JPS6042621B2 - MOS integrated circuit device - Google Patents
MOS integrated circuit deviceInfo
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- JPS6042621B2 JPS6042621B2 JP52036683A JP3668377A JPS6042621B2 JP S6042621 B2 JPS6042621 B2 JP S6042621B2 JP 52036683 A JP52036683 A JP 52036683A JP 3668377 A JP3668377 A JP 3668377A JP S6042621 B2 JPS6042621 B2 JP S6042621B2
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/01—Shaping pulses
- H03K5/02—Shaping pulses by amplifying
- H03K5/023—Shaping pulses by amplifying using field effect transistors
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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- Logic Circuits (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明はMOS集積回路に係り、特にその自己バッ
クバイアス回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to MOS integrated circuits, and more particularly to self-back bias circuits thereof.
MOS集積回路は、特にディジタルメモリにおいて高
集積化と高速化が進んでいるが、まだバイポーラ集積回
路に比べて速度が遅い。Although MOS integrated circuits are becoming more highly integrated and faster, especially in digital memories, they are still slower than bipolar integrated circuits.
その最大の理由は、MOSトランジスタのコンダクタン
スが小さく、負荷のキャパシタンスの充放電に時間がか
かることにある。そのため、従来は例えばnチャネルで
あれば電源としてVDD=+5VNVss■ OVの他
にいわゆるバックバイアス用としてVBB =−5Vを
用意し、VBBを基板に印加して基板と ソースおよび
ドレインとの間のキャパシタンスを減らすことが行われ
ていた。しかし、この方法ではVBB端子が外部に必要
であるため、高集積化が阻害されるという問題があつた
。 この問題を解放したMOS集積回路として、最近、
集積回路内に自己バックバイアス回路を一体化したもの
が発表された(ISSCC76/THURSDAY、F
EB、19、197反SESS−IONXll■MEM
ORYINTHRM12.6■A70−nsIKMOS
RAM参照)。The main reason for this is that the conductance of the MOS transistor is small, and it takes time to charge and discharge the capacitance of the load. Therefore, in the past, for example, in the case of an n-channel, a power supply of VDD=+5VNVss■ In addition to OV, VBB=-5V was prepared for so-called back bias, and VBB was applied to the substrate to increase the capacitance between the substrate and the source and drain. efforts were being made to reduce However, this method requires an external VBB terminal, which poses a problem in that high integration is hindered. Recently, as a MOS integrated circuit that solved this problem,
A self-back bias circuit integrated into an integrated circuit was announced (ISSCC76/THURSDAY, F
EB, 19, 197 Anti-SESS-IONXll MEM
ORYINTHRM12.6■A70-nsIKMOS
(See RAM).
その自己バックバイアス回路は第1図のように構成され
ている。これはnチャネルの例で、MOSトランジスタ
Q、、Q。からなる増幅器、にMOSトランジスタQa
で帰還をかけて約1MH2の発振器α℃を構成し、その
出力をMOSトランジ スタQ、、Q5からなるドライ
バDRを介して、キャパシタンスC、MOSl−ランジ
スタQ。、Q、からな るチャージポンプ回路CPに供
給し、このチヤーフジポンプ回路CPの出力端を半導体
基板に接続するものである。このように構成して、いま
VDD■+5V..Vss=0Vとすると、ドライバD
Rの出力がスイングすることにより、MOSトランジス
タQ5,Q7がダイオードとして、即ち、ポンプの弁と
して働き、半導体基板から正の電荷をポンプして、基板
が負に帯電する。この結果、チャージポンプ回路CPの
出力に■BB丸−2.5Vが得られ、基準電圧■Ss=
0Vとの間に電圧が印加されることになる。従つて、第
1図の自己バックバイアス回路を用いれば、VDD=+
5Vの単一電源てMOS集積回路の各MOSトランジス
タにバックバイアスが印加され、基板とソースおよびド
レインとの間の容量を小さくできる。The self-back bias circuit is constructed as shown in FIG. This is an example of an n-channel MOS transistor Q,,Q. an amplifier consisting of a MOS transistor Qa;
An approximately 1 MH2 oscillator α°C is configured by applying feedback, and its output is passed through a driver DR consisting of MOS transistors Q, , Q5 to a capacitance C and a MOS transistor Q. , Q, and the output end of this charge pump circuit CP is connected to the semiconductor substrate. With this configuration, now VDD■+5V. .. If Vss=0V, driver D
As the output of R swings, MOS transistors Q5 and Q7 act as diodes, that is, as pump valves, and pump positive charges from the semiconductor substrate, thereby charging the substrate negatively. As a result, ■BB circle -2.5V is obtained at the output of the charge pump circuit CP, and the reference voltage ■Ss=
A voltage will be applied between it and 0V. Therefore, if the self-back bias circuit of FIG. 1 is used, VDD=+
A back bias is applied to each MOS transistor of the MOS integrated circuit using a single 5V power supply, and the capacitance between the substrate and the source and drain can be reduced.
