JPS60229363A - Mosトランジスタ閾値の自動補正装置 - Google Patents
Mosトランジスタ閾値の自動補正装置Info
- Publication number
- JPS60229363A JPS60229363A JP59085654A JP8565484A JPS60229363A JP S60229363 A JPS60229363 A JP S60229363A JP 59085654 A JP59085654 A JP 59085654A JP 8565484 A JP8565484 A JP 8565484A JP S60229363 A JPS60229363 A JP S60229363A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- sensor
- threshold
- mos
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-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
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is DC
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/205—Substrate bias-voltage generators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/211—Design considerations for internal polarisation
- H10D89/213—Design considerations for internal polarisation in field-effect devices
- H10D89/215—Design considerations for internal polarisation in field-effect devices comprising arrangements for charge pumping or biasing substrates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明岐、MOS −FET (絶縁f−)型電界効果
トランジスタ)の閾値電圧のシフトを自動的にセンスし
て補正もしく蝶所定値に設定するだめのMOS ) 9
ンジスタ閾値の自動補正!!:置に関する。
トランジスタ)の閾値電圧のシフトを自動的にセンスし
て補正もしく蝶所定値に設定するだめのMOS ) 9
ンジスタ閾値の自動補正!!:置に関する。
第1図および第2図はそれぞれNチャネル。
PチャネルのMOS−FETの一般的な構造を示してい
る。即ち、第1図において、1はP型のシリコン基板で
1ムその表面の一部にN+型不純物層からなるソース領
域2およびドレイン領域3が拡散形成され、この両頭城
2,3間の基板上にダート酸化膜(5in2膜)4を介
してダート電極(たとえばポリシリコン層)5が形成さ
れている。なお、6は上記シリコン基板10表面の一部
に形成されたP+拡散層からなる基板電極領域であυ、
この電極領域6を通じて基板1にバックダートバイアス
として通常はソース電位V■(接地°電位)が与えられ
る。このよりなNチャネルMO8−FET Kらっては
、ダート電極5に正の電位が与えられることによって、
ソース−ドレイン間が導通状態(オン)になる。
る。即ち、第1図において、1はP型のシリコン基板で
1ムその表面の一部にN+型不純物層からなるソース領
域2およびドレイン領域3が拡散形成され、この両頭城
2,3間の基板上にダート酸化膜(5in2膜)4を介
してダート電極(たとえばポリシリコン層)5が形成さ
れている。なお、6は上記シリコン基板10表面の一部
に形成されたP+拡散層からなる基板電極領域であυ、
この電極領域6を通じて基板1にバックダートバイアス
として通常はソース電位V■(接地°電位)が与えられ
る。このよりなNチャネルMO8−FET Kらっては
、ダート電極5に正の電位が与えられることによって、
ソース−ドレイン間が導通状態(オン)になる。
一方、第2図において、7はNWのシリコン基板であシ
、その表面の一部にP+型不純物層からなるソース領域
8およびドレイン領域9が拡散形成され、この両領域8
,9間の基板上にダート酸化膜4を介してダート電極5
が形成されている。なお、10は上記シリコン基板70
表面の一部に形成された鹸拡散層からなる基板電極領域
でアシ、この電極領域10を通じて基板7にパ、クグー
トノ々イアスとして通常はソース電位VDD (正電位
)が与えられる。このようなPチャネルMO8=FET
Kあっては、r−ト電極6に接地電位が与えられるこ
とによって、ソース・ドレイン間が導通状態になる。
、その表面の一部にP+型不純物層からなるソース領域
8およびドレイン領域9が拡散形成され、この両領域8
,9間の基板上にダート酸化膜4を介してダート電極5
が形成されている。なお、10は上記シリコン基板70
表面の一部に形成された鹸拡散層からなる基板電極領域
でアシ、この電極領域10を通じて基板7にパ、クグー
トノ々イアスとして通常はソース電位VDD (正電位
)が与えられる。このようなPチャネルMO8=FET
Kあっては、r−ト電極6に接地電位が与えられるこ
とによって、ソース・ドレイン間が導通状態になる。
ところで、上記MO8)ランジスタを有するLSI等の
使用中に、何らかの外的原因によシ前記ダート酸化膜4
中に正電荷が蓄積することがある。この場合には、Nチ
ャネルトランジスタ。
使用中に、何らかの外的原因によシ前記ダート酸化膜4
中に正電荷が蓄積することがある。この場合には、Nチ
ャネルトランジスタ。
Pチャネルトランジスタの各閾値vTIN + VTH
Pがそれぞれ負側ヘシフトし、Nチャネルトランジスタ
のロクレベル側のマークンが低下し、Pチャネルトラン
