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JPS6249990B2 - - Google Patents
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JPS6249990B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6249990B2
JPS6249990B2 JP54020427A JP2042779A JPS6249990B2 JP S6249990 B2 JPS6249990 B2 JP S6249990B2 JP 54020427 A JP54020427 A JP 54020427A JP 2042779 A JP2042779 A JP 2042779A JP S6249990 B2 JPS6249990 B2 JP S6249990B2
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JP
Japan
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mos
capacitor
terminal
dsa
mos transistor
Prior art date
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Application number
JP54020427A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS55113360A (en
Inventor
Kazukyo Takahashi
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6249990B2 publication Critical patent/JPS6249990B2/ja
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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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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体集積回路の中に組込まれる基
板バイアス電圧発生回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a substrate bias voltage generation circuit incorporated into a semiconductor integrated circuit.

従来、この種の基板バイアス電圧発生回路では
チヤージ・ポンピング用のMOSダイオードとし
て2個のnチヤンネルMOS FETが使用されてい
た。これの詳細な説明は1977年8月4日に発行さ
れた刊行物エレクトロニクス(EIectronics)の
103頁から107頁に掲載されたリチヤード・パツシ
レイ(Richard PashIey)氏等の論文に記載され
ている。
Conventionally, this type of substrate bias voltage generation circuit has used two n-channel MOS FETs as charge pumping MOS diodes. A detailed explanation of this can be found in the publication EIectronics, published August 4, 1977.
It is described in the paper by Richard PashIey and others published on pages 103 to 107.

基板バイアス電圧は負極性をもつており、接合
容量の低減及びゲート閾値電圧の基板電圧効果の
減少等を考慮すると、ある程度大きい方が望まし
い。例えば、5V単一電源で動作するランダム・
アクセス・メモリならば−3V〜−5V程度基板バ
イアス電圧が印加できることが望ましい。しかし
ながら、従来の基板バイアス電圧発生回路では電
源電圧5Vのときたかだか−2.7Vまでしか基板バ
イアス電圧を印加できないという欠点があつた。
The substrate bias voltage has a negative polarity, and in consideration of reducing junction capacitance and reducing the substrate voltage effect on gate threshold voltage, etc., it is desirable that it be larger to some extent. For example, a random
For access memory, it is desirable to be able to apply a substrate bias voltage of about -3V to -5V. However, the conventional substrate bias voltage generation circuit has a drawback in that it can only apply a substrate bias voltage of -2.7V at most when the power supply voltage is 5V.

本発明の目的は、チヤージ・ポンピング用の
MOSダイオードとして順方向の閾値電圧が低
く、逆方向の閾値電圧の高いDSA MOSダイオー
ドを使用することによつて充分に高い基板バイア
ス電圧を発生することのできる基板バイアス電圧
発生回路を提供することにある。
The object of the present invention is to provide a
To provide a substrate bias voltage generation circuit capable of generating a sufficiently high substrate bias voltage by using a DSA MOS diode with a low forward threshold voltage and a high reverse threshold voltage as a MOS diode. be.

本発明によれば、発振回路と、ソース電極及び
ゲート電極が第一伝導型例えばP型のシリコン基
板に接続されドレイン電極がコンデンサーの第1
の端子に接続される第1の第二伝導型例えばn型
のチヤンネルを有するDSA MOSトランジスタ
と、第1の端子が前記第1の第二伝導型チヤンネ
ルDSA MOSトランジスタのドレイン電極に接続
され第2の端子が発振回路の出力端子に接続され
るコンデンサーと、ソース電極及びゲート電極が
前記コンデンサーの第1の端子に接続されドレイ
ン電極が接地される第2の第二伝導型チヤンネル
DSA MOSトランジスタと、を含む基板バイアス
電圧発生回路を得ることができる。
According to the present invention, an oscillation circuit, a source electrode and a gate electrode are connected to a silicon substrate of a first conductivity type, for example, a P type, and a drain electrode is connected to a first conductivity type silicon substrate of a capacitor.
a first DSA MOS transistor having a channel of a second conductivity type, for example n-type, connected to a terminal of the second conductivity type DSA MOS transistor; a second second conduction type channel having a second terminal connected to the output terminal of the oscillation circuit, and a second second conduction type channel having a source electrode and a gate electrode connected to the first terminal of the capacitor and having a drain electrode grounded.
A substrate bias voltage generation circuit including a DSA MOS transistor can be obtained.

次に図によつて本発明を説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the figures.

