JPH0962384A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0962384A
JPH0962384A JP7222379A JP22237995A JPH0962384A JP H0962384 A JPH0962384 A JP H0962384A JP 7222379 A JP7222379 A JP 7222379A JP 22237995 A JP22237995 A JP 22237995A JP H0962384 A JPH0962384 A JP H0962384A
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    • G05F3/242Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage
    • G05F3/247Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only with compensation for device parameters, e.g. channel width modulation, threshold voltage, processing, or external variations, e.g. temperature, loading, supply voltage producing a voltage or current as a predetermined function of the supply voltage

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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造工程のばらつきに伴う出力電圧の変化量を
小さく抑える。 【解決手段】電源電圧供給端と接地電位点との間に直列
接続し同一の温度特性,線幅,材料,工程により形成さ
れた第1及び第2の抵抗R1,R2を設ける。第2の抵
抗R2と並列接続しこれら抵抗R1,R2とは異なる温
度特性を持つ第3の抵抗R3を設ける。これら抵抗R1
〜R3の接続点を第1の入力端(+)に入力し第2の入
力端(−)と出力端とを接続する差動増幅回路11を設
ける。抵抗R1〜R3及び差動増幅回路11により降圧
回路1を形成し、差動増幅回路11の出力端から所定の
温度特性を持つ出力電圧Voutを内部回路2に出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体記憶装置に関
し、特に供給された電源電圧を降圧して使用する半導体
記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体記憶装置においては、構成
素子の微細化や、データ保持モードでの低電圧化に伴っ
て、供給された電源電圧を内部で降圧して使用する例が
多くなってきている。電源電圧が低電圧化されると、回
路素子の動作条件も厳しくなり、特に高温時や低温時に
おいて、動作速度等を含む特性の劣化が問題となる。そ
こで、降圧された内部電源電圧に所定の温度係数を持た
せ、この問題を解消しようとする例がある(例えば、特
開平3−196317号公報参照)。
【0003】図4に降圧された内部電源電圧に所定の温
度特性を持たせた従来の半導体記憶装置の一例(第1の
例)を示す。
【0004】この半導体記憶装置は、一端を接地電位点
と接続し所定の抵抗値及び温度係数をもつ抵抗R7、一
端をこの抵抗R7の他端と接続し他端を電源電圧供給端
(電源電圧Vcc)と接続して所定の抵抗値及び抵抗R
7とは異なる温度係数をもつ抵抗R8、及び第1の入力
端(+)を抵抗R7,R8の接続点と接続し第2の入力
端(−)と出力端とを接続する差動増幅回路11を備え
この差動増幅回路11の出力端から電源電圧供給端の電
源電圧Vccを所定の温度特性をもつ所定のレベルに降
圧して出力する降圧回路1xと、この降圧回路1xの出
力電圧Voutを受けて動作する内部回路2とを有する
構成となっている。
【0005】降圧回路1x内の抵抗R7,R8は、通
常、多結晶シリコンで形成され、その抵抗値は、ドープ