ところで、MOS集積回路では、上記容量はできる限り
小さい方が高速化、低消費電力化にとつて好ましく、そ
の意味からバックバイアスはアバランシエ破壊が生じな
い範囲で可能な限り大きい方がよい。しかし、第1図の
回路では■DD=+5Vのとき得られるバックバイアス
電圧VBBはせいぜい3V程度どまりであり、未だ不十
分である。この発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、第1図の自己バックバイアス回路を改良して、一層
の高速化、低消費電力化を可能としたMOS集積回路装
置を提供するものである。Incidentally, in a MOS integrated circuit, it is preferable for the capacitance to be as small as possible in order to increase speed and reduce power consumption, and in this sense, it is preferable that the back bias be as large as possible without causing avalanche breakdown. However, in the circuit of FIG. 1, the back bias voltage VBB obtained when DD=+5V is only about 3V at most, which is still insufficient. This invention has been made in view of the above-mentioned points, and aims to provide a MOS integrated circuit device that improves the self-back bias circuit shown in FIG. 1 and enables even higher speed and lower power consumption. .
この発明は自己バックバイアス回路のチャージポンプ回
路を複数段設けることで、高いバックバイアス電圧を得
るようにしたことを特徴としている。ここで複数段のチ
ャージポンプ回路は、駆動端子が共通接続され、各段の
出力端を順次次段の電荷ポンピング用基準電位端として
積み上げて構.成され、かつ各段の出力端にはポンピン
グ用キャパシタンスより大きい負荷キャパシタンスを接
続する。第2図はこの発明の一実施例の自己バックバイ
アス回路てある。The present invention is characterized in that a high back bias voltage is obtained by providing multiple stages of charge pump circuits of self-back bias circuits. Here, the drive terminals of the multi-stage charge pump circuit are connected in common, and the output terminal of each stage is sequentially stacked as a reference potential terminal for charge pumping of the next stage. A load capacitance larger than the pumping capacitance is connected to the output terminal of each stage. FIG. 2 shows a self-back bias circuit according to an embodiment of the present invention.
第2図において、第1図と相対;応する部分には第1図
と同一符号を発明の詳細な説明を省略するが、この例で
は、ドライバDRの出力に2段のチャージポンプ回路C
Pl,CP2を設けている。即ち、ポンピング用キャパ
シタンスC1とダイオードとしてのMOSトランジスタ
Q6,Q7とからなる第1のチャージポンプ回路CPl
、同様にポンピング用キャパシタンスC2とダイオード
としてのMOSトランジスタQ8,Q9とからなる第2
のチャージポンプ回路CP2を入力端を共通接続し、第
1のチャージポンプ回路CPlの出力端を第2のチャー
ジポンプ回路CP2のMOSトランジスタQ8のソース
に接続すると共に、同出力端を負荷キャパシタンスC3
を介して基準電位■Ssに接続して、第2のチャージポ
ンプ回路CP2の出力端を基板に接続することで、バッ
クバイアス電圧VBBを得るものである。なお、MOS
トランジスタQ2,Q3およびQ5はデプレション型で
あり、それ以外のMOSトランジフスタはバックバイア
スが印加されたときエンハンスメント型となるMOSト
ランジスタである。2 is relative to FIG. 1; corresponding parts are designated by the same reference numerals as in FIG. 1, and a detailed explanation of the invention is omitted. In this example, a two-stage charge pump circuit C
Pl and CP2 are provided. That is, the first charge pump circuit CPl includes a pumping capacitance C1 and MOS transistors Q6 and Q7 as diodes.
