KR20000007309A - Circuit for generating substrate bias voltage of semiconductor device - Google Patents

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KR20000007309A
KR20000007309A KR1019980026588A KR19980026588A KR20000007309A KR 20000007309 A KR20000007309 A KR 20000007309A KR 1019980026588 A KR1019980026588 A KR 1019980026588A KR 19980026588 A KR19980026588 A KR 19980026588A KR 20000007309 A KR20000007309 A KR 20000007309A
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오상철
구교설
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윤종용
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    • 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

PURPOSE: A circuit for generating a substrate bias voltage of a semiconductor device is provided to generate a substrate bias voltage to be able to regulate from outside. CONSTITUTION: The circuit for generating a substrate bias voltage offers; a launching circuit(100); a pumping circuit(200); a detecting circuit unit(300) containing a switch control signal generating circuit(310), a first load circuit unit(320), a second load circuit unit(330), and a detecting circuit(340). The first and the second load circuit units(320,330) control the detected power voltage to be a standard of the voltage detecting of the detecting circuit(340) by the control of the switch control signals(S1,S2,...,S7,S8) supplied from the switch control signal generating circuit(310). The detecting circuit(340) detects the voltage level of the substrate bias voltage(VBB) output from the pumping circuit(200) by having the detecting voltage level, the standard, controlled by the first and the second load circuits(320,330).

Description

반도체 장치의 기판 바이어스 전압 발생 회로(A CIRCUIT FOR GENERATING SUBSTRATE BIAS VOLTAGE OF SEMICONDUCTOR DEVICE)A CIRCUIT FOR GENERATING SUBSTRATE BIAS VOLTAGE OF SEMICONDUCTOR DEVICE

본 발명은 반도체 장치(semiconductor device)에 관한 것으로서, 구체적으로는 외부에서 조절이 가능한 기판 바이어스 전압을 발생하는 기판 바이어스 전압 발생 회로(a circuit for generating substrate bias voltage)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a circuit for generating substrate bias voltage for generating an externally adjustable substrate bias voltage.

기판 바이어스 전압 발생 회로는 실리콘 기판(silicon substrate)에 가해지며, 음의 전압 레벨을 가지는 기판 바이어스 전압(substrate bias voltage : VBB)을 발생하는 회로이다. 상기 기판 바이어스 전압(VBB)을 상기 반도체 기판상에 공급하는 첫 번째 이유는, 반도체 메모리 장치(semiconductor memory device)내의 각 구성 소자들의 PN 접합(PN junction)이 부분적으로 순방향 바이어스(forward bias)가 되는 것을 방지하여 메모리 셀의 데이터 손실이나 래치-업(latch-up) 현상 등을 막기 위해서이다. 두 번째 이유는, 백 게이트 효과(back gate effect)에 따른 MOS 트랜지스터의 드레솔드 전압(threshold voltage)의 변화를 감소시켜 반도체 메모리 장치의 안정화를 위해서이다. 그리고, 세 번째 이유는, 기생(parasitic) MOS 트랜지스터의 드레솔드 전압을 높임으로써, 필드 옥사이드(field oxide)충 아래의 채널 스텁 임플런트(channel stop implant)의 농도를 높일 필요가 없어지고, 역 바이어스(reverse bias)가 인가됨으로써, MOS 트랜지스터의 PN 접합 용량이 감소되어 회로의 동작 속도가 향상되기 때문이다.The substrate bias voltage generator circuit is a circuit applied to a silicon substrate and generates a substrate bias voltage (VBB) having a negative voltage level. The first reason for supplying the substrate bias voltage VBB onto the semiconductor substrate is that the PN junctions of the respective elements in the semiconductor memory device are partially forward biased. This is to prevent data loss or latch-up of the memory cells by preventing the data from being lost. The second reason is to stabilize the semiconductor memory device by reducing the change in the threshold voltage of the MOS transistor due to the back gate effect. The third reason is that by increasing the threshold voltage of the parasitic MOS transistor, there is no need to increase the concentration of the channel stop implant under the field oxide charge and reverse bias. This is because (reverse bias) is applied, thereby reducing the PN junction capacitance of the MOS transistor, thereby improving the operation speed of the circuit.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 기판 바이어스 전압 발생 회로는 발진 회로(10), 펌핑 회로(20) 그리고 검출 회로(30)를 구비한다. 상기 발진 회로(10)는 상기 검출 회로(30)로부터 공급되는 검출 신호(detect signal : DS)의 제어에 의해 소정의 주파수를 가지는 발진 신호(CLK)를 출력한다. 상기 펌핑 회로(20)는 상기 발진 회로(10)와 반도체 기판(도면에는 도시되지 않음)의 사이에 연결되며, 상기 발진 신호(CLK)의 제어에 의해 음의 전압 레벨을 가지는 기판 바이어스 전압(VBB)을 출력한다. 상기 검출 회로(30)는 상기 반도체 기판과 상기 발진 회로(10)의 사이에 연결되며, 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 검출하여 그 검출 결과로서 상기 검출 신호(DS)를 출력한다.Referring to FIG. 1, the substrate bias voltage generation circuit according to the related art includes an oscillation circuit 10, a pumping circuit 20, and a detection circuit 30. The oscillation circuit 10 outputs an oscillation signal CLK having a predetermined frequency under the control of a detection signal DS supplied from the detection circuit 30. The pumping circuit 20 is connected between the oscillation circuit 10 and a semiconductor substrate (not shown) and has a negative voltage level under control of the oscillation signal CLK. ) The detection circuit 30 is connected between the semiconductor substrate and the oscillation circuit 10, detects a voltage level of the semiconductor substrate, and outputs the detection signal DS as a detection result.

