JPS6199363A - 基板電位発生回路 - Google Patents

基板電位発生回路

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JPS6199363A
JPS6199363A JP59220906A JP22090684A JPS6199363A JP S6199363 A JPS6199363 A JP S6199363A JP 59220906 A JP59220906 A JP 59220906A JP 22090684 A JP22090684 A JP 22090684A JP S6199363 A JPS6199363 A JP S6199363A
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JP
Japan
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circuit
substrate
bias current
current
pulse
Prior art date
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JP59220906A
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English (en)
Inventor
Yoichi Hida
洋一 飛田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/4063Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing
    • G11C11/407Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
    • G11C11/4074Power supply or voltage generation circuits, e.g. bias voltage generators, substrate voltage generators, back-up power, power control circuits
    • 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

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、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下
MO8Tと称す)ン用いた半導体集積回路における基板
電位発生回路に関するものである。
〔従来の技術〕
MO8T’e用いた集積回路、特にダイナミック型のラ
ンダムアクセスメモリ(RAM)においては、回路の高
速化等の目的で半導体基板にバイアスt、加えることか
一般的である。通常、このバイアスはチップ上に設けら
れた基板電位発生回路によって発生された電圧が用いら
れる。
従来、この種の回路として第3図に示すものがあった。
第3図において、1はリング発止等を用いたパルス発生
回路、2はこのパルス発生回路1の電源端子、3は前記
パルス発生回路1の出力端子、4は結合容量、5はノー
ド、6はこのノード5と接地との間に接続された整流用
のMO8Tで、ゲート電極かノード5に接続されており
、ノード5側が陽極となる。7は前記ノード5と基板電
位発生端子(出力端子)9との間に接続された整流用の
MO8Tで、ゲート端子か出力端子9に接続されており
、出力端子側か陽極となる。8は基板電位Z安定化する
ための容量で、出力端子Sと接地との間に接続されてい
る。
上記4〜7の各素子で基板電位発生回路が構成される。
次に、第4図の波形図を参照しなから第3図の回路の動
作を説明する。
集積回路の電源端子とパルス発生回路1の電源端子2は
通常接続されているため、集積回路に電源電圧■ccが
印加されると同時に電源端子2の電圧V、もvccK上
昇する。しかしながら、出力端子9の電圧V、は幾らか
の時間遅れ(to−tl)のあと最終VペルVsuII
K達する。この時間遅れは使用者側の使い易さの点から
通常100μs以内か要求されている。
この要求を満足させるために製造者側において、次のよ
うに各素子のパラメータが決定される。
基板バイアス電流生させるために結合容量4の一端、す
なわちパルス発生回路1の出力端子3より振幅がvcc
のパルスを加えることにより、結合容量4を通してバイ
アス電流を流す。この電流により出力端子9が徐々に充
電される。出力端子9に生ずる電圧の最終的な7ベルV
、、s  は、2個の整流用のMO8T6.7のしきい
値電圧’k Vtaとすると一般に知られている第(1
1式のようになる。
■te1m  ”    (VC(2V 丁)、)・・