, a second circuit similarly consisting of a pumping capacitance C2 and MOS transistors Q8 and Q9 as diodes.
The input terminals of the charge pump circuits CP2 are commonly connected, the output terminal of the first charge pump circuit CP1 is connected to the source of the MOS transistor Q8 of the second charge pump circuit CP2, and the output terminal is connected to the load capacitance C3.
A back bias voltage VBB is obtained by connecting the output terminal of the second charge pump circuit CP2 to the substrate via the reference potential ■Ss. In addition, MOS
Transistors Q2, Q3, and Q5 are depletion type MOS transistors, and the other MOS transistors are enhancement type MOS transistors when a back bias is applied.
また、キャパシタンスC1〜C3は、例えばデプレショ
ン型MOSトランジスタのソース、ドレインを共通接続
して一端子としゲートを他端子としたい,わゆるMOS
キャパシタで構成する。この場合、Cl,C2は殆んど
同じ大きさでよく、C3はこれらより大きいものとする
。なお、第2のチャージポンプ回路の出力端は最終的に
基板バイアス電位VBBを基板に与える端子であつて当
然に大きい負荷rキャパシタンスを有する。このように
構成して、いま電源をVDD=+5V..Vぉ=0Vと
した場合の動作を説明する。In addition, the capacitances C1 to C3 are, for example, a so-called MOS transistor in which the source and drain of a depletion type MOS transistor are connected in common and the gate is used as one terminal and the gate as the other terminal.
Consists of capacitors. In this case, Cl and C2 may have almost the same size, and C3 is larger than them. Note that the output terminal of the second charge pump circuit is a terminal that ultimately applies the substrate bias potential VBB to the substrate, and naturally has a large load r capacitance. With this configuration, the power supply is now set to VDD=+5V. .. The operation when V = 0V will be explained.
発振器0CSは約1MHzて発振し、その出力はドライ
バDRによつてドライブされ、約5Vの増幅出力が得ら
れる。ドライバDRの出力は第1のチャージポンプ回路
CPlのキャパシタンスC1をドライブし、MOSトラ
ンジスタQ6,Q7がポンプの弁の役割をして基準電位
Vぉ=0Vから負の電荷をポンプして、第1のチャージ
ポンプ回路CPlの出力端を負に帯電させる。一方、ド
ライバDRは第2のチャージポンプ回路CP2をも同時
にドライブする。このとき第2のチャージポンプ回路は
、第1のチャージポンプ回路の出力端を電荷ポンピング
のための基準電位端子としているから、第2のチャージ
ポンプ回路CP2の出力端を第1のチャージポンプ回路
CPlの出力端より深く負に帯電させる。これにより、
第2のチャージポンプ回鈍憶P2の出力端を基板に接続
することでVBB(−5V程度のバックバイアスが可能
となる。なお、負荷キャパシタンスC3が小さいと第2
のチャージポンプ回路CP2のポンピング源として十分
な電荷量を蓄えることができず、ポンピング効率が悪く
なり、また最終的な基板バイアス電圧の安定性を確保す
ることができなくなる。従つてこの負荷ギヤパシタンス
C3は、少なくともポンピング用キャパシタCl,C2
に比べて大きいことが重要な意味をもつ。以上のように
、この実施例では集積回路を構成するMOSトランジス
タのソース、ドレインと基板間の容量が大きなバックバ
イアスによつて大幅に減少し、従つて集積回路の高速化
、低消費電力化が図られる。The oscillator 0CS oscillates at about 1 MHz, and its output is driven by the driver DR to obtain an amplified output of about 5V. The output of the driver DR drives the capacitance C1 of the first charge pump circuit CPl, and the MOS transistors Q6 and Q7 serve as pump valves to pump negative charge from the reference potential V = 0V. The output terminal of the charge pump circuit CPl is negatively charged. On the other hand, the driver DR also drives the second charge pump circuit CP2 at the same time. At this time, since the second charge pump circuit uses the output terminal of the first charge pump circuit as a reference potential terminal for charge pumping, the second charge pump circuit uses the output terminal of the second charge pump circuit CP2 as the reference potential terminal for charge pumping. charge more deeply negatively than the output end of the This results in
By connecting the output end of the second charge pump regeneration memory P2 to the board, a back bias of about VBB (-5V) is possible. Note that if the load capacitance C3 is small, the second
A sufficient amount of charge cannot be stored as a pumping source for the charge pump circuit CP2, resulting in poor pumping efficiency and inability to ensure the stability of the final substrate bias voltage. Therefore, this load gear capacitance C3 is equal to at least the pumping capacitors Cl and C2.