그런데, 상기 기판 바이어스 전압 발생 회로는 설계자가 원하는 상기 기판 바이어스 전압(VBB)을 출력하지 못하는 경우가 있다. 그리고, 반도체 메모리 장치가 페일(fail)되면, 상기 반도체 장치들은 상기 기판 바이어스 전압(VBB)을 가변시키면서 각각의 회로들이 분석되야 한다. 이때, 상기 기판 바이어스 전압(VBB)은 ATE 시스템(automatic memory test system)의 드라이버(driver)나 파워 소스(power source)를 이용하여 퍼싱(forcing)되는 방법이 사용된다. 즉, 상기 기판 바이어스 전압(VBB)을 가변하는 방법은 상기 ATE 시스템의 채널 어싸인(channel assign)이 사용되며, 테스트 로드 보드(test load board) 구성시에도 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 인가가 가능하게 구성되어야 하는 단점이 있다.However, the substrate bias voltage generation circuit may not output the substrate bias voltage VBB desired by a designer. When the semiconductor memory device fails, the circuits must be analyzed while varying the substrate bias voltage VBB. In this case, the substrate bias voltage VBB is used forcing by using a driver or a power source of an automatic memory test system (ATE). That is, in the method of varying the substrate bias voltage VBB, a channel assign of the ATE system is used, and the application of the substrate bias voltage VBB is applied even when a test load board is configured. There is a drawback to be possible.

또한, 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 상기 퍼싱은 웨이퍼(wafer)나 세라믹(ceramic) 상태에서만 가능한데, 상기 웨이퍼 상태에서는 상기 기판 바이어스 전압 패드(VBB pad)와 연결하기 위해 프로브 카드(probe card)상에 핀(pin)이 할당되어야 하며, 상기 세라믹의 경우에는 상기 기판 바이어스 전압 패드(VBB pad)에 본딩(bonding)을 해야 하는 추가 작업이 요구된다. 특히, TSOP(thin small outline package)나 SOJ(small outline j form)와 같이 밀봉된 패키지(package) 타입의 반도체 장치에 구비되는 상기 기판 바이어스 전압 발생 회로는 상기 기판 바이어스 전압을 가변시키는 것 자체가 불가능한 문제점이 발생된다.In addition, the pershing of the substrate bias voltage VBB is possible only in a wafer or ceramic state, where the wafer state is provided on a probe card to connect with the substrate bias voltage pad VBB pad. A pin must be assigned to the ceramic, and in the case of the ceramic, an additional work of bonding to the substrate bias voltage pad VBB pad is required. In particular, the substrate bias voltage generation circuit provided in a sealed package type semiconductor device such as a thin small outline package (TSOP) or a small outline j form (SOJ) is impossible to vary the substrate bias voltage itself. Problems arise.

따라서 본 발명의 목적은 외부에서 조절 가능한 기판 바이어스 전압을 발생하는 반도체 장치의 기판 바이어스 전압 발생 회로를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a substrate bias voltage generator circuit of a semiconductor device for generating an externally adjustable substrate bias voltage.

도 1은 종래의 기술에 따른 기판 바이어스 전압 발생 회로의 회로도; 및1 is a circuit diagram of a substrate bias voltage generation circuit according to the prior art; And

도 2는 본 발명에 따른 기판 바이어스 전압 발생 회로의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a substrate bias voltage generation circuit according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10, 100 : 발진 회로 20, 200 : 펌핑 회로10, 100: oscillation circuit 20, 200: pumping circuit

30, 300 : 검출 회로30, 300: detection circuit

(구성)(Configuration)

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, 기판 바이어스 전압 발생 회로는 상기 반도체 기판에 연결되며, 소정의 발진 신호에 응답해서 상기 반도체 기판으로 전하들을 펌핑하는 펌핑 수단과; 상기 반도체 기판에 연결되며, 외부로부터 인가되는 제어 신호에 의해서 가변되는 소정의 검출 전압 레벨을 기준하여 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 검출하고 그 검출 결과로서 검출 신호를 발생하는 검출 수단 및, 상기 검출 신호에 응답해서 상기 발진 신호를 발생하는 발진 수단을 포함한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a substrate bias voltage generation circuit is connected to the semiconductor substrate, pumping means for pumping charges to the semiconductor substrate in response to a predetermined oscillation signal; Detection means connected to the semiconductor substrate and detecting a voltage level of the semiconductor substrate on the basis of a predetermined detection voltage level varied by a control signal applied from the outside, and generating a detection signal as a detection result thereof; Oscillating means for generating the oscillating signal in response.