・・・・・・・ ・−−−−−・−・(11第(1)式
より容量8に蓄えられる電荷量Q8は、安定化容量V 
C、とすると第(2式のようになる。
Qa =  (VCC2Vt)I)・C’ 、 ・・・
−・−−−−−・・(21通常V、、−5V、 Vtu
= 0.5 V、 C,−1000pF程度である。
したがって、 QB =−(5−1,0)・1000−pJ=−400
0(pQ)上記の電荷を100μmJJ、内に充電する
のに必要な基板バイアス電流工は、次の第(3)式によ
って衣される。
上記の40μAの電流がパルス発生回路1より結合容量
4を通して容181c供給されるように、パルス発生回
路10周波数お、よび結合容量4の値が決められる。 
                        1
〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の基板バイアス電流値は電源′IjL比■。。を印
加後基板電位か所定の時間内で安定化するために必要で
あるが、それと同時に、基板電位が安定した後において
集積回路が読み出し−あるいは書き込みの活性動作を行
うとき、MO8TのドVイン近くで発生するホール(正
孔)による衝突電離電流を補償する役目も果している。
ところか、集積回路が動作しない状態、すなわち待機状
態の場合に、は基板から漏れる電流はP−N接合の逆方
向の電流のみである。この電流は通常、数10〜100
pAのオーダであり、40μλもの電流を供給する必要
はない。
ダイナミックRAMは1つのメモリシステム当たり大量
に使用されるが、その中で動作状態にあるものはメモリ
システム全体の数十分の1〜数百分の1で、残りはすべ
て待機状態にあり、実使用上、上記基板バイアス電流I
が無駄になる。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためKなされたもので、基板電位が最終レベルに達した
後、基板バイアス電流を遮断し不要な電流を流さないよ
うにすることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この分明の基板電位発生回路においては、従来の基板に
バイアス電fAr、を供給する回路の他に少なくとも2
つのバイア入電流ケ供給する回路を設け、基板電位が最
終/ペルに達した後、従来のバイアス電流ケ供給する回
Vへの基板バイアス電流を遮断し、集積回路の消費電力
を減らすようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、基板に1つのバイアス電流を供給
する回路によって二定の基板バイアス電流が供給され、
また、別のバイアス電流を供給する回路によって電源1
に圧が印加されたときのみ基板バイアス電流が供給され
、待機状態においてはこれt遮断するようにし、さらに
、別のバイアス電流を供給する回路によってりpツクパ
ルスに応動して基板バイアス電流が供給される。なお、
以下の説明では、従来例と同様に便宜上回路の説明はす
べてNチャネルMO8Tで行うか、回路的な意味はPチ
ャネルMO8Tでも本質的には同一である。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示す回路図で。
第3図に示すものと同一符号は同一または相当部分を示
す。第1図において、10〜13および24〜2Tはそ
れぞれ第3図における4〜7の各素子と同一構成の結合
容量、ノード、およびMO8Tであり、符号10〜13
で第1の回路Aか、同じく4〜1と14〜22で第2の
回路8が、さらに。
24〜2Tで第3の回路Cがそれぞれ構成される。
ただし、23は端子で、この端子23に加わるパルス信
号φは、チップの外部端子から加えられた信号を基準と
して集積回路上に設けられた回路から発生された信号で
ある。
パルス信号φはチップが読み出し、書き込みあるいはリ
フレッシュの動作をするときにパルス状に加わり、待機
状態のときは一定Vペルに保持されている。
また、15は前記整流用のMO8T6と接地との間に設
;すられたMO8T、14は前記MO8T6とMO8T
15とのノード、16は前記MOSTM5のゲート電極
と屯@端子2との間に設げられた抵抗体、17はnl前
記MO8T15と抵抗体16の7−ド、18は前記ノー
ド17に付随する寄生容量、19はn「記ノード17と
接地との間に設けられたMO8T、20は前記電源端子
2とMO8T19のゲート電極との間に設けられた抵抗
体、21はそれらの7−ド、22は前記ノード21と接
地との間に設げられた容h1である。
次に、第2因の波形図を参照しながら第1図の回路動作
を説明する。
時刻t。忙おいて電源電圧vccが印加されると。
電源端子2の電圧は電源電圧V。。まで上昇する。
これKよりパルス発生回路1が動作し、出力端子3にパ
ルスが供給される。このパルスにより第1の回路Aか動