It is important that it is larger than . As described above, in this embodiment, the capacitance between the source, drain, and substrate of the MOS transistors constituting the integrated circuit is significantly reduced by the large back bias, and therefore the integrated circuit can be operated at higher speeds and with lower power consumption. It will be planned.
また、バックバイアス電圧が大きいためMOSトランジ
スタの分離を行うフィールド領域の反転電圧が上ること
により、1集積度を向上でき、2フィールド酸化膜を薄
くできることからホトエッチングによる加工精度が向上
し、3基板の不純物濃度を低くできるためソース、ドレ
インと基板間の容量を更に小さくできる、等の効果が得
られる。第3図はこの発明の別の実施例で、より大きな
バックバイアス電圧を得るようにしたものである。In addition, since the back bias voltage is large, the inversion voltage of the field region that separates MOS transistors increases, which improves the degree of integration of 1, and thins the 2-field oxide film, which improves the processing accuracy of photoetching and improves the processing accuracy of 3-substrates. Since the impurity concentration can be lowered, the capacitance between the source, drain and substrate can be further reduced. FIG. 3 shows another embodiment of the invention, in which a larger back bias voltage is obtained.
即ち、この実施例は、第2図の回路に更にポンピング用
キャパシタンスC4、MOSトランジスタQlO,Ql
lからなる第3のチャージポンプ回路CP3を付加し、
第2のチャージポンプ回路CP2の出力端と第1のチャ
ージポンプ回路の出力端間に負荷キャパシタンスC5を
設けている。そして、第3のチャージポンプ回路CP3
の出力端を基板に接続することで、バックバイアス■B
Bを基板に印加するものである。なお、キャパシタンス
Cl,C2,C3は全て同じ大きさでよく、キャパシタ
ンスC3,C5はキャパシタンスCl,C2,C4より
大きいものとする。このようにすれば、VBB々−7.
5Vのバックバイアス電圧が得られ、第2図の回路に比
べてよソー層ソース、ドレインと基板間の容量を小さく
することができる。That is, in this embodiment, a pumping capacitance C4 and MOS transistors QlO, QlO are added to the circuit shown in FIG.
Adding a third charge pump circuit CP3 consisting of
A load capacitance C5 is provided between the output terminal of the second charge pump circuit CP2 and the output terminal of the first charge pump circuit. And a third charge pump circuit CP3
By connecting the output end of B to the board, back bias ■B
B is applied to the substrate. Note that the capacitances Cl, C2, and C3 may all have the same size, and the capacitances C3 and C5 are larger than the capacitances Cl, C2, and C4. If you do this, VBB-7.
A back bias voltage of 5V can be obtained, and the capacitance between the source layer source and drain and the substrate can be made smaller than in the circuit shown in FIG.