ジスタのスイッチ速度が低下するという問題が生じる。
Pがそれぞれ負側ヘシフトし、Nチャネルトランジスタ
のロクレベル側のマークンが低下し、Pチャネルトラン
ジスタのスイッチ速度が低下するという問題が生じる。
また、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジス
タとを用いたCMO8回路を有するLSIにおてL1前
記閾値のシフトによシ、回路の特性が変化し、回路の動
作マージンが著しく低下するという問題が生じる。
タとを用いたCMO8回路を有するLSIにおてL1前
記閾値のシフトによシ、回路の特性が変化し、回路の動
作マージンが著しく低下するという問題が生じる。
また、前記MO8)ランジスタを有するLSI等の尚集
積化に伴なうトランジスタの微細化によす、籍にNチャ
ネルトランジスタの場合には、ドレイン空乏−の電界強
区の増大に起因するチャネルホットエレクトロン効果が
生じてその閾値電圧VTilNが正側にシフトし、その
スイッチ速度が低下し、回路の性能が低下するという問
題かう9、この問題は将来の一層の高集積化につれて非
常に憂朦すべき課題である。
積化に伴なうトランジスタの微細化によす、籍にNチャ
ネルトランジスタの場合には、ドレイン空乏−の電界強
区の増大に起因するチャネルホットエレクトロン効果が
生じてその閾値電圧VTilNが正側にシフトし、その
スイッチ速度が低下し、回路の性能が低下するという問
題かう9、この問題は将来の一層の高集積化につれて非
常に憂朦すべき課題である。
然るに、従来のLSI等にあっては、その使用中におい
て上述したような閾値のシフトが生じた場合にそれを自
動的に補正するための対策がなされておらず、上記シフ
トにより閾値が恒久的に変化してしまうので、必然的に
LSI%の使用可能時間(正常動作の保証時間)が著し
く制限されることになる。
て上述したような閾値のシフトが生じた場合にそれを自
動的に補正するための対策がなされておらず、上記シフ
トにより閾値が恒久的に変化してしまうので、必然的に
LSI%の使用可能時間(正常動作の保証時間)が著し
く制限されることになる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、使用中に
おける外的原因によるあるいは高集積化に際しての微細
化に伴なうMOSトランジスタの閾値電圧のシフトを自
動的に補正することが可能であシ、上記シフトに起因す
る回路性能の劣化を防止し得るMOS )ランジスタ閾
値の自動補正装置を提供するものである。
おける外的原因によるあるいは高集積化に際しての微細
化に伴なうMOSトランジスタの閾値電圧のシフトを自
動的に補正することが可能であシ、上記シフトに起因す
る回路性能の劣化を防止し得るMOS )ランジスタ閾
値の自動補正装置を提供するものである。
即ち、本発明のMOS )ランジスタ閾値の自動補正装
置は、被制御用1v10Sトランジスタと同一半導体チ
ップ上あるいは別チップ上に設けられ、ソース・基板相
互が接続された第1のセンサ用MO8)ランジスタと、
この第1のセイサ用MOSトランジスタに所定量の閾値
シフトが生じたときに導通状噛から非導通状態にもしく
はその逆に反転させる実効的ダートバイアスを与えるダ
ート電圧源およびソース電圧源と、上記第1のセンサ用
MO3)ランジスタのドレインに抵抗もしくはソース・
基板相互が接続された第2のセンサ用MO8)ランジス
タを介して接続される所定の電圧源と、上記第1のセン
サ用MO8)ランジスタのドレイン電位を前記被制御用
MO8)ランジスタの基板に供給する配線とを具備する
ことを特徴とするものである。
置は、被制御用1v10Sトランジスタと同一半導体チ
ップ上あるいは別チップ上に設けられ、ソース・基板相
互が接続された第1のセンサ用MO8)ランジスタと、
この第1のセイサ用MOSトランジスタに所定量の閾値
シフトが生じたときに導通状噛から非導通状態にもしく
はその逆に反転させる実効的ダートバイアスを与えるダ
ート電圧源およびソース電圧源と、上記第1のセンサ用
MO3)ランジスタのドレインに抵抗もしくはソース・
基板相互が接続された第2のセンサ用MO8)ランジス
タを介して接続される所定の電圧源と、上記第1のセン
サ用MO8)ランジスタのドレイン電位を前記被制御用
MO8)ランジスタの基板に供給する配線とを具備する
ことを特徴とするものである。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。第3図はMOS )ランジスタを有するLSIの一
部を示しており、”lはPチャネルトランジスタP、と
NチャネルトランジスタN、とがVDD電源とVIN+
電源との間に直列接続され、各ダートが共通接続された
第1のCMOSインバータである。同様に、11はPチ
ャネルトランジスタP雪とNチャネルトランジスタN、
とからなる第2のCMOSインバータであり、上記第1
のCMOSインバータI、に縦続接続されている。なお
、Slは入力ノード、Sl 、sjは出力ノードである
。
る。第3図はMOS )ランジスタを有するLSIの一
部を示しており、”lはPチャネルトランジスタP、と
NチャネルトランジスタN、とがVDD電源とVIN+
電源との間に直列接続され、各ダートが共通接続された
第1のCMOSインバータである。同様に、11はPチ
ャネルトランジスタP雪とNチャネルトランジスタN、
とからなる第2のCMOSインバータであり、上記第1
のCMOSインバータI、に縦続接続されている。なお
、Slは入力ノード、Sl 、sjは出力ノードである
。
一方、31は上記CMOSインバータI、、I。
のPチャネルトランジスタP、、P、のパックダートバ
イアスを制御してその闇値を補正するためのPチャネル
閾値補正回路であシ、これはセンサ用のPチャネルトラ
ンジスタP、のソースおよび基板がVIP電源に接続さ
れ、そのf−)UVap電圧源に接続され、そのドレイ
ン(出力ノードS、)は抵抗R,を介してV+ptFE
源に接続されてなる。そして、上記出力ノードS4が前