する不純物の濃度で制御できる。また、温度特性は、 R=Ro・exp(Ea/kT)……(1) なる式で表わされる。ここで、Roは多結晶シリコンの
構造で決まる定数、kはボルツマン定数(8.61E−
5eV/°K)、Tはケルビン単位の温度、Eaは多結
晶シリコンの構造で決まる活性化エネルギーである。
【0006】また、多結晶シリコンの抵抗率が大きいほ
ど活性化エネルギーEaの値も大きくなる。常温での抵
抗率と活性化エネルギーEaとの関係を図5に示す。
【0007】これらのことを利用して、常温300°K
において、電源電圧Vccを5V、降圧回路1xの出力
電圧Voutを4Vとし、温度400°Kで出力電圧V
outを0.6V上昇させるように抵抗R7,R8の諸
元を求めると、常温で、抵抗R7は8kΩ、抵抗R8は
2kΩ、活性化エネルギーEa及び抵抗率は、抵抗R7
が0.1eV,3Ωm、抵抗R8が0.2eV,148
Ωcmとなる。
【0008】これら抵抗R7,R8を、線幅1μmとし
て形成すると、その長さは、R7が2667μm、R8
が13.7μmとなり、極端に長さがちがうので、通常
は線幅を変えて形成する。
【0009】図4に示された降圧回路1xでは、抵抗R
7,R8の分圧比によって出力電圧Voutが決定され
る構成となっているので、電源電圧Vccが高くなると
出力電圧Voutも高くなってしまう。そこで、図6に
示すように、降圧回路の回路構成を変え、電源電圧Vc
cが高くなっても、出力電圧Voutが一定となるよう
にした例もある(第2の例、例えば、特開平3−196
317号公報参照)。この降圧回路1yは、定電圧発生
回路12と、2段の差動増幅回路11a,11bと、出
力電圧Voutのレベル及び温度特性を決定する抵抗R
9,R10と、出力電圧Vout制御用のトランジスタ
Q2とを備えた構成となっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体記憶装
置は、第1の例では、降圧回路1x内の抵抗R7,R8
の線幅が互いに異なるように形成されるため、不純物ド
ープ用のマスクパターンを同一工程で形成したとして
も、マスクパターン形成時のエッチング条件のばらつき
による線幅のばらつきの影響が現われ、出力電圧Vou
tがばらつくという問題点と、抵抗R7,R8の不純物
濃度,活性化エネルギーEaが異なるために不純物のド
ープ工程が異なり、不純物濃度,活性化エネルギーのば
らつきが抵抗R7,R8に対し独立して現われ、出力電
圧Voutがばらつくという問題点があり、第2の例で
は、差動増幅路が2段構成となっているので回路素子が
多くなるという問題がある。
【0011】ここで、抵抗R7,R8の線幅のちがいに
よる線幅のばらつきの出力電圧Voutへの影響と、活
性化エネルギーのばらつきの出力電圧Voutへの影響
について、数値例を上げて説明する。
【0012】前述したように、電源電圧Vccを5V、
常温での出力電圧Voutを4V、抵抗R7,R8の抵
抗値をそれぞれ8kΩ,2kΩ、活性化エネルギーEa
をそれぞれ0.1eV,0.2eVとし、抵抗R7の線
幅を1μm、抵抗R8の線幅を10μmとして±0.1
μmのエッチングによるばらつきがあるものとする。
【0013】出力電圧Voutは、抵抗R7,R8の抵
抗値を記号と同じR7,R8とすると、 Vout=R8・Vcc/(R7+R8)……(2) 抵抗R7,R8を同一のエッチング工程でマスクパター
ンを形成して不純物をドープするものとすると、そのば
らつきはR7,R8とも同一方向となるので Vout=(8+0.8)×5/(8+0.8+2+0.02)……(3) Vout=(8−0.8)×5/(8−0.8+2−0.02)……(4) (3)式からVout=4.067(V)、(4)式か
らVout=4.40(V)となり、0.333Vのば
らつきが生じる。これは、高温時の出力電圧Voutを
0.6V上昇させる温度特性の変化量に対し50%以上
となり、内部回路2の特性に大きな影響を与えることに
なる。なお、長さ方向に関しては、両端にコンタクトが
設けられていて通常はエッチングによる影響はない構成
となっている。
【0014】また、ドープする不純物濃度のばらつきに
よって活性化エネルギーEaが±2%ばらつくものとす
ると、詳細な計算は省略するが、抵抗R7,R8の抵抗
値はそれぞれ8.85〜7.57kΩ,2.32〜1.