이 실시예에 있어서, 상기 검출 수단은, 상기 제어 신호에 응답해서 제 1 및 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들을 발생하는 스위치 제어 신호 발생 수단과, 전원 전압에 연결되는 제 1 로드 수단과, 상기 제 1 로드 수단과 상기 검출 전압을 출력하는 소정의 노드 사이에 연결되며, 상기 기판 바이어스 전압에 따라 온/오프되는 스위치 및, 상기 노드와 접지 전압 사이에 연결되는 제 2 로드 수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 로드 수단들의 각 저항은 상기 검출 전압 레벨이 가변되도록 대응하는 상기 제 1 및 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들에 의해서 가변된다.In this embodiment, the detecting means comprises: switch control signal generating means for generating first and second groups of switch control signals in response to the control signal, first load means connected to a power supply voltage, and the first means; A first load means and a switch connected between a predetermined node for outputting the detection voltage and on / off according to the substrate bias voltage, and second load means connected between the node and the ground voltage, Each resistance of the first and second load means is varied by corresponding first and second group of switch control signals such that the detected voltage level is varied.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 로드 수단은, 상기 제 1 그룹의 스위치 제어 신호들을 래치하는 제 1 래치 회로부 및, 래치된 상기 제 1 그룹의 스위치 제어 신호들에 응답해서 상기 노드의 상기 검출 전압 레벨을 가변하는 제 1 로드 회로를 포함한다.In this embodiment, the first load means comprises: a first latch circuit portion for latching the first group of switch control signals; and the detected voltage of the node in response to the latched first group of switch control signals. And a first load circuit varying the level.

이 실시예에 있어서, 상기 제 2 로드 수단은, 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들을 반전시키는 반전 회로부와, 반전된 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들을 래치하는 제 2 래치 회로부 및, 래치된 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들에 응답해서 상기 노드의 상기 검출 전압의 전압 레벨을 가변하는 제 2 로드 회로를 포함한다.In this embodiment, the second load means comprises: an inverting circuit portion for inverting the second group of switch control signals, a second latch circuit portion for latching the inverted second group of switch control signals, and the latched said And a second load circuit that varies a voltage level of the detected voltage of the node in response to a second group of switch control signals.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 로드 회로는, 전원 전압과 상기 노드의 사이에 각각 형성되는 전류 통로들 및 대응하는 상기 제 1 그룹의 스위치 제어 신호들에 의해 각각 제어되는 게이트들을 가지는 복수개의 PMOS 트랜지스터들 및, 상기 전원 전압과 상기 노드의 사이에 형성되는 전류 통로 및 접지 전압에 의해 제어되는 게이트를 가지는 PMOS 트랜지스터를 포함한다.In this embodiment, the first load circuit has a plurality of PMOSs having current paths respectively formed between a power supply voltage and the node and gates respectively controlled by corresponding first group of switch control signals. And a PMOS transistor having a gate controlled by a ground path and a current path formed between the power supply voltage and the node.

이 실시예에 있어서, 상기 제 2 로드 회로는, 상기 노드와 접지 전압 사이에 각각 형성되는 전류 통로들 및 대응하는 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들에 의해 각각 제어되는 게이트들을 가지는 NMOS 트랜지스터들 및, 상기 노드와 상기 접지 전압 사이에 형성되는 전류 통로 및 전원 전압에 의해 제어되는 게이트를 가지는 NMOS 트랜지스터를 포함한다.In this embodiment, the second load circuit comprises NMOS transistors each having current paths formed between the node and ground voltage and gates respectively controlled by corresponding second group of switch control signals; And an NMOS transistor having a gate controlled by a power supply voltage and a current path formed between the node and the ground voltage.

(작용)(Action)

이와같은 장치에 의해서, 외부 입력 신호들에 의해 검출 전압 레벨이 조절됨으로써, 반도체 기판으로 공급되는 기판 바이어스 전압이 조절될 수 있다.By such an apparatus, the detection voltage level is adjusted by external input signals, whereby the substrate bias voltage supplied to the semiconductor substrate can be adjusted.

(실시예)(Example)

이하 본 발명의 실시예에 따른 참조도면 도 2에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2를 참조하면, 본 발명의 신규한 기판 바이어스 전압 발생 회로는 발진 회로(100), 펌핑 회로(200) 그리고 검출 회로부(300)를 제공한다. 상기 검출 회로부(300)는 스위치 제어 신호 발생 회로(310), 제 1 로드 회로부(320), 제 2 로드 회로부(330) 그리고 검출 회로(340)를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)은 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)로부터 공급되는 스위치 제어 신호들(S1, S2, ..., S7, S8)의 제어에 의해 상기 검출 회로(340)의 전압 검출의 기준이 되는 검출 전압 레벨을 조절한다. 상기 검출 회로(340)는 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)에 의해 조절된 상기 검출 전압 레벨을 기준하여 상기 펌핑 회로(200)에서 출력되는 기판 바이어스 전압(VBB)의 전압 레벨을 검출한다.Referring to FIG. 2, the novel substrate bias voltage generator circuit of the present invention provides an oscillator circuit 100, a pumping circuit 200, and a detection circuit unit 300. The detection circuit unit 300 includes a switch control signal generation circuit 310, a first load circuit unit 320, a second load circuit unit 330, and a detection circuit 340. The first and second load circuit parts 320 and 330 are detected by the control of switch control signals S1, S2,..., S7 and S8 supplied from the switch control signal generation circuit 310. The detection voltage level, which is a reference for voltage detection of the circuit 340, is adjusted. The detection circuit 340 adjusts the voltage level of the substrate bias voltage VBB output from the pumping circuit 200 based on the detection voltage level adjusted by the first and second load circuit units 320 and 330. Detect.