第1図は従来の基板バイアス電圧発生回路の回
路図である。パルス発振器1の出力電圧は結合コ
ンデンサ2の一端7とアース間に印加される。結
合コンデンサ2の他端は節点6に接続され、
MOS FET4を介して接地されている。従つて、
MOS FET4のゲート閾値電圧をVT4とすると、
節点7にVDD′なる電圧が出力されるとき節点7
と節点6の電位差V76は次式のように表わされ
る。
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional substrate bias voltage generation circuit. The output voltage of the pulse oscillator 1 is applied between one end 7 of the coupling capacitor 2 and ground. The other end of the coupling capacitor 2 is connected to the node 6,
Grounded via MOS FET4. Therefore,
If the gate threshold voltage of MOS FET4 is V T4 ,
When a voltage of V DD ' is output to node 7, node 7
The potential difference V 76 between and node 6 is expressed as follows.

V76=VDD−VT4 (1) 即ち、コンデンサー2の静電容量をC2とする
とコンデンサー2に貯えられる電荷Qc2は Qc2=(VDD′−VT4)・C2 (2) と表わされる。次に、節点7の電位が零になる
と、節点6には−(VDD′−VT4)C2なる負電荷が
現われ、この電荷がコンデンサー2及び節点6と
基板5間の寄生容量及び基板とアース間の寄生容
量100に再配分されて、節点6及び基板5の負
電位が決まる。最初、寄生容量100の蓄積電荷
は零であるから負電荷の最初の再配分では基板5
の負電位はさほど低くならないが、パルス発振器
1の出力波形の数十周期後にはほぼ最終的な基板
電位を得ることができる。最終的な基板電位は次
のように表わされる。
V 76 = V DD −V T4 (1) That is, if the capacitance of capacitor 2 is C 2 , the charge Qc 2 stored in capacitor 2 is Qc 2 = (V DD ′−V T4 )・C 2 ( 2) is expressed as Next, when the potential at node 7 becomes zero, a negative charge of -(V DD '-V T4 )C 2 appears at node 6, and this charge is applied to capacitor 2, the parasitic capacitance between node 6 and substrate 5, and the substrate. The negative potential of the node 6 and the substrate 5 is determined by redistribution to the parasitic capacitance 100 between the node 6 and the ground. Initially, the accumulated charge of the parasitic capacitance 100 is zero, so the initial redistribution of negative charge
Although the negative potential does not become very low, almost the final substrate potential can be obtained after several tens of cycles of the output waveform of the pulse oscillator 1. The final substrate potential is expressed as:

V5=VT4+VX−C/C+C100DD′ (3) ここで、C100は寄生容量100であり、VX
MOS FET3又は寄生ダイオード9のうちの小さ
い方の障壁電圧である。さて、式(3)から分るよう
に充分に大きなV5を得るためには、C2は充分に
大きいとするとVDD′を大きくするか、又はVT4
及びVXを小さくすることである。VDD′はほゞ電
源電圧であり、VDD′は他の回路で決まる値であ
るから一定とすると、VT4及びVXのみが値を小
さくできる変数である。通常のnチヤンネル
MOSトランジスタでは、ソース及びドレイン間
の電流の方向によつて、ゲート閾値電圧が変化す
ることはない。従つて、VT4及びVXを小さくす
ると、逆方向のリーク電流も増えてダイオードと
しての能力が落ちるので、通常のnチヤンネル
MOSトランジスタを用いた従来の基板バイアス
電圧発生装置では結果的にVT4及びVXを小さく
できないので式(5)で|V5|を大きくできず、基
板に大きな負の電圧を印加できないという欠点が
あつた。
V 5 = V T4 + V _ _
This is the smaller barrier voltage of the MOS FET 3 or the parasitic diode 9. Now, as can be seen from equation (3), in order to obtain a sufficiently large V 5 , assuming that C 2 is sufficiently large, either increase V DD ' or increase V T4
and to reduce VX . V DD ' is essentially a power supply voltage, and since V DD ' is a value determined by other circuits, it is assumed to be constant, and only V T4 and V X are variables whose values can be reduced. normal n channel
In a MOS transistor, the gate threshold voltage does not change depending on the direction of current between the source and drain. Therefore, if V T4 and V
Conventional substrate bias voltage generators using MOS transistors cannot reduce V T4 and V It was hot.