71kΩの範囲でばらつき、ドープ工程が異なるためこ
れらには相関性がなく、これらの数値の組合せによる最
小値,最大値が出力電圧Voutのばらつきとなり、そ
の値は、3.83〜4.19Vとなる。これも出力電圧
Voutの温度特性の変化量に対し60%にも達する。
【0015】従って、本発明の目的は、エッチングや不
純物のドープ等の製造工程によるばらつきで出力電圧が
変化するのを抑えることができ、また、回路素子数を低
減した状態で電源電圧が上昇しても一定の出力電圧が得
られるようにした降圧回路を有する半導体記憶装置を提
供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、一端を接地電位点と接続し所定の抵抗値,温度特
性、所定の線幅,長さ、及び所定の材質で形成された第
1の抵抗、一端を前記第1の抵抗の他端と接続し他端を
電源電圧供給端と接続して所定の抵抗値,長さ、前記第
1の抵抗と同一の温度特性,線幅及び材質で同一工程に
より形成された第2の抵抗、この第2の抵抗と並列接続
し所定の抵抗値で前記第1,第2の抵抗とは異なる温度
特性を持ち、所定の線幅,長さ、及び所定の材質で形成
された第3の抵抗、並びに第1の入力端を前記第1,第
2,第3の抵抗の接続点と接続し第2の入力端と出力端
とを接続する差動増回路を備えこの差動増幅回路の出力
端から前記電源電圧供給端の電圧を所定の温度特性をも
つ所定のレベルに降圧して出力する降圧回路と、この降
圧回路の出力電圧を受けて動作する内部回路とを有して
いる。
【0017】また、降圧回路を、一定の電圧を発生する
定電圧回路と、第1の入力端に前記定電圧回路からの一
定の電圧を受ける差動増幅回路と、一端を接地電位点と
接続し他端を前記差動増幅回路の第2の入力端と接続し
て所定の抵抗値,温度特性、所定の線幅,長さ、及び所
定の材質で形成された第1の抵抗と、一端を前記第1の
抵抗の他端と接続して所定の抵抗値,長さ、前記第1の
抵抗と同一の温度特性,線幅及び材質で同一工程により
形成された第2の抵抗と、前記第1の抵抗と並列接続し
所定の抵抗値で前記第1,第2の抵抗とは異なる温度特
性を持ち、所定の線幅,長さ、及び所定の材質で形成さ
れた第3の抵抗と、ソースを電源電圧供給端と接続しゲ
ートを前記差動増幅回路の出力端と接続しドレインを前
記第2の抵抗の他端と接続するトランジスタとを備え、
このトランジスタのドレインから前記電源電圧供給端の
電圧を所定の温度特性をもつ所定のレベルに降圧して出
力する回路として構成される。更に、第1,第2,第3
の抵抗の材質を多結晶シリコンとし、これら抵抗の形成
工程でのドーズ量を制御して前記第1及び第2の抵抗は
第一の抵抗率及び活性化エネルギーを持ち、第3の抵抗
はこれら第1及び第2の抵抗とは異なる抵抗率及び活性
化エネルギーを持つようにして構成される。
【0018】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【0019】図1は本発明の第1の実施の形態を示す回
路図である。
【0020】この第1の実施の形態の降圧回路1は、一
端を接地電位点と接続し所定の抵抗値,温度特性、所定
の線幅,長さ、及び所定の材質で形成された第1の抵抗
R1と、一端を抵抗R1の他端と接続し他端を電源電圧
供給端(電源電圧Vcc)と接続して所定の抵抗値,長
さ、抵抗R1と同一の温度特性,線幅及び材質で同一工
程により形成された第2の抵抗R2と、この抵抗R2と
並列接続し所定の抵抗値で抵抗R1,R2とは異なる温
度特性を持ち、所定の線幅,長さ及び所定の材質で形成
された第3の抵抗R3と、第1の入力端(+)を抵抗R
1,R2,R3の接続点と接続し第2の入力端(−)と
出力端とを接続する差動増幅回路11とを備え、差動増
幅回路11の出力端から、電源電圧Vccを、所定の温
度特性を持つ所定のレベルに降圧し、内部回路2に出力
(Vout)する構成となっている。
【0021】この第1の実施の形態において、電源電圧
Vccを5V、常温での出力電圧Voutを4Vとし、
高温時(400°K)には出力電圧Voutを0.6V
上昇させるものとし、抵抗R1,R2,R3を多結晶シ
リコンで形成すると、常温時の抵抗R1,R2,R3の
抵抗値はそれぞれ、例えば、8kΩ,2.2kΩ,20
kΩ、活性化エネルギーEaは抵抗R1,R2が0.1
eV、抵抗R3が0.4eVとなり、抵抗R1,R2の
線幅を1μmとするとこれらの長さはそれぞれ2667
μm,733μmとなり、抵抗R3は、線幅を34μm
とすると長さは2μmとなる。
【0022】ここで、抵抗R1,R2,R3の形成時に
エッチング等によるばらつきが±1μmあったとして常
温時にこれら抵抗のばらつきによる出力電圧Voutの
変化量を算出すると次のとおりとなる。
【0023】まず、抵抗R1,R2の線幅は共に1μm