도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 바이어스 전압 발생 회로는 발진 회로(100), 펌핑 회로(200) 그리고 검출 회로부(300)를 포함한다. 상기 발진 회로(100)는 상기 검출 회로부(300)와 상기 펌핑 회로(200)의 사이에 연결되며, 상기 검출 회로부(300)로부터 출력되는 검출 신호(DS)의 제어에 의해 소정의 주파수를 가지는 발진 신호(CLK)를 출력한다. 상기 펌핑 회로(200)는 상기 발진 회로(100)와 반도체 기판(도면에는 도시되지 않음)의 사이에 연결되며, 상기 발진 신호(CLK)의 제어에 의해 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 소정의 음(negative)의 전압 레벨로 다운(down)시킨다.Referring to FIG. 2, the substrate bias voltage generation circuit of the present invention includes an oscillation circuit 100, a pumping circuit 200, and a detection circuit unit 300. The oscillation circuit 100 is connected between the detection circuit unit 300 and the pumping circuit 200, and has an oscillation having a predetermined frequency under the control of the detection signal DS output from the detection circuit unit 300. Output the signal CLK. The pumping circuit 200 is connected between the oscillation circuit 100 and a semiconductor substrate (not shown), and the voltage level of the semiconductor substrate is controlled to a predetermined negative level by the control of the oscillation signal CLK. down to a negative voltage level.

상기 검출 회로부(300)는 스위치 제어 신호 발생 회로(310), 제 1 로드 회로부(320), 제 2 로드 회로부(330) 그리고 검출 회로(340)를 포함한다. 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)는 외부로부터 인가되는 입력 신호들(A0, A1, A2)을 받아들이고, 제어 신호(CON)의 제어에 의해 상기 입력 신호들(A0, A1, A2) 및 상기 제어 신호(CON)에 상응하는 로드 신호들(S1, S2, ... S7, S8)을 출력한다. 상기 제 1 로드 회로부(320)는 제 1 래치 회로부(321)와 제 1 로드 회로(322)를 포함하며, 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, S3, S4)의 제어에 의해 상기 검출 회로(340)의 검출 전압 레벨을 조절한다. 상기 제 1 래치 회로부(321)는 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)와 상기 제 1 로드 회로(322)의 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4)의 사이에 각각 연결되며, 입/출력 단자들이 상호 교차되도록 구성되는 래치 회로들(L1, L2, L3, L4)을 포함한다.The detection circuit unit 300 includes a switch control signal generation circuit 310, a first load circuit unit 320, a second load circuit unit 330, and a detection circuit 340. The switch control signal generation circuit 310 receives the input signals A0, A1, A2 applied from the outside, and controls the input signals A0, A1, A2 and the control by controlling the control signal CON. The load signals S1, S2, ... S7, S8 corresponding to the signal CON are output. The first load circuit unit 320 includes a first latch circuit unit 321 and a first load circuit 322, and the detection circuit (S1) by controlling the switch control signals S1, S2, S3, and S4. The detection voltage level of 340 is adjusted. The first latch circuit unit 321 is connected between the switch control signal generation circuit 310 and the PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 of the first load circuit 322, respectively. The latch circuits L1, L2, L3, L4 are configured so that the terminals cross each other.

상기 제 1 로드 회로(322)는 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4 P5)을 포함한다. 상기 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4)은 전원 전압(VCC)과 상기 검출 회로(340)의 PMOS 트랜지스터(P6)의 소오스의 사이에 각각 형성되는 전류 통로들 및 대응하는 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, S3, S4)에 의해 각각 제어되는 게이트들을 갖는다. 상기 PMOS 트랜지스터(P5)는 상기 전원 전압(VCC)과 상기 PMOS 트랜지스터(P6)의 소오스의 사이에 형성되는 전류 통로 및 접지 전압(VSS)에 연결되는 게이트를 갖는다. 상기 제 2 로드 회로부(330)는 반전 회로(331), 제 2 래치 회로부(332) 그리고 제 2 로드 회로(333)를 포함하며, 상기 스위치 제어 신호들(S5, S6, S7, S8)의 제어에 의해 상기 검출 회로(340)의 상기 검출 전압 레벨을 조절한다.The first load circuit 322 includes PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 P5. The PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 are current paths respectively formed between a power supply voltage VCC and a source of the PMOS transistor P6 of the detection circuit 340 and the corresponding switch control signal. Have gates respectively controlled by S1, S2, S3, S4. The PMOS transistor P5 has a current path formed between the source voltage VCC and the source of the PMOS transistor P6 and a gate connected to the ground voltage VSS. The second load circuit unit 330 includes an inverting circuit 331, a second latch circuit unit 332, and a second load circuit 333, and controls the switch control signals S5, S6, S7, and S8. The detection voltage level of the detection circuit 340 is adjusted.