記CMOSインバータ’1+11のPチャネルトランジ
スタP1+P1の各基板に接続されている。
イアスを制御してその闇値を補正するためのPチャネル
閾値補正回路であシ、これはセンサ用のPチャネルトラ
ンジスタP、のソースおよび基板がVIP電源に接続さ
れ、そのf−)UVap電圧源に接続され、そのドレイ
ン(出力ノードS、)は抵抗R,を介してV+ptFE
源に接続されてなる。そして、上記出力ノードS4が前
記CMOSインバータ’1+11のPチャネルトランジ
スタP1+P1の各基板に接続されている。
また、32は前記CMOSインバータIt+11のNチ
ャネルトランジスタN 1 + N 1のパックダート
バイアスを制御してその閾値を補正するためのNチャネ
ル闇値補正回路でラシ、これはセンナ用のNチャネルト
ランジスタNaのソースおよび基板がVIeN電源に接
続され、そのダートはVos’亀圧源電圧続され、その
ドレイン(出力ノードSs )が抵抗R1を介してVI
N 電圧源に接続されてなる。そして、上記出力ノード
S6が前記CMOSインバータIl+■2のNチャネル
トランジスタNl + Nlの各基板に接続されている
。
ャネルトランジスタN 1 + N 1のパックダート
バイアスを制御してその閾値を補正するためのNチャネ
ル闇値補正回路でラシ、これはセンナ用のNチャネルト
ランジスタNaのソースおよび基板がVIeN電源に接
続され、そのダートはVos’亀圧源電圧続され、その
ドレイン(出力ノードSs )が抵抗R1を介してVI
N 電圧源に接続されてなる。そして、上記出力ノード
S6が前記CMOSインバータIl+■2のNチャネル
トランジスタNl + Nlの各基板に接続されている
。
次に1上記LSI回路の動作を説明する。いま、LSI
の使用中に何らかの外的原因により各トランジスタとも
闇値電圧が負側ヘシフトする場合を考える。この場合、
センサ用のNチャネルトランジスタN、およびPチャネ
ルトランジスタPaそれぞれの初期の閾値電圧をVTN
8およびVTPSlそれぞれの閾値シフト量をlVTN
gおよびΔvtp 8で表わす。また、パックダートバ
イアスが制御される被制御用のNチャネルトランジスタ
N1 r N 1それぞれの初期の闇値電圧をv’rs
1それぞれの閾値シフト量をΔVTN 1シフト後セ
ンサ用のNチャネルト・ランジスタがスイッチ動作を行
りたときのN1 r N 露それぞれの閾値をvts’
で表わす。同様に、被制御用のPチャネルトランジスタ
Pl+Plそれぞれの初期の闇値電圧をVTP%それぞ
れの閾値シフト梃をΔVTP 、 シフト後センサ用の
Pチャネルトランジスタがスイッチ動作を行ったときの
p、+P!それぞれの闇値をV7p’で表わす。また、
センサ用のNチャネルトランジスタN8は、初期状態で
はオフであり、前記閾値ΔVjN以上のシフトが生じた
ときにオンとなるように、そのダートバイアス(VGN
−VIIN )が選定されている。また、センサ用の
PチャネルトランジスタP8は、初期状態ではオンであ
り、前記閾値Δvtpの絶対値1ΔVTPI以上のシフ
トが生じたときにオンになるように、そのダートバイア
スVGP−VIPが選定されている。
の使用中に何らかの外的原因により各トランジスタとも
闇値電圧が負側ヘシフトする場合を考える。この場合、
センサ用のNチャネルトランジスタN、およびPチャネ
ルトランジスタPaそれぞれの初期の閾値電圧をVTN
8およびVTPSlそれぞれの閾値シフト量をlVTN
gおよびΔvtp 8で表わす。また、パックダートバ
イアスが制御される被制御用のNチャネルトランジスタ
N1 r N 1それぞれの初期の闇値電圧をv’rs
1それぞれの閾値シフト量をΔVTN 1シフト後セ
ンサ用のNチャネルト・ランジスタがスイッチ動作を行
りたときのN1 r N 露それぞれの閾値をvts’
で表わす。同様に、被制御用のPチャネルトランジスタ
Pl+Plそれぞれの初期の闇値電圧をVTP%それぞ
れの閾値シフト梃をΔVTP 、 シフト後センサ用の
Pチャネルトランジスタがスイッチ動作を行ったときの
p、+P!それぞれの闇値をV7p’で表わす。また、
センサ用のNチャネルトランジスタN8は、初期状態で
はオフであり、前記閾値ΔVjN以上のシフトが生じた
ときにオンとなるように、そのダートバイアス(VGN
−VIIN )が選定されている。また、センサ用の
PチャネルトランジスタP8は、初期状態ではオンであ
り、前記閾値Δvtpの絶対値1ΔVTPI以上のシフ
トが生じたときにオンになるように、そのダートバイア
スVGP−VIPが選定されている。
したがって、初期状態においては、センサ用のNチャネ
ルトランジスタN8はオフ、PチャネルトランジスタP
aはオンであり、被制御用のNチャネルトランジスタN
l r N !は/JツクダートバイアスとしてVI
N 1に圧が印加されることによってその闇値は初期値
VTHになっており、被制御用のPチャネルトランジス
タPIIP2はパックr−1バイアスとしてVIp 1
11圧が印加されることによってその閾値は初期値VT
Pになっている。
ルトランジスタN8はオフ、PチャネルトランジスタP
aはオンであり、被制御用のNチャネルトランジスタN
l r N !は/JツクダートバイアスとしてVI
N 1に圧が印加されることによってその闇値は初期値
VTHになっており、被制御用のPチャネルトランジス
タPIIP2はパックr−1バイアスとしてVIp 1
11圧が印加されることによってその閾値は初期値VT
Pになっている。
これに対して、前記各トランジスタの閾値がシフトした
とき、センサ用のNチャネルトランジスタNBはオン、
PチャネルトランジスタP。
とき、センサ用のNチャネルトランジスタNBはオン、
PチャネルトランジスタP。
Lオフになる。仁れにより、被制御用のNチャネルトラ
ンジスタNl、N、はパックゲート・ぐイアスとしてそ
れまでより低い■Σn%圧が印加されることによってそ
の閾値はシフト後の値VTN+Δy TN/から高くな
って初期値VTHに戻るように補正され、Pチャネルト
ランジスタP、IF5はバックデートバイアスとしてそ