であるので、その抵抗値は±10%ばらつく。また抵抗
R3はその線幅が34μmであるので、そのばらつきは
無視でき20kΩのままとする。
【0024】抵抗R2,R3の並列回路の抵抗値をR2
・3とすると、プラス方向のばらつきに対し、 R2・3=(2.2+0.22)×20/(2.2+0.22+20) =2.159(kΩ)……(5) マイナス方向のばらつきに対し R2・3=(2.2−0.22)×20/(2.2−0.22+20) =1.802(kΩ)……(6) 抵抗R1,R2は同一工程で形成されるのでこれらのば
らつき方向は一致する。従ってプラス方向のばらつきに
対し、 Vout=(8+0.8)×5/(8+0.8+2.159) =4.015(V)……(7) マイナス方向のばらつきに対し Vout=(8−0.8)×5/(8−0.8+1.802) =3.999(V)……(8) となる。すなわち、0.016Vの変化量となる。これ
は出力電圧Voutの温度特性の変化量0.6Vに比べ
て無視できる程度であり、従って、エッチング等の製造
工程による抵抗R1〜R3の線幅のばらつきが出力電圧
Voutに影響することはなく、内部回路2の動作に影
響を与えることはない。
【0025】また、活性化エネルギーEaが±2%ばら
ついたとすると、詳細な計算は省略するが、抵抗R1,
R2,R3の抵抗値はそれぞれ8.85〜7.57k
Ω,2.43〜2.08kΩ,27.3〜14.7kΩ
の範囲でばらつくが、抵抗R1,R2は同一工程で同一
活性化エネルギーEaをもつように形成されるので、そ
のばらつき方向は一致する。
【0026】抵抗R2,R3の並列回路の抵抗値R2・
3は、抵抗R2のプラス方向のばらつきに対し2.08
5〜2.231kΩの範囲でばらつき、マイナス方向に
対し1.822〜1.933kΩの範囲でばらつく。
【0027】従って、出力電圧Voutは、抵抗R1,
R2のプラス方向に対し、3.993〜4.047Vの
範囲、マイナス方向に対し、3.983〜4.030V
の範囲でばらつくことにより最大3.983〜4.04
7Vの範囲となる。すなわち、その変動幅は0.064
Vであり、出力電圧Voutの温度特性の変化量0.6
Vに対し十分小さく、内部回路2の動作に影響を与える
ことはない。
【0028】なお、抵抗R2に対する抵抗R3の抵抗値
が大きい程、活性化エネルギーEaのばらつきによる出
力電圧Voutの変化量が小さくなることは明白であ
る。
【0029】図2は本発明の第2の実施の形態を示す回
路図である。
【0030】この第2の実施の形態の降圧回路1aは、
一定の電圧を発生する定電圧発生回路12と、第1の入
力端(+)に定電圧発生回路12からの一定の電圧を受
ける差動増幅回路11と、一端を接地電位点と接続し他
端を差動増幅回路11の第2の入力端(−)と接続して
所定の抵抗値,温度特性、所定の線幅,長さ、及び所定
の材質で形成された抵抗R4と、一端を抵抗R4の他端
と接続して所定の抵抗値,長さ、抵抗R4と同一の温度
特性、線幅及び材質で同一工程により形成された抵抗R
5と、抵抗R4と並列接続し所定の抵抗値で抵抗R4,
R5とは異なる温度特性を持ち所定の線幅,長さ、及び
所定の材質で形成された抵抗R6と、ソースを電源電圧
供給端(電源電圧Vcc)と接続しゲートを差動増幅回
路11の出力端と接続しドレインを抵抗R5の他端と接
続するトランジスタQ1とを備え、このトランジスタQ
1のドレインから、電源電圧Vccを、所定の温度特性
をもつ所定のレベルに降圧して内部回路2に出力(Vo
ut)する構成となっている。
【0031】この第2の実施の形態においては、定電圧
発生回路12からの一定の電圧を例えば1.3Vとし、
抵抗R4,R5,R6の抵抗値を常温で例えば3.9k
Ω,8kΩ,270kΩとし、活性化エネルギーEaを
それぞれ0.1eV,0.1eV,0.4eVとし、常
温(300°K)時の出力電圧Voutを4.0V、高
温時(400°K)時の出力電圧Voutを4.6Vと
している。また、抵抗R4,R5の線幅を1μmとする
と、その長さは、R4が1300μm、R5が2667
μmとなり、R6は、線幅を2.5μmとして長さ2μ
mとなる。
【0032】この第2の実施の形態においては、図3に
示すように、電源電圧Vccが上昇して出力電圧Vou
tが規定値(例えば常温で4.0V)より高くなろうと
すると、トランジスタQ1がオフ状態となって出力電圧
Voutの上昇を阻止しようとするので、電源電圧Vc
cが一定値以上となっても、出力電圧Voutは常に一
定電圧(4V)となる。しかもこの第2の実施の形態で
は、図6に示された従来例に比べ、差動増幅回路が1段
だけとなっており、回路素子数が低減されている。
【0033】この第2の実施の形態においても、第1の
実施の形態と同様に、製造工程による抵抗の線幅のばら