第2図は本発明による基板バイアス電圧発生回
路の概略図を示したものである。パルス発振器1
0によつて出力端子16にはVDD′と0Vの間を振
動するパルス電圧が出力される。このパルス電圧
と、結合コンデンサー11と、MOSダイオード
12と、MOSダイオード13とによつて基板1
4には負の電圧が印加される。この回路では
MOSダイオード12及びMOSダイオード13に
DSA MOSトランジスタが使用されている。DSA
MOSトランジスタでは一般にドレイン電位がソ
ース電位よりも高い時にゲート閾値電圧が1.0V
(ボルト)程度あるものでもソース電位をドレイ
ン電位よりも高くするとゲート閾値電圧が0V
(ボルト)近くにできるという性質がある。この
回路はこの性質を利用している。節点15からア
ースの方向に対してMOSダイオード13のゲー
ト閾値電圧はほゞ0V(ボルト)であり、アース
から節点15の方向に対してのゲート閾値電圧は
1V(ボルト)程度あるので結果的に閾値電圧が
0V(ボルト)で逆方向リーク電流の少ないMOS
ダイオードがMOSダイオード13として使用さ
れている。同様にMOSダイオード12も閾値電
圧が0V(ボルト)で逆方向リーク電流の少ない
MOSダイオードになつている。従つて、式(3)で
T4及びVXを0V(ボルト)にすることができる
ので、V5−VDD′となり大きな基板バイアス電
圧を基板14に印加することができる。第2図の
中でMOSダイオード12および13の黒丸はソ
ース電極を表わしている。
FIG. 2 shows a schematic diagram of a substrate bias voltage generation circuit according to the present invention. Pulse oscillator 1
0, a pulse voltage that oscillates between V DD ' and 0V is output to the output terminal 16. By this pulse voltage, the coupling capacitor 11, the MOS diode 12, and the MOS diode 13, the circuit board 1
4 is applied with a negative voltage. In this circuit
to MOS diode 12 and MOS diode 13
DSA MOS transistors are used. D.S.A.
In a MOS transistor, the gate threshold voltage is generally 1.0V when the drain potential is higher than the source potential.
(Volt) If the source potential is higher than the drain potential, the gate threshold voltage will be 0V.
(Bolt) It has the property of being formed nearby. This circuit utilizes this property. The gate threshold voltage of the MOS diode 13 in the direction from the node 15 to the ground is approximately 0V (volt), and the gate threshold voltage in the direction from the ground to the node 15 is
Since it is about 1V (volt), the threshold voltage is
MOS with low reverse leakage current at 0V (volts)
A diode is used as the MOS diode 13. Similarly, MOS diode 12 has a threshold voltage of 0V (volts) and has low reverse leakage current.
It has become a MOS diode. Therefore , since V T4 and V In FIG. 2, the black circles of MOS diodes 12 and 13 represent source electrodes.

以上、仮に第一伝導型をP型、第二伝導型をn
型として説明してきたが、これは逆であつても何
らかまわない。
Above, if the first conductivity type is P type and the second conductivity type is n
Although it has been explained as a type, there is no problem even if it is the other way around.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の基板バイアス電圧発生回路の概
略図であり、1はパルス発振器、2は結合コンデ
ンサー、3はMOSダイオード、4はMOSダイオ
ード、9はP―N接合による寄生ダイオード、8
はP―N接合による寄生容量、100は基板容量
である。 第2図は本発明による基板バイアス電圧発生回
路の概略図であり、10はパルス発振器、11は
結合コンデンサー、12はDSA MOSトランジス
タによるMOSダイオード、13も同じくDSA
MOSトランジスタによるMOSダイオード、14
は基板である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional substrate bias voltage generation circuit, in which 1 is a pulse oscillator, 2 is a coupling capacitor, 3 is a MOS diode, 4 is a MOS diode, 9 is a parasitic diode by a PN junction, 8
is the parasitic capacitance due to the PN junction, and 100 is the substrate capacitance. FIG. 2 is a schematic diagram of a substrate bias voltage generation circuit according to the present invention, in which 10 is a pulse oscillator, 11 is a coupling capacitor, 12 is a MOS diode using a DSA MOS transistor, and 13 is also a DSA MOS transistor.
MOS diode by MOS transistor, 14
is the substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 発振回路と、ソース電極及びゲート電極が第
一伝導型シリコン基板に接続されドレイン電極が
コンデンサーの第1の端子に接続される第1の第
二伝導型チヤンネルDSA MOSトランジスタと、
第1の端子が前記第1の第二伝導型チヤンネル
DSA MOSトランジスタのドレイン電極に接続さ
れ第2の端子が前記発振回路の出力端子に接続さ
れるコンデンサーと、ソース電極及びゲート電極
が前記コンデンサーの第1の端子に接続されドレ
イン電極が接地される第2の第二伝導型チヤンネ
ルDSA MOSトランジスタと、を含む基板バイア
ス電圧発生回路。
1 an oscillation circuit, a first second conductivity type channel DSA MOS transistor whose source electrode and gate electrode are connected to a first conductivity type silicon substrate and whose drain electrode is connected to a first terminal of a capacitor;
a first terminal is connected to said first second conduction type channel;
a capacitor connected to the drain electrode of the DSA MOS transistor and having a second terminal connected to the output terminal of the oscillation circuit; a second capacitor having a source electrode and a gate electrode connected to the first terminal of the capacitor and having a drain electrode grounded; a second conduction type channel DSA MOS transistor; and a substrate bias voltage generation circuit.
JP2042779A 1979-02-22 1979-02-22 Substrate bias voltage generating circuit Granted JPS55113360A (en)

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