その他、この実施例でも先の実施例と同様の効果が得ら
れることは勿論てある。なお、この発明は上記した実施
例に限られるものではない。例えば実施例では、チャー
ジポンプ回路を2段設けたものと3段設けたものを示し
たが、より大きなバックバイアス電圧を得たい場合には
更に段数を多くすればよい。また、実施例ではキャパシ
タンスとしてMOSキャパシタを用いるようにしたが、
例えば絶縁膜の上下に第1、第2の多結晶シリコン電極
を設けたキャパシタでもよい。発振器0SC1ドライバ
DR等も実施例のものに限られず、他の構成のものでも
よい。以上説明したように、この発明によればMOS集
積回路の自己バックバイアス回路にチャージポンプ回路
を複数段設けることで、MOS集積回路の高速化、低消
費電力化更には高集積化を図るこ1とができる。It goes without saying that this embodiment also provides the same effects as the previous embodiment. Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, in the embodiment, two stages and three stages of charge pump circuits are shown, but if it is desired to obtain a larger back bias voltage, the number of stages may be further increased. Furthermore, in the embodiment, a MOS capacitor was used as the capacitance, but
For example, it may be a capacitor in which first and second polycrystalline silicon electrodes are provided above and below an insulating film. The oscillator 0SC1 driver DR and the like are not limited to those of the embodiment, but may have other configurations. As explained above, according to the present invention, by providing multiple stages of charge pump circuits in the self-back bias circuit of a MOS integrated circuit, it is possible to achieve higher speed, lower power consumption, and higher integration of the MOS integrated circuit. I can do that.
第1図はMOS集積回路における自己バックバイアス回
路の一例を示す図、第2図はこの発明の一実施例の自己
バックバイアス回路を示す図、第3図は他の実施例の自
己バックバイアス回路を示す図てある。
0SC・・・・・・発振器、DR・・・・・ドライバC
Pl,CP2,CP3・・・・チャージポンプ回路。FIG. 1 is a diagram showing an example of a self-back bias circuit in a MOS integrated circuit, FIG. 2 is a diagram showing a self-back bias circuit of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of a self-back bias circuit of another embodiment. There is a diagram showing this. 0SC...Oscillator, DR...Driver C
Pl, CP2, CP3...Charge pump circuit.
Claims (1)
のチャージポンプ回路とを含む自己バックバイアス回路
を有し、前記複数段のチャージポンプ回路は、それぞれ
のチャージポンプ用キャパシタンスの駆動端子が共通接
続され、各段の出力端を順次次段の電荷ポンピング用基
準電位端として積み上げて構成され、かつ各段の出力端
に前記ポンピング用キャパシタンスより大きい負荷キャ
パシタンスを接続してなることを特徴とするMOS集積
回路装置。1 has a self-back bias circuit including an oscillator and a multi-stage charge pump circuit driven by the output of the oscillator, and the multi-stage charge pump circuit has drive terminals of respective charge pump capacitances connected in common. , a MOS integrated circuit, characterized in that the output terminal of each stage is successively stacked as a reference potential terminal for charge pumping of the next stage, and a load capacitance larger than the pumping capacitance is connected to the output terminal of each stage. circuit device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52036683A JPS6042621B2 (en) | 1977-03-31 | 1977-03-31 | MOS integrated circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52036683A JPS6042621B2 (en) | 1977-03-31 | 1977-03-31 | MOS integrated circuit device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS53121561A JPS53121561A (en) | 1978-10-24 |
JPS6042621B2 true JPS6042621B2 (en) | 1985-09-24 |
Family
ID=12476628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52036683A Expired JPS6042621B2 (en) | 1977-03-31 | 1977-03-31 | MOS integrated circuit device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6042621B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63199902U (en) * | 1987-06-12 | 1988-12-22 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56143722A (en) * | 1980-04-09 | 1981-11-09 | Nec Corp | Integrated 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 |
JPS59153331A (en) * | 1983-02-21 | 1984-09-01 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
US4628215A (en) * | 1984-09-17 | 1986-12-09 | Texas Instruments Incorporated | Drive circuit for substrate pump |
-
1977
- 1977-03-31 JP JP52036683A patent/JPS6042621B2/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63199902U (en) * | 1987-06-12 | 1988-12-22 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS53121561A (en) | 1978-10-24 |
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