상기 반전 회로(331)는 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)와 상기 제 2 래치 회로부(332)의 대응하는 래치 회로들(L5, L6, L7, L8)의 사이에 각각 연결되는 인버터들(I1, I2, I3, I4)을 포함한다. 상기 제 2 래치 회로부(332)는 상기 반전 회로(331)의 대응하는 인버터들(I1, I2, I3, I4)과 상기 제 2 로드 회로(333)의 대응하는 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4)의 사이에 각각 연결되며, 상호 교차되도록 구성되는 래치 회로들(L5, L6, L7, L8)을 포함한다. 상기 제 2 로드 회로(333)는 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4, N5)을 포함한다. 상기 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4)은 상기 검출 회로(340)의 NMOS 트랜지스터(N6)의 소오스와 상기 접지 전압(VSS)의 사이에 각각 형성되는 전류 통로들 및 대응하는 상기 스위치 제어 신호들(S5, S6, S7, S8)에 의해 각각 제어되는 게이트들을 갖는다. 상기 NMOS 트랜지스터(N5)는 상기 NMOS 트랜지스터(N6)와 상기 접지 전압(VSS)의 사이에 형성되는 전류 통로 및 상기 전원 전압(VCC)에 의해 제어되는 게이트를 갖는다.The inverting circuit 331 is inverters I1 connected between the switch control signal generating circuit 310 and the corresponding latch circuits L5, L6, L7, and L8 of the second latch circuit unit 332, respectively. , I2, I3, I4). The second latch circuit unit 332 may correspond to the corresponding inverters I1, I2, I3, and I4 of the inverting circuit 331 and the corresponding NMOS transistors N1, N2, and N3 of the second load circuit 333. And latch circuits L5, L6, L7, and L8, which are connected between N4 and are configured to cross each other. The second load circuit 333 includes NMOS transistors N1, N2, N3, N4, and N5. The NMOS transistors N1, N2, N3, and N4 are current paths respectively formed between the source of the NMOS transistor N6 of the detection circuit 340 and the ground voltage VSS and corresponding switch control. Have gates respectively controlled by signals S5, S6, S7, S8. The NMOS transistor N5 has a current path formed between the NMOS transistor N6 and the ground voltage VSS and a gate controlled by the power supply voltage VCC.

상기 검출 회로(340)는 MOS 트랜지스터들(P6, N6)과 인버터(In1)를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 로드 회로부(320, 330)에 의해 조절된 상기 검출 전압 레벨을 기준하여 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 검출한다. 상기 PMOS 트랜지스터(P6)는 상기 제 1 로드 회로(320)와 노드(N1)의 사이에 형성되는 전류 통로 및 상기 반도체 기판에 연결되는 게이트를 갖는다. 상기 NMOS 트랜지스터(N6)는 상기 노드(N1)와 상기 제 2 로드 회로(330)의 사이에 형성되는 전류 통로 및 상기 전원 전압(VCC)에 연결되는 게이트를 갖는다. 상기 인버터(In1)의 입력 단자는 상기 노드(N1)에 연결되고, 출력 단자는 상기 발진 회로(100)에 연결된다.The detection circuit 340 includes MOS transistors P6 and N6 and an inverter In1, and the semiconductor is based on the detection voltage level adjusted by the first and second load circuit units 320 and 330. The voltage level of the substrate is detected. The PMOS transistor P6 has a current path formed between the first load circuit 320 and the node N1 and a gate connected to the semiconductor substrate. The NMOS transistor N6 has a current path formed between the node N1 and the second load circuit 330 and a gate connected to the power supply voltage VCC. An input terminal of the inverter In1 is connected to the node N1, and an output terminal is connected to the oscillation circuit 100.

이하 도 2를 참조하여, 본 발명의 기판 바이어스 전압 발생 회로의 동작이 설명된다.2, the operation of the substrate bias voltage generation circuit of the present invention will be described.