つき、活性化エネルギーのばらつき、内部回路2の動作
に対する影響をなくすことができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、互いに直
列接続される第1及び第2の抵抗を同一の温度特性,線
幅,材質で同一工程により形成し、第1及び第2の抵抗
のうちの一方と並列接続される第3の抵抗の温度特性を
これら第1,第2の抵抗と異なる温度特性を持つように
形成して全体の温度特性を制御する構成とすることによ
り、製造工程のばらつきによるこれら第1及び第2の抵
抗の線幅及び温度特性のばらつきを同一方向にすること
ができるのでそのばらつきによる出力電圧の変化量を小
さく抑えることができ、また、電源電圧の上昇に伴う出
力電圧の上昇を抑える回路では、差動増幅回路を1段構
成とすることができるので、回路素子数を低減すること
ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図3】図2に示された実施の形態の電源電圧対出力電
圧特性図である。
【図4】従来の半導体記憶装置の第1の例の回路図であ
る。
【図5】図4に示された半導体記憶装置の降圧回路部分
の抵抗の温度特性を決定するための抵抗率対活性化エネ
ルギー特性図である。
【図6】従来の半導体記憶装置の第2の例の降圧回路部
分の回路図である。
【符号の説明】
1,1a,1x,1y 降圧回路 2 内部回路 11,11a,11b 差動増幅回路 12,12y 定電圧発生回路 Q1,Q2 トランジスタ R1〜R10 抵抗

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端を接地電位点と接続し所定の抵抗
    値,温度特性、所定の線幅,長さ、及び所定の材質で形
    成された第1の抵抗、一端を前記第1の抵抗の他端と接
    続し他端を電源電圧供給端と接続して所定の抵抗値,長
    さ、前記第1の抵抗と同一の温度特性,線幅及び材質で
    同一工程により形成された第2の抵抗、この第2の抵抗
    と並列接続し所定の抵抗値で前記第1,第2の抵抗とは
    異なる温度特性を持ち、所定の線幅,長さ、及び所定の
    材質で形成された第3の抵抗、並びに第1の入力端を前
    記第1,第2,第3の抵抗の接続点と接続し第2の入力
    端と出力端とを接続する差動増回路を備えこの差動増幅
    回路の出力端から前記電源電圧供給端の電圧を所定の温
    度特性をもつ所定のレベルに降圧して出力する降圧回路
    と、この降圧回路の出力電圧を受けて動作する内部回路
    とを有することを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 降圧回路を、一定の電圧を発生する定電
    圧回路と、第1の入力端に前記定電圧回路からの一定の
    電圧を受ける差動増幅回路と、一端を接地電位点と接続
    し他端を前記差動増幅回路の第2の入力端と接続して所
    定の抵抗値,温度特性、所定の線幅,長さ、及び所定の
    材質で形成された第1の抵抗と、一端を前記第1の抵抗
    の他端と接続して所定の抵抗値,長さ、前記第1の抵抗
    と同一の温度特性,線幅及び材質で同一工程により形成
    された第2の抵抗と、前記第1の抵抗と並列接続し所定
    の抵抗値で前記第1,第2の抵抗とは異なる温度特性を
    持ち、所定の線幅,長さ、及び所定の材質で形成された
    第3の抵抗と、ソースを電源電圧供給端と接続しゲート
    を前記差動増幅回路の出力端と接続しドレインを前記第
    2の抵抗の他端と接続するトランジスタとを備え、この
    トランジスタのドレインから前記電源電圧供給端の電圧
    を所定の温度特性をもつ所定のレベルに降圧して出力す
    る回路とした請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 第1,第2,第3の抵抗の材質を多結晶
    シリコンとし、これら抵抗の形成工程でのドーズ量を制
    御して前記第1及び第2の抵抗は第一の抵抗率及び活性
    化エネルギーを持ち、第3の抵抗はこれら第1及び第2
    の抵抗とは異なる抵抗率及び活性化エネルギーを持つよ
    うにした請求項1または請求項2記載の半導体記憶装
    置。
  4. 【請求項4】 第3の抵抗の抵抗値を第2の抵抗より十
    分大きくした請求項1記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 第3の抵抗の抵抗値を第1の抵抗より十
    分大きくした請求項2記載の半導体記憶装置。
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