 반도체 메모리장치의 차아지 펌프회로
JPS61117859A (ja) 基板ポンプ回路
US6285240B1 (en) Low threshold MOS two phase negative charge pump
US7333373B2 (en) Charge pump for use in a semiconductor memory
JP3024399B2 (ja) 半導体集積回路
EP0678867A2 (en) Charge pump circuit
JPH03232269A (ja) 半導体装置の入力回路
US6177829B1 (en) Device for improving the switching efficiency of an integrated circuit charge pump
KR940006072Y1 (ko) 백바이어스전압발생회로
JP2001136733A (ja) チャージポンプ回路
KR100349349B1 (ko) 승압 전압 발생기
KR940003405B1 (ko) 기판전압 발생장치
JP2768851B2 (ja) 半導体装置
EP1159659A1 (en) Four-phase charge pump with lower peak current
KR0154743B1 (ko) 반도체 메모리용 차아지 펌프 회로

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term