도 2를 참조하면, 상기 기판 바이어스 전압 발생 회로는 반도체 기판상에 음의 전압 레벨을 가지는 기판 바이어스 전압(VBB)을 발생하는 회로이다. 상기 기판 바이어스 전압 발생 회로의 상기 발진 회로(100)는 상기 검출 신호(DS)의 제어에 의해 소정의 주파수를 가지는 발진 신호(CLK)를 출력한다. 상기 펌핑 회로(200)는 상기 발진 신호(CLK)의 제어에 의해 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 소정의 음의 전압 레벨로 다운시킨다. 이때, 상기 검출 회로부(300)는 상기 반도체 기판의 전압 레벨이 소정의 음의 전압 레벨을 갖는 지를 검출한다. 즉, 상기 검출 회로부(300)는 상기 반도체 기판의 전압 레벨이 소정의 음의 전압 레벨을 초과하는 지를 검출하여 그 검출 결과로서, 상기 검출 신호(DS)를 상기 발진 회로(100)로 공급한다. 예컨대, 상기 반도체 기판의 전압 레벨이 상기 소정의 음의 전압 레벨을 초과하면, 상기 검출 신호(DS)는 논리 하이(logic high)가 되어 상기 발진 회로(100)의 동작을 정지시킨다. 그리고, 상기 반도체 기판의 전압 레벨이 다시 상기 소정의 음의 전압 레벨의 아래로 다운되면, 상기 검출 신호(DS)는 논리 로우(logic low)가 되어 상기 발진 회로(100)를 동작시킨다.Referring to FIG. 2, the substrate bias voltage generator circuit generates a substrate bias voltage VBB having a negative voltage level on a semiconductor substrate. The oscillation circuit 100 of the substrate bias voltage generation circuit outputs an oscillation signal CLK having a predetermined frequency under the control of the detection signal DS. The pumping circuit 200 lowers the voltage level of the semiconductor substrate to a predetermined negative voltage level by controlling the oscillation signal CLK. At this time, the detection circuit unit 300 detects whether the voltage level of the semiconductor substrate has a predetermined negative voltage level. That is, the detection circuit unit 300 detects whether the voltage level of the semiconductor substrate exceeds a predetermined negative voltage level and supplies the detection signal DS to the oscillation circuit 100 as a detection result. For example, when the voltage level of the semiconductor substrate exceeds the predetermined negative voltage level, the detection signal DS becomes logic high to stop the operation of the oscillation circuit 100. When the voltage level of the semiconductor substrate is lowered below the predetermined negative voltage level again, the detection signal DS becomes a logic low to operate the oscillation circuit 100.

그런데, 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 설계자가 원하는 전압 레벨을 유지하지 못할 경우에는 상기 검출 신호(DS)의 검출 시점 즉, 검출 전압 레벨을 조절하여 상기 기판 바이어스 전압(VBB)의 전압 레벨을 조절한다. 상기 검출 회로부(300)의 스위치 제어 신호 발생 회로(310)와 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)이 상기 검출 전압 레벨을 조절하는 기능을 한다. 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)는 외부 입력 신호들(A0, A1, A2)을 받아들이고, 제어 신호(CON)의 제어에 의해 상기 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)을 제어하기 위한 스위치 제어 신호들(S1, S2, ..., S7, S8)을 출력한다.However, when the substrate bias voltage VBB does not maintain the desired voltage level by the designer, the voltage level of the substrate bias voltage VBB is adjusted by adjusting the detection time point of the detection signal DS, that is, the detection voltage level. do. The switch control signal generation circuit 310 of the detection circuit unit 300 and the first and second load circuit units 320 and 330 function to adjust the detection voltage level. The switch control signal generation circuit 310 receives external input signals A0, A1, and A2, and controls the first and second load circuit parts 320 and 330 by controlling the control signal CON. It outputs the switch control signals (S1, S2, ..., S7, S8) for.

상기 제 1 로드 회로부(320)의 상기 제 1 래치 회로부(321)는 대응하는 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, S3, S4)을 래치한다. 상기 제 1 로드 회로(322)는 상기 제 1 래치 회로부(321)에 래치된 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, S3, S4)의 제어에 의해 상기 검출 전압 레벨을 조절한다. 상기 제 2 로드 회로부(330)의 상기 반전 회로(331)는 대응하는 상기 스위치 제어 신호들(S5, S6, S7, S8)을 반전시킨다. 상기 제 2 래치 회로부(332)는 반전된 상기 스위치 제어 신호들(S5, S6, S7 S8)을 래치한다. 상기 제 2 로드 회로(333)는 상기 제 2 래치 회로부(332)에 래치된 상기 스위치 제어 신호들(S5, S6, S7, S8)의 제어에 의해 상기 검출 전압 레벨을 조절한다.The first latch circuit part 321 of the first load circuit part 320 latches the corresponding switch control signals S1, S2, S3, and S4. The first load circuit 322 adjusts the detection voltage level by controlling the switch control signals S1, S2, S3, and S4 latched in the first latch circuit 321. The inversion circuit 331 of the second load circuit unit 330 inverts the corresponding switch control signals S5, S6, S7, and S8. The second latch circuit unit 332 latches the inverted switch control signals S5, S6, and S7 S8. The second load circuit 333 adjusts the detection voltage level by controlling the switch control signals S5, S6, S7, and S8 latched by the second latch circuit 332.

