DE3814667C2

DE3814667C2 -

Info

Publication number: DE3814667C2
Application number: DE3814667A
Authority: DE
Inventors: Su-In Suwon Kr Cho; Dong-Sun Seoul/Soul Kr Min
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1993-09-16
Also published as: NL8801058A; GB2204456A; NL194688C; KR890005159B1; FR2614724A1; US4920280A; DE3814667A1; GB2204456B; KR880013166A; FR2614724B1; NL194688B; JPH01165090A; GB8810391D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Schaltung ist in Bild 10 auf S. 283 von "Nachrich tentechnik Elektronik", Bd. 28 (1978), H 7, S. 279 bis 283, dar gestellt. Diese hat jedoch den Nachteil, daß die erzeugte Sub stratvorspannung bei Schwankungen der Versorgungsspannung die Funktionsfähigkeit der auf dem Substrat ausgebildeten Halblei terspeicher-Schaltung beeinträchtigen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Schaltung für die Erzeugung einer in Sperrichtung gepolten Vorspannung zu schaf fen, bei der die in Sperrichtung gepolte, d. h. negative Sub stratvorspannung innerhalb eines gewünschten Spannungsbereichs festgehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentan spruchs.

Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 28, No. 12, Mai 1986, Seiten 5233-5234 ist zwar ebenfalls eine Schaltung zur Erzeugung einer Substratvorspannung bekannt, jedoch wird dies dadurch erreicht, daß jede Substratecke jeweils eine Schaltung zur Erzeugung der Substratvorspannung aufweist. Ein Festhalten der Substratvorspannung innerhalb eines gewünschten Arbeitsbe reichs ist nicht angesprochen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 ein Schemaschaltbild einer Schaltung für die Erzeu gung einer in Sperrichtung gepolten Vorspannung; und

Fig. 2A bis 2C Kurvenformen, die an bestimmten Stellen in der Schaltung nach Fig. 1 erhalten werden.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung für die Erzeugung einer in Sper richtung gepolten Vorspannung, mit einem Oszillator 10, der ein Ringoszillator aus bekannten Invertern oder Schmidt-Triggern und Gates zur Erzeugung einer Rechteckschwingung ist. Ein Verstärker 20 dient zur Umwandlung der Rechteckschwingung, die von dem Oszillator 10 ausgegeben wird, auf eine Amplitude zwischen der Versorgungsspannung V_CC und einer Bezugsspannung V_SS. Eine Gleich richterschaltung 30 besitzt einen Kondensator 1 und MOS-Transi storen 2 und 3, um eine in Sperrichtung gepolte Vorspannung zu liefern, wenn die Ausgaben des Verstärkers 20 aufgenommen wer den. Eine Spannungsbegrenzungsschaltung 40 weist MOS-Transisto ren 4a, 4b, . . ., 5a . . ., auf, um die Ausgaben der Gleichrichter schaltung 30 aufzunehmen und um den Überschuß und den Unterschuß bei Schwankungen in der in Sperrichtung gepolten Vorspannung entsprechend den Schwankungen der Versorgungsspannung V_CC auf zunehmen.

Die Frequenz der Rechteckschwingung des Oszillators 10 liegt im allgemeinen bei 3 bis 12 MHz und das Tastverhältnis ist "1". Die Oszillator-Rechteckschwingung liegt auch an der Gleichrichter schaltung 30 und dem MOS-Kondensator 1, der eine große Kapazität besitzt und dessen eine Elektrode an den Ausgang des Verstärkers 20 und dessen andere Elektrode an einen ersten Schaltungspunkt 14 angeschlossen ist. An dem Schaltungspunkt 14 liegen außerdem die Drain- und die Gate-Elektrode des n-MOS-Transistors 2, wäh rend dessen Source-Elektrode an die Bezugsspannung V_SS (bei spielsweise 0 Volt) angeschlossen ist. Ein zweiter Schaltungs punkt 15 liegt an einem Gate des n-MOS-Transistors 3, dessen Drain-Source-Strecke in Reihe mit den Schaltungspunkten 14 und 15 liegt. Die MOS-Transistoren 4a, 4b, . . . sind mit ihren Gate- und Source-Elektroden jeweils verbunden und liegen in Reihe zwischen dem Schaltungspunkt 15 und der Bezugsspannung V_SS, und auch die MOS-Transistoren 5a, . . . sind jeweils mit ihren Drain- und Gate-Elektroden gekoppelt und parallel zu den Transistoren 4a, 4b, . . . geschaltet.