れまでよシ低いVzN’dL圧が印加されることKよっ
てその闇値はシフト後の値VTP+ΔTP’から初期値
VTPに戻るように補正される。
ンジスタNl、N、はパックゲート・ぐイアスとしてそ
れまでより低い■Σn%圧が印加されることによってそ
の閾値はシフト後の値VTN+Δy TN/から高くな
って初期値VTHに戻るように補正され、Pチャネルト
ランジスタP、IF5はバックデートバイアスとしてそ
れまでよシ低いVzN’dL圧が印加されることKよっ
てその闇値はシフト後の値VTP+ΔTP’から初期値
VTPに戻るように補正される。
次に、上記動作について数値例に基いて詳述する。MO
S )ランジスタの閾値電圧vrnとノ々ツクr−)バ
イアスとの関係は、よく知られているように次式で示さ
れる。
S )ランジスタの閾値電圧vrnとノ々ツクr−)バ
イアスとの関係は、よく知られているように次式で示さ
れる。
但し、右辺第4項はNチャネルの場合に十符号、Pチャ
ネルの場合に一符号である。
ネルの場合に一符号である。
と置き換えて
VTR= A 土/B(129’fl+1Vnol)
−(4)が得られる。
−(4)が得られる。
NチャネルトランジスタN、、N、の初期値VTNは、
パックダートノーイアスVllG=ViN によって得
られるので、 VTH= A 十に〒2%l + lVt5l) =1
5)となる。NチャネルトランジスタN l + N2
の(闇値シフト後センサがオンとなったときの値VTN
’は、■BG=■εNによって得られるので、VTN’
= A + B(1211zl + IVINI)
−(6)となる。そして、上記閾値VTNとVTN’と
の間のシフト厄が前記閾値シフト量ΔVTNを打ち消す
ためには 一ΔVTN:VTN’−VTN =A而面晶−A;面狩・・・(7) が成立する8蚤がある。ここで、ΔVTNをたとえは一
〇、3vに設定した場合、VINあるいはVINのいず
れか一方を設定(たとえばVIN=OV=Vlll+す
れば他方の値をめることができる。一方、センサ用のN
チャネルトランジスタNBの閾1直シフト量ΔVTN8
と被制御用のNチャネルトランジスタN I + N
!の閾値シフ)MΔVTNとの間には ΔVTN ””ΔVTN8 X aw −(8)の関係
があり、上記αNは経験的にめられる。
パックダートノーイアスVllG=ViN によって得
られるので、 VTH= A 十に〒2%l + lVt5l) =1
5)となる。NチャネルトランジスタN l + N2
の(闇値シフト後センサがオンとなったときの値VTN
’は、■BG=■εNによって得られるので、VTN’
= A + B(1211zl + IVINI)
−(6)となる。そして、上記閾値VTNとVTN’と
の間のシフト厄が前記閾値シフト量ΔVTNを打ち消す
ためには 一ΔVTN:VTN’−VTN =A而面晶−A;面狩・・・(7) が成立する8蚤がある。ここで、ΔVTNをたとえは一
〇、3vに設定した場合、VINあるいはVINのいず
れか一方を設定(たとえばVIN=OV=Vlll+す
れば他方の値をめることができる。一方、センサ用のN
チャネルトランジスタNBの閾1直シフト量ΔVTN8
と被制御用のNチャネルトランジスタN I + N
!の閾値シフ)MΔVTNとの間には ΔVTN ””ΔVTN8 X aw −(8)の関係
があり、上記αNは経験的にめられる。
ここで、外的原因による閾値シフitは、初期状態でオ
フ状態にあるセンサ用トランジスタよシも動作状態にお
る被制御用トランジスタの方が大きく、上式(9)のα
Nは〉1と考えてよい。
フ状態にあるセンサ用トランジスタよシも動作状態にお
る被制御用トランジスタの方が大きく、上式(9)のα
Nは〉1と考えてよい。
また、前述したようにセンサ用のNチャネルトランジス
タN、に与えられるダートバイアス(YON−VzN)
としては、上記トランジスタN8の閾値がVTN[+か
らΔVTN8シフトしたときに上) 記トラ″″″夕8
・が”′となるように予め選定されておシ、次式 %式% が成立する。上式〇〇に両式(9)を代入してΔ■丁N VaN=VrNs+−十VEN =J])αN となる。また、AiJ式(7)よシ 1■訃1=去(メ1郡叩石不−b−ΔVT、)2−12
φf1 ・・・(2)であり、ここでVεNを負電位と
し、上式(2)に両式(3)を代入すると +12φ月 ・・・α1 となり、上式(2)を両式Qυに代入してが得られる。
タN、に与えられるダートバイアス(YON−VzN)
としては、上記トランジスタN8の閾値がVTN[+か
らΔVTN8シフトしたときに上) 記トラ″″″夕8
・が”′となるように予め選定されておシ、次式 %式% が成立する。上式〇〇に両式(9)を代入してΔ■丁N VaN=VrNs+−十VEN =J])αN となる。また、AiJ式(7)よシ 1■訃1=去(メ1郡叩石不−b−ΔVT、)2−12
φf1 ・・・(2)であり、ここでVεNを負電位と
し、上式(2)に両式(3)を代入すると +12φ月 ・・・α1 となり、上式(2)を両式Qυに代入してが得られる。
ここで、説明の簡単化のために、VtNa=0.8y+
ΔvTN=−〇、3v、αN = 1.2として、パッ
クダートバイアスの増分(VxN−VIN)=−5vで
被制御用のNチャネルトランジスタNI+N!の闇値電
圧を0.3v増加させることが可能であると仮定し、初
期のパックゲートバイアスVrN=Vsg=Ovとする
と、VzH= 5vであシ、両式0υよシとなる。即ち
、vTNBとαNの決まっていてΔVTNの閾値シフト
が生じた時点でそのシフトを補正するようにNチャネル
閾値補正回路32を設計する場合には、そのVMNとし
て一5vを与え、YONとして−4,45vを与えれは
よいことになる。
ΔvTN=−〇、3v、αN = 1.2として、パッ
クダートバイアスの増分(VxN−VIN)=−5vで
被制御用のNチャネルトランジスタNI+N!の闇値電
圧を0.3v増加させることが可能であると仮定し、初
期のパックゲートバイアスVrN=Vsg=Ovとする