상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 원하는 전압 레벨을 갖지 못할 경우, 즉 상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 원하는 음의 전압 레벨보다 낮은 경우에는, 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)로 소정의 상기 입력 신호들(A0, A1, A2) 및 상기 제어 신호(CON)를 인가하면, 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)는 상기 입력 신호들(A0, A1, A2)과 상기 제어 신호(CON)에 상응하는 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, ..., S7, S8)을 출력한다. 상기 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4, P5)은 스위치로서의 기능과 저항으로서의 기능을 겸비한다. 이때, 상기 제 1 로드 회로(322)의 상기 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4)은 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, S3, S4)의 제어에 의해 턴-온(turn-on)된다. 상기 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4)이 턴-온 됨으로써, 상기 제 1 로드 회로(322)의 상기 PMOS 트랜지스터들(P1, P2, P3, P4, P5)과 상기 검출 회로(340)의 상기 PMOS 트랜지스터(P6)의 전압대 저항비(V/R rate)가 감소되어 상기 검출 회로(340)의 상기 노드(N1)에 챠지되는 전하들의 양이 감소된다. 이로써, 상기 검출 신호(DS)의 검출 시점은 지연되고 검출 전압 레벨이 높아짐으로써, 상기 기판 바이어스 전압(VBB)은 높아지게 된다.When the substrate bias voltage VBB does not have a desired voltage level, that is, when the substrate bias voltage VBB is lower than a desired negative voltage level, the predetermined switch input signal is input to the switch control signal generation circuit 310. Fields A0, A1, A2 and the control signal CON, the switch control signal generating circuit 310 corresponds to the input signals A0, A1, A2 and the control signal CON. The switch control signals S1, S2, ..., S7, S8 are output. The PMOS transistors P1, P2, P3, P4, and P5 have a function as a switch and a function as a resistor. In this case, the PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 of the first load circuit 322 are turned on by controlling the switch control signals S1, S2, S3, and S4. )do. The PMOS transistors P1, P2, P3, and P4 are turned on, so that the PMOS transistors P1, P2, P3, P4, and P5 of the first load circuit 322 and the detection circuit 340 are turned on. The voltage-to-resistance ratio (V / R rate) of the PMOS transistor P6 is reduced to reduce the amount of charges charged to the node N1 of the detection circuit 340. As a result, the detection timing of the detection signal DS is delayed and the detection voltage level is increased, thereby increasing the substrate bias voltage VBB.

상기 기판 바이어스 전압(VBB)이 원하는 전압 레벨보다 높을 경우에는, 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)로 소정의 상기 입력 신호들(A0, A1, A2) 및 상기 제어 신호(CON)를 인가하면, 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)는 상기 입력 신호들(A0, A1, A2)과 상기 제어 신호(CON)에 상응하는 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, ..., S7, S8)을 출력한다. 상기 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4, N5)은 스위치로서의 기능과 저항으로서의 기능을 겸비한다. 이때, 상기 제 2 로드 회로(333)의 상기 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4)은 상기 스위치 제어 신호들(S5, S6, S7, S8)의 제어에 의해 턴-온 된다. 상기 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4)이 턴-온 됨으로써, 상기 제 2 로드 회로(333)의 상기 NMOS 트랜지스터들(N1, N2, N3, N4, N5)과 상기 검출 회로(340)의 상기 NMOS 트랜지스터(N6)의 전압대 저항비가 감소되어 상기 검출 회로(340)의 상기 노드(N1)를 통해 방전되는 전하들의 양이 감소한다. 이로써, 상기 검출 신호(DS)의 검출 시점은 빨라지고 검출 전압 레벨이 낮아짐으로써, 상기 기판 바이어스 전압(VBB)은 낮아지게 된다.When the substrate bias voltage VBB is higher than a desired voltage level, when the predetermined input signals A0, A1, A2 and the control signal CON are applied to the switch control signal generation circuit 310, The switch control signal generation circuit 310 receives the switch control signals S1, S2,..., S7, S8 corresponding to the input signals A0, A1, A2 and the control signal CON. Output The NMOS transistors N1, N2, N3, N4, and N5 have a function as a switch and a function as a resistor. In this case, the NMOS transistors N1, N2, N3, and N4 of the second load circuit 333 are turned on by the control of the switch control signals S5, S6, S7, and S8. The NMOS transistors N1, N2, N3, and N4 are turned on so that the NMOS transistors N1, N2, N3, N4, and N5 of the second load circuit 333 and the detection circuit 340 are turned on. The voltage-to-resistance ratio of the NMOS transistor N6 is reduced to reduce the amount of charges discharged through the node N1 of the detection circuit 340. As a result, the detection timing of the detection signal DS is faster and the detection voltage level is lowered, thereby lowering the substrate bias voltage VBB.

상기 기판 바이어스 전압 발생 회로의 상기 스위치 제어 신호 발생 회로(310)는 외부로부터 소정의 입력 신호들(A0, A1, A2) 및 상기 제어 신호(CON)를 받아들여서 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, ..., S7, S8)을 상기 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)로 공급한다. 상기 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)은 상기 스위치 제어 신호들(S1, S2, ..., S7, S8)의 제어에 의해 상기 검출 회로(340)의 검출 전압 레벨을 조절한다. 상기 검출 회로(340)는 상기 제 1 및 제 2 로드 회로부들(320, 330)에 의해 조절된 상기 검출 전압 레벨을 기준하여 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 검출한다.The switch control signal generation circuit 310 of the substrate bias voltage generation circuit receives the predetermined input signals A0, A1, A2 and the control signal CON from the outside, and thus the switch control signals S1 and S2. S7 and S8 are supplied to the first and second load circuit parts 320 and 330. The first and second load circuit parts 320 and 330 adjust the detection voltage level of the detection circuit 340 by controlling the switch control signals S1, S2,..., S7 and S8. . The detection circuit 340 detects the voltage level of the semiconductor substrate based on the detection voltage level adjusted by the first and second load circuit units 320 and 330.