Arbeitsweise

Die vom Oszillator 10 ausgegebene Rechteckschwingung wird auf einen Wert gebracht, der der Versorgungsspannung V_CC und der Bezugsspannung V_SS entspricht. Dies erfolgt in dem Verstärker 20. Der MOS-Kondensator 1 nimmt die Rechteckschwingung über die Leitung 12 auf. Die Eingangsklemme für den MOS-Kondensator 1 ist so gestaltet, daß dessen Source und Drain miteinander verbunden sind, während die Ausgangsklenme des MOS-Kondensators 1 die Gate-Elektrode ist, die an dem Schaltungspunkt 14 liegt. Wird nun die Rechteckschwingung an die Eingangsklemme des Kondensa tors 1 gelegt und betrachtet man ihre ansteigende Flanke, dann lädt die Spannung V_CC den Kondensator 1 und der Transistor 2 ist durchgesteuert. Wenn nun an der Eingabeklemme des Kondensators 1 auf der Leitung 12 die abfallende Flanke der Rechteckschwin gung auftritt, dann wird die Spannung am Schaltungspunkt 14 über die Ausgangsleitung des Kondensators 1 negativ und der Transi stor 2 wird gesperrt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Spannung am Schaltungspunkt 15, die an das Gate des Transistors 3 ange schlossen ist, höher als die negative Spannung am Schaltungs punkt 14 wird, und zwar um eine Schwellwertspannung des Transi stors 3, dann steuert dieser durch. Auf diese Weise wird die negative Ladung vom Schaltungspunkt 14 zum Schaltungspunkt 15 übertragen, nämlich durch den Transistor 3 und man erhält eine in Sperrichtung gepolte Vorspannung V_BB, die negativ wird. Wenn die Spannung am Schaltungspunkt 14 jedoch um die Schwellwert spannung kleiner als die Spannung am Schaltungspunkt 15 wird, dann wird der Transistor 3 gesperrt. Somit wird die Rückwärts spannung am Schaltungspunkt 15 die ursprüngliche, in Sperrich tung gepolte Vorspannung, so daß an das Halbleitersubstrat eine stabile Vorspannung gelegt wird.

Wenn gemäß Fig. 2A die Versorgungsspannung V_CC plötzlich auf einen kleineren Wert V_CC′ abfällt, dann sinkt die Spannung am Schaltungspunkt 14 bei der abfallenden Flanke 41 weiter auf einen negativen Wert ab und der Transistor 3 steuert durch. Dadurch geht die in Sperrichtung gepolte Vorspannung am Schal tungspunkt 15 weiter nach unten auf einen negativen Wert, der wie eine negative Spitze 42 gemäß Fig. 2B aussieht. Wenn sich die Versorgungsspannung auf dem Wert V_CC′ gemäß Fig. 2A stabili siert hat, dann stabilisiert sich auch die in Sperrichtung ge polte Vorspannung auf dem Wert V_BB′ wie dies das Kurvenstück 48 in Fig. 2B zeigt. Diese Vorspannung steigt also zunächst so weit an, wie sie ursprünglich von der Versorgungsspannung abge fallen ist und wird dann wieder stabil. Wenn die Versorgungs spannung dann wieder auf den Wert V_CC ansteigt, dann geht die in Sperrichtung gepolte Vorspannung vorübergehend entsprechend der Spitze 44 von Fig. 2B hoch und fällt dann wieder auf den Wert V_BB ab. Die Spannung am Schaltungspunkt 15 wird also gemäß Fig. 2B durch eine Reihe von Transistoren 4a, 4b, . . . in ihrem Kur venverlauf 45 von Fig. 2C geklemmt, wobei die Transistoren 4a, 4b . . . zwischen dem Schaltungspunkt 15 und der Bezugsspannung V_SS liegen.

Unter der Annahme, daß der Schwellenwert der Transistoren 4a, 4b . . . gleich V_T und die Anzahl der Tansistoren, die in Reihe ge schaltet sind, K ist, dann hat die Klemmspannung den Wert KV_T.

In der Zwischenzeit werden die Transistoren 5a, . . . , die zwi schen den Schaltungspunkt 15 und dem Erdpotential V_SS liegen, verwendet, um die Spannung V_BB daran zu hindern, über einen festgelegten Bereich nach oben anzusteigen, wie dies der Kurven abschnitt 46 in Fig. 2C zeigt. Obgleich also die Versorgungs spannung schwankt, wird die in Sperrichtung gepolte Vorspannung stets in einem festgelegten Bereich gehalten. Da es die Schal tung verhindert, daß ein Rückwärtsdurchbruch aufgrund der nega tiven Spannungsspitze 42 oder ein Vorwärtsdurchbruch aufgrund der positiven Spannungsspitze 44 an der Übergangsfläche eines Halbleiterspeichers erfolgt, kann die Schaltung stabil betrieben werden.

Claims

Schaltung zur Erzeugung einer Substratvorspannung für einen Halbleiterspeicher, mit:
einem Oszillator (10) zur Erzeugung einer Rechteckschwin gung von vorgegebener Frequenz;
einem Verstärker (20), der an den Ausgang des Oszillators (10) angeschlossen ist und das