と、VzH= 5vであシ、両式0υよシとなる。即ち
、vTNBとαNの決まっていてΔVTNの閾値シフト
が生じた時点でそのシフトを補正するようにNチャネル
閾値補正回路32を設計する場合には、そのVMNとし
て一5vを与え、YONとして−4,45vを与えれは
よいことになる。
一方、PチャネルトランジスタP1+P1においても、
そのパックダートバイアスVI P r vKPにおけ
る閾値VTP、V↑P′間のシフト値がΔVTPをを打
ち消すためには 一ΔVTP”’ vtp’ VTP =−1/B(+2φfl +IVgpl ) + mマ
rpl) ・・・<1が成立する8些があシ、 Δ■、rP=ΔVTPB X αP ”’ ”ΔVtp 、’−I VT p s = −−(17)αP の関係がある。センサ用のPチャネルトランジスタP6
のダートバイアス(VGP −Vlp )としては、上
記トランジスタPsの閾値がΔVTPBシフトしたとき
に上記トランジスタPsがオフとなるように予め選定さ
れておシ、 VOP−VIP = VTP8+ΔVtps −1ae
が成立する。上式〇〇に両式αカを代入してΔvtp Vop = Vtps +−+Vrp −(11αP となる。ここで、VIPを正酸・位とすれば、前式αυ
、(3)よシ ー12φf1 ・・・翰 となシ、上式−を両式(至)に代入してΔVTP VGP”VTPB+□ αP −12φf1 ・・・91) が得られる。ここで、説明の簡単化のために、Vrpa
=−0,8v +ΔVTP =−0,3v 、αp=1
.0として、パックダートバイアスの増分(Vgp −
VIp )=−1vで被制御用のPチャネルトランジス
タP、I + P Rの闇値電圧を0.3v増加(絶対
値は減少)させることが可能であると仮定し、補正時の
バ、りr−トバイアスVIP =VDD = 5 v
とすると、V!p=6vでらシ、両式(至)よシ となる。
そのパックダートバイアスVI P r vKPにおけ
る閾値VTP、V↑P′間のシフト値がΔVTPをを打
ち消すためには 一ΔVTP”’ vtp’ VTP =−1/B(+2φfl +IVgpl ) + mマ
rpl) ・・・<1が成立する8些があシ、 Δ■、rP=ΔVTPB X αP ”’ ”ΔVtp 、’−I VT p s = −−(17)αP の関係がある。センサ用のPチャネルトランジスタP6
のダートバイアス(VGP −Vlp )としては、上
記トランジスタPsの閾値がΔVTPBシフトしたとき
に上記トランジスタPsがオフとなるように予め選定さ
れておシ、 VOP−VIP = VTP8+ΔVtps −1ae
が成立する。上式〇〇に両式αカを代入してΔvtp Vop = Vtps +−+Vrp −(11αP となる。ここで、VIPを正酸・位とすれば、前式αυ
、(3)よシ ー12φf1 ・・・翰 となシ、上式−を両式(至)に代入してΔVTP VGP”VTPB+□ αP −12φf1 ・・・91) が得られる。ここで、説明の簡単化のために、Vrpa
=−0,8v +ΔVTP =−0,3v 、αp=1
.0として、パックダートバイアスの増分(Vgp −
VIp )=−1vで被制御用のPチャネルトランジス
タP、I + P Rの闇値電圧を0.3v増加(絶対
値は減少)させることが可能であると仮定し、補正時の
バ、りr−トバイアスVIP =VDD = 5 v
とすると、V!p=6vでらシ、両式(至)よシ となる。
なお、上記各実施例では、被制御トランジスタがCMO
Sインバータ回路であったが、これに限らず他のCMO
3回路であってもよく、またセンサ用トランジスタとし
てNチャネルまたはPチャネルの1個のトランジスタを
用いたが、これに限らずCMO8構成のセンサ用トラン
ジスタを用いてもよい。即ち、第4図に示す閾値補正回
路4ノは、それぞれセンサ用のPチャネルトランジスタ
P8とNチャネルトランジスタN8とがV、電圧像とV
g[庄原との間に直列に接続され、上記Pチャネルトラ
ンジスタP8の基板はvI電圧源に、そのf−トはva
p電圧源に接続され、上記NチャネルトランジスタNs
の基板はvE電圧源に、そのダートはVaNt圧源に庄
原されている。初期状態においては、上記Pチャネルト
ランジスタPBはオン、NチャネルトランジスタN、は
オフでアリ、何らかの外的原因によシそれぞれの閾値電
圧vTP + ■TNが負側へ所定量シフトしたときに
上記NチャネルトランジスタN8がオ/になったのちP
チャネルトランクスタP8がオフになるようにそれぞれ
のダートバイアス(Vop−Vr ) r (You
Vz )が設足されている。
Sインバータ回路であったが、これに限らず他のCMO
3回路であってもよく、またセンサ用トランジスタとし
てNチャネルまたはPチャネルの1個のトランジスタを
用いたが、これに限らずCMO8構成のセンサ用トラン
ジスタを用いてもよい。即ち、第4図に示す閾値補正回
路4ノは、それぞれセンサ用のPチャネルトランジスタ
P8とNチャネルトランジスタN8とがV、電圧像とV
g[庄原との間に直列に接続され、上記Pチャネルトラ
ンジスタP8の基板はvI電圧源に、そのf−トはva
p電圧源に接続され、上記NチャネルトランジスタNs
の基板はvE電圧源に、そのダートはVaNt圧源に庄
原されている。初期状態においては、上記Pチャネルト
ランジスタPBはオン、NチャネルトランジスタN、は
オフでアリ、何らかの外的原因によシそれぞれの閾値電
圧vTP + ■TNが負側へ所定量シフトしたときに
上記NチャネルトランジスタN8がオ/になったのちP
チャネルトランクスタP8がオフになるようにそれぞれ
のダートバイアス(Vop−Vr ) r (You
Vz )が設足されている。
したがりて、被制御用のNチャネルトランジスタN、は
、初期状態ではパックダートバイアスとしてV、が与え
られており、その閾値のシフト後にパックダートバイア
スとしてVZが与えられるのでその閾値が初期値に戻る
ように補正される。
、初期状態ではパックダートバイアスとしてV、が与え
られており、その閾値のシフト後にパックダートバイア
スとしてVZが与えられるのでその閾値が初期値に戻る