상기한 바와 같이, 외부 입력 신호들에 의해 검출 전압 레벨이 조절됨으로써, 반도체 기판으로 공급되는 기판 바이어스 전압이 조절될 수 있다.As described above, the detection voltage level is adjusted by external input signals, thereby adjusting the substrate bias voltage supplied to the semiconductor substrate.

Claims (6)

반도체 기판상에 형성된 반도체 장치의 기판 바이어스 전압을 발생하는 회로에 있어서:In a circuit for generating a substrate bias voltage of a semiconductor device formed on a semiconductor substrate: 상기 반도체 기판에 연결되며, 소정의 발진 신호에 응답해서 상기 반도체 기판으로 전하들을 펌핑하는 펌핑 수단과;Pumping means connected to the semiconductor substrate and pumping charges to the semiconductor substrate in response to a predetermined oscillation signal; 상기 반도체 기판에 연결되며, 외부로부터 인가되는 제어 신호에 의해서 가변되는 소정의 검출 전압 레벨을 기준하여 상기 반도체 기판의 전압 레벨을 검출하고 그 검출 결과로서 검출 신호를 발생하는 검출 수단 및,Detection means connected to the semiconductor substrate and detecting a voltage level of the semiconductor substrate on the basis of a predetermined detection voltage level varied by a control signal applied from the outside, and generating a detection signal as a detection result thereof; 상기 검출 신호에 응답해서 상기 발진 신호를 발생하는 발진 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.And oscillation means for generating the oscillation signal in response to the detection signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 검출 수단은,The detection means, 상기 제어 신호에 응답해서 제 1 및 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들을 발생하는 스위치 제어 신호 발생 수단과,Switch control signal generating means for generating first and second group of switch control signals in response to the control signal; 전원 전압에 연결되는 제 1 로드 수단과,First load means connected to a power supply voltage, 상기 제 1 로드 수단과 상기 검출 전압을 출력하는 소정의 노드 사이에 연결되며, 상기 기판 바이어스 전압에 따라 온/오프되는 스위치 및,A switch connected between the first load means and a predetermined node for outputting the detection voltage and turned on / off according to the substrate bias voltage; 상기 노드와 접지 전압 사이에 연결되는 제 2 로드 수단을 포함하고,A second load means connected between said node and a ground voltage, 상기 제 1 및 제 2 로드 수단들의 각 저항은 상기 검출 전압 레벨이 가변되도록 대응하는 상기 제 1 및 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들에 의해서 가변되는 것을 특징으로 하는 회로.Wherein each resistance of the first and second load means is varied by corresponding first and second group of switch control signals such that the detected voltage level is varied. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 로드 수단은,The first loading means, 상기 제 1 그룹의 스위치 제어 신호들을 래치하는 제 1 래치 회로부 및,A first latch circuit portion for latching the first group of switch control signals; 래치된 상기 제 1 그룹의 스위치 제어 신호들에 응답해서 상기 노드의 상기 검출 전압 레벨을 가변하는 제 1 로드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.And a first load circuit varying the detected voltage level of the node in response to the latched first group of switch control signals. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 2 로드 수단은,The second loading means, 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들을 반전시키는 반전 회로부와,An inverting circuit unit for inverting the second group of switch control signals; 반전된 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들을 래치하는 제 2 래치 회로부 및,A second latch circuit portion for latching the inverted second group of switch control signals; 래치된 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들에 응답해서 상기 노드의 상기 검출 전압의 전압 레벨을 가변하는 제 2 로드 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.And a second load circuit that varies a voltage level of the detected voltage of the node in response to the latched second group of switch control signals. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 로드 회로는,The first load circuit, 전원 전압과 상기 노드의 사이에 각각 형성되는 전류 통로들 및 대응하는 상기 제 1 그룹의 스위치 제어 신호들에 의해 각각 제어되는 게이트들을 가지는 복수개의 PMOS 트랜지스터들 및,A plurality of PMOS transistors each having a current path formed between a power supply voltage and the node and gates respectively controlled by corresponding first control switch signals; 상기 전원 전압과 상기 노드의 사이에 형성되는 전류 통로 및 접지 전압에 의해 제어되는 게이트를 가지는 PMOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.And a PMOS transistor having a gate controlled by a current path and a ground voltage formed between the power supply voltage and the node. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 2 로드 회로는,The second load circuit, 상기 노드와 접지 전압 사이에 각각 형성되는 전류 통로들 및 대응하는 상기 제 2 그룹의 스위치 제어 신호들에 의해 각각 제어되는 게이트들을 가지는 NMOS 트랜지스터들 및,NMOS transistors having current paths respectively formed between the node and ground voltage and gates respectively controlled by corresponding second group of switch control signals, and 상기 노드와 상기 접지 전압 사이에 형성되는 전류 통로 및 전원 전압에 의해 제어되는 게이트를 가지는 NMOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로.And an NMOS transistor having a gate controlled by a power supply voltage and a current path formed between the node and the ground voltage.
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