作して基板バイアス電流1.が流れる。この基板バイア
ス電流Isは次式によって示される。
Is −f−C+o ・(Vcc  Vt・n ) −
−−・= (41ここで、fはパルス分生回路1からの
パルスの周波数、C8゜は結合容量1Gの容量値、VT
AIはMO3T12のしきい値電圧である。
上式において、容量値CIOの大きさを調節すれば基板
バイアス電流I、を変えることができる。
容量値C1゜は゛数100X程度の薄い絶縁膜と、七。
の上下にポリシリコン等で形成された電極の面積を変え
ることで容易に実現できる。
第1図の回路においては、P−N接合部のもれ電流を補
償するのに必要な電流に相当する容量値が選ばれる、一
方、第2の回路Bは、電源電圧■。Cを印加したときに
のみ基板バイアス電流IY供給する回路である。この第
2の回路臼では電源電圧vceが印加される前は、ノー
ド17と21はζ″レベルなっており、MO8T15と
19はオフ状態にある。電源電圧vceの印加によりノ
ード1Tと21は1″ ノベルに向って充電されるが、
寄生容量18が容量22よりも小さく設定されており、
ノード11の方かノード21よりも速く充電される。そ
の速さは電源電圧■。。の印加速度とほぼ同時である。
例えば、 抵抗値La=5MΩ 容量値C,,=0.5pF とすると、ノード1γの充電時定数τ、7はτ、、=5
X10’X0.5X10−′2畢25μs上記の時間で
ノード1Tが充電されると1M08T15かオンして第
2の回路Bが動作して、基板バイアス電流Iが流れる。
これに対し、ノード21は時定数が大きく設定されるの
で充電速度が遅くなる。
Plえは、 抵抗値R2D=5MΩ 容量値C,−1oopp’ とすると、ノード21の充電時定数τカはτ2l−5X
10’X100X10−”=500μsノード21の充
電時定数τ2Iを上記のように長くすることKより、ノ
ード21の充電速度を遅(し基板バイアス電流Iによる
基板の充′屯か終った頃に、(時刻t、)、MO8T1
9v、tyにしてノード17の7ベルを低レベル(′″
0″)にし、MO8T15)!a?オフにして第2の回
路Bの動作を停止させる。これにより基板への充電電流
はI、のみとなり低電力化が実現できる。
なお、MO8T15かオンすることにより流れる定常電
流■Isは、 と非常にわずかである。
また、チップが読み出し等の活性動作をしたときに基板
に流れる衝突電離電流を補償するために、第3の回路C
が設けられている。チップが動作するときにはパルス信
号φが印加さ八るので、これにより必要な電流工Aを流
しズ基板電位の減少を補う。チップを活性化するパルス
が複数ある場合は、第1図にダッシュを付して示したよ
うに、それに対応させて基板バイアス電流を供給する回
路を増やせばよい。
〔分明の効果〕
この分明は以上説明したとおり、電源印加時。
動作時、待機特別に基板にバイアス電流を供給する第1
〜第3の回路な股げ、その用途に応じて基板バイアス電
流ケ設定できるようにしたので、待機時における基板バ
イアス電流を小さくでき、集積回路の消費電力を減少す
ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による基板電位発生回路を
示す図、第2図は電源電圧印加時の第1図の回路の各部
の電圧波形および電流波形を示すタイミング図、第3図
は従来の基板電位発生回路を示す図、第4図は電源電圧
印加時の第3図の基板電位の波形を示すタイミング図で
ある。 図中、1はパルス発生回路、2は電源端子、3゜9は出
力端子、4.10.24は結合容量、5゜11.25は
ノード、6.γ、12.13.15゜19.26.27
は開O8T、8.22は容量、14.17.21は′/
−ド、16.2Gは抵抗体、1Bは寄生容量、23は端
子、A、B、Cは第1゜笛2.第3の回路である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 第1図 !λ−−−1 Φ′さ−−−−J 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  絶縁ゲート型電界効果トランジスタを基本素子とした
    半導体集積回路における基板電位発生回路において、電
    源電圧を印加後常時基板バイアス電流を供給する第1の
    回路と、同じく電源電圧印加後一定時間のみ基板バイア
    ス電流を供給する第2の回路と、さらに前記半導体集積
    回路を活性化するクロックパルスに応動して基板バイア
    ス電流を供給する第3の回路とを備えたことを特徴とす
    る基板電位発生回路。
JP59220906A 1984-10-19 1984-10-19 基板電位発生回路 Pending JPS6199363A (ja)

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