ように補正される。
この場合、センサ用のPチャネルトランジスタP8.N
チャネルトランジスタNBそれぞれのオン抵抗やオフ、
オンのタイミングの最適化を図って、補正動作の充分な
マーノンを確保することが望ましい。
チャネルトランジスタNBそれぞれのオン抵抗やオフ、
オンのタイミングの最適化を図って、補正動作の充分な
マーノンを確保することが望ましい。
また、前ml各実施例は、閾値補正回路と被制御回路(
CMOSインバータr、、12 など)を同一のLSI
チッグ上に設けたが、これらを別チップに設けてもよく
、閾値補正回路を複数のLSIで共用化するように独立
した半導体装置として設けるようにしてもよい。
CMOSインバータr、、12 など)を同一のLSI
チッグ上に設けたが、これらを別チップに設けてもよく
、閾値補正回路を複数のLSIで共用化するように独立
した半導体装置として設けるようにしてもよい。
第5図は本発明の他の実施例に係るLSIの一部を示し
ておp、cMosインバータ(、/のNチャネルトラン
ジスタ肖の閾値VTNを補正するだめにそのバックゲー
トバイアスを切換供給する閾値補正回路51を設けたも
のである。この閾値補正回路51は、センサ用のNチャ
ネルトランジスタN8のソースおよび基板がVIN電圧
源に接続され、そのダートがVGN i電圧像に接続さ
れ、そのドレイン(出力ノードSa )が抵抗R3を介
してVIeN電圧源に接続されてなる。そして、上記出
力ノードS6が前記CMOSインバータ(、/のNチャ
ネルトランジスタN1の基板に接続されている。
ておp、cMosインバータ(、/のNチャネルトラン
ジスタ肖の閾値VTNを補正するだめにそのバックゲー
トバイアスを切換供給する閾値補正回路51を設けたも
のである。この閾値補正回路51は、センサ用のNチャ
ネルトランジスタN8のソースおよび基板がVIN電圧
源に接続され、そのダートがVGN i電圧像に接続さ
れ、そのドレイン(出力ノードSa )が抵抗R3を介
してVIeN電圧源に接続されてなる。そして、上記出
力ノードS6が前記CMOSインバータ(、/のNチャ
ネルトランジスタN1の基板に接続されている。
次に、上記LSI回路の動作を説明する。LSIの高集
積化に伴なうトランジスタの微細化により、チャネルホ
ットエレクトロン効果によ、9Nチャネルトランジスタ
Nl、N、の閾値がLSI使用中に正側にシフトする場
合を考える。センサ用のNチャネルトランジスタN8は
、初期状態ではオンでアシ、被制御用の°NNチャネル
トランジスタN、閾値が所定量(Δvts )以上シフ
トしたときにオフになるように、そのダート・ぐイアス
(VGN −VIN )が選定されている。
積化に伴なうトランジスタの微細化により、チャネルホ
ットエレクトロン効果によ、9Nチャネルトランジスタ
Nl、N、の閾値がLSI使用中に正側にシフトする場
合を考える。センサ用のNチャネルトランジスタN8は
、初期状態ではオンでアシ、被制御用の°NNチャネル
トランジスタN、閾値が所定量(Δvts )以上シフ
トしたときにオフになるように、そのダート・ぐイアス
(VGN −VIN )が選定されている。
したがって、初期状態においては、センサ用のNチャネ
ルトラン・ラスタNa1dオン、被制御用のNチャネル
トランジスタN1はパックダートバイアスとしてVIN
電圧が印加されることによってその閾値は初期値VTH
になっている。これに対して、前記各トランジスタの閾
値がシフトしたとき、センサ用のNチャネルトランジス
タN8はオフになシ、被制御用のNチャネルトランジス
タ肖はバックゲートバイアスとしてそれまでよシ高いv
gs電圧が印加されることによってその閾値はシフト後
の値VTN+ΔVTNから低くなって初期値VTNに戻
るように補正される。この場合、センサ用のトランジス
タがオフとなったときの被制御用のトランジスタNlの
闇値をVTN’として閾値VTN * vTN’間のシ
フト量が前記閾値シフト量ΔvTNを打ち消すためには
、−ΔVTs=VTs’ VTN ・・・(2) が成立する8蛍が少る。また、センサ用のNチャネルト
ランジスタNaのグートノ々イアス(VGN VsN)
1ユ、上6己トランジスタN8のFikJ1直力;初
期値VTNBからΔ■丁NBシフトしたときに上記トラ
ンジスタN8かオフになるように予め選定嘔れており、
次式 %式% が成立する。したがって、両式翰より 1VIN+=−!(B(12耳謳謡−’Vt*)2−1
2φfl ・(Iでおり、VINを負電位とし、上式(
ハ)および削成(3)を両式羨に代入して VON=VTNII+ΔVTNa −VIN”VTNI
I+ΔVTNa +12φf1 ・・・(ハ) が得られる。
ルトラン・ラスタNa1dオン、被制御用のNチャネル
トランジスタN1はパックダートバイアスとしてVIN
電圧が印加されることによってその閾値は初期値VTH
になっている。これに対して、前記各トランジスタの閾
値がシフトしたとき、センサ用のNチャネルトランジス
タN8はオフになシ、被制御用のNチャネルトランジス
タ肖はバックゲートバイアスとしてそれまでよシ高いv
gs電圧が印加されることによってその閾値はシフト後
の値VTN+ΔVTNから低くなって初期値VTNに戻
るように補正される。この場合、センサ用のトランジス
タがオフとなったときの被制御用のトランジスタNlの
闇値をVTN’として閾値VTN * vTN’間のシ
フト量が前記閾値シフト量ΔvTNを打ち消すためには
、−ΔVTs=VTs’ VTN ・・・(2) が成立する8蛍が少る。また、センサ用のNチャネルト
ランジスタNaのグートノ々イアス(VGN VsN)
1ユ、上6己トランジスタN8のFikJ1直力;初
期値VTNBからΔ■丁NBシフトしたときに上記トラ
ンジスタN8かオフになるように予め選定嘔れており、
次式 %式% が成立する。したがって、両式翰より 1VIN+=−!(B(12耳謳謡−’Vt*)2−1
2φfl ・(Iでおり、VINを負電位とし、上式(
ハ)および削成(3)を両式羨に代入して VON=VTNII+ΔVTNa −VIN”VTNI
I+ΔVTNa +12φf1 ・・・(ハ) が得られる。
ここで、説明の簡単化のためにN VTNll=0.8
V 。
V 。
ΔVTN=0.3 v 、αN=1.0として、バック
ダートバイアスの増分(Vt5−VrN) = 5vで
被制御用のNチャネルトランジスタN1の閾1直を0.
3v減少させることが可能であると仮定し、補正時のパ
ックダートバイアスVzs=Vas=Ovとすると、V
IN=−5Vであシ、両式翰よシ となる。
ダートバイアスの増分(Vt5−VrN) = 5vで
被制御用のNチャネルトランジスタN1の閾1直を0.
3v減少させることが可能であると仮定し、補正時のパ
ックダートバイアスVzs=Vas=Ovとすると、V
IN=−5Vであシ、両式翰よシ となる。
上述したように本発明のMOS ) 、’ンジスタ閾僅
の自動補正装置によれは、MOSトランジスタが設けら
れた半導体集積回路の使用中における外的原因によるあ
るいは高集積化に際しての微細化に伴なうMOSトラン
ジスタの閾値のシフトを自動的に補正することができる
。したがって、上記シフ)K起因する回路性能の劣化を
防止でき、半導体集積回路の使用可能時間を大幅に伸ば
すことができる。しかも、本発明装置は、従来の設計、
製造技術を用いて容易に実現可能であシ、1個の閾値補
正回路で1個乃至複数個の被制御MO8)ランジスタの
ノ々ツクff−)バイアスを制御して闇値補正が可能で
あるので、構成が簡易でラシ、ノリーン面積の増加分も
少なくて済むなどの利点もある。
の自動補正装置によれは、MOSトランジスタが設けら
れた半導体集積回路の使用中における外的原因によるあ
るいは高集積化に際しての微細化に伴なうMOSトラン
ジスタの閾値のシフトを自動的に補正することができる
。したがって、上記シフ)K起因する回路性能の劣化を
防止でき、半導体集積回路の使用可能時間を大幅に伸ば
すことができる。しかも、本発明装置は、従来の設計、
製造技術を用いて容易に実現可能であシ、1個の閾値補
正回路で1個乃至複数個の被制御MO8)ランジスタの
ノ々ツクff−)バイアスを制御して闇値補正が可能で
あるので、構成が簡易でラシ、ノリーン面積の増加分も
少なくて済むなどの利点もある。
第1図および第2図はそれぞれ従来のNチャネルMOS
−FETおよびPチャネルMO8−FETの構造を示す
断面図、第3図は本発明に係るMOS )、ランソスタ
閾値の自動補正装置の一実施例を示す回路図、第4図お
よび第す図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路図
である。 Nl r N2 + Pl r P 2・・・被制御用
トランジスタ、N81 PR・・・センサ用トランジス
タ、VIN + VIN r VGN + VIP +
vgp l VGP + ■I +V、 ・・・電圧
源、■+ + ■3 + I% ・” CMOSインバ
ータ。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦?l’;1 図 第2図 第3図
−FETおよびPチャネルMO8−FETの構造を示す
断面図、第3図は本発明に係るMOS )、ランソスタ
閾値の自動補正装置の一実施例を示す回路図、第4図お
よび第す図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路図
である。 Nl r N2 + Pl r P 2・・・被制御用
トランジスタ、N81 PR・・・センサ用トランジス
タ、VIN + VIN r VGN + VIP +
vgp l VGP + ■I +V、 ・・・電圧
源、■+ + ■3 + I% ・” CMOSインバ
ータ。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦?l’;1 図 第2図 第3図
Claims (4)
- (1)被制御用MO8)ランジスタと同一半導体チップ
上あるいは別チッグ上に設けられ、ソース・基板相互が
接続された第1のセンサ用MOSトランジスタと、この
第1のセンサ用MO8)ランジスタに所定量の閾値シフ
トが生じたときに導通状態から非導通状態にもしくはそ
の逆に反転させる実効的ダートバイアスを与えるゲート
電圧源およびソース電圧源と、上記第1のセンサ用MO
8)ランジスタのドレインに抵抗もしくはソース・基板
相互が接続された第2のセンサ用MO8) 2ンジスタ
を介して接続される所定の電圧源と、上記第1のセンナ
用MO3)ランジスタのドレイン電位を前記被制御用M
O8)ランジスタの基板に供給する配線とを具備するこ
とを%畝とするMOS )ランジスタ闇値の自動補正装
:置。 - (2)前記第2のセンサ用MO8)ランジスタは、第1
のセンサ用MO8)ランノスタと1異なる導電型であシ
、その導通状態が第1のセンサ用MOSトランジスタと
は逆状態となるように実効的ダートバイアスが与えられ
てなることを特徴とする特許 ランジスタ閾値の自動補正装置。 - (3)前記第1のセンサ用MOS }ランジスタは、被
制御用MO8 }ランジスタと同一導電型であることを
特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載のMOS }
ランジスタ閾値の自動補正装置。 - (4)被制御用MOS }ランジスタはCMOS回路に
おけるPチャネルトランジスタおよびNチャネルトラン
ジスタでめシ、この2種類のトランジスタそれぞれに対
応して前記第1のセンナ用MOS }ランジスタを設け
てなることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記載
のMOS }ランジスタ閾値の自動補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59085654A JPS60229363A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Mosトランジスタ閾値の自動補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59085654A JPS60229363A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Mosトランジスタ閾値の自動補正装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60229363A true JPS60229363A (ja) | 1985-11-14 |
Family
ID=13864809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59085654A Pending JPS60229363A (ja) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Mosトランジスタ閾値の自動補正装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60229363A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675599A3 (en) * | 1994-03-30 | 1997-04-23 | Nec Corp | Integrated semiconductor circuit. |
| US5874851A (en) * | 1995-12-27 | 1999-02-23 | Fujitsu Limited | Semiconductor integrated circuit having controllable threshold level |
-
1984
- 1984-04-27 JP JP59085654A patent/JPS60229363A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675599A3 (en) * | 1994-03-30 | 1997-04-23 | Nec Corp | Integrated semiconductor circuit. |
| US5874851A (en) * | 1995-12-27 | 1999-02-23 | Fujitsu Limited | Semiconductor integrated circuit having controllable threshold level |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3641511B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US6462611B2 (en) | Transmission gate | |
| EP0836194B1 (en) | Semiconductor device | |
| US6741098B2 (en) | High speed semiconductor circuit having low power consumption | |
| JP2939086B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2001230664A (ja) | 半導体集積回路 | |
| US7781808B2 (en) | Semiconductor apparatus and complimentary MIS logic circuit | |
| US7242241B2 (en) | Reference circuit | |
| US5973544A (en) | Intermediate potential generation circuit | |
| KR20020034889A (ko) | 전압 전환 회로 | |
| JP3609003B2 (ja) | Cmos半導体集積回路 | |
| US7218149B2 (en) | Output or bidirectional buffer circuit which tolerates an external input voltage that is higher than an internal power supply voltage | |
| JPS60229363A (ja) | Mosトランジスタ閾値の自動補正装置 | |
| US20050006702A1 (en) | Semiconductor integrated circuit, semiconductor device, and semiconductor device fabrication method | |
| US5463240A (en) | CMIS device with increased gain | |
| US20050151579A1 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
| US6285227B1 (en) | Latch ratio circuit with plural channels | |
| JPH065747B2 (ja) | Mos型半導体装置 | |
| US5930191A (en) | Semiconductor memory device having a plurality of power voltages | |
| US8134404B2 (en) | Semiconductor device that degrades leak current of a transistor | |
| EP0468422B1 (en) | Semiconductor memory | |
| JP2946547B2 (ja) | Mos型半導体集積回路 | |
| KR100696230B1 (ko) | 반도체 집적 회로 | |
| US20010050398A1 (en) | Ratio circuit | |
| JPS6334653B2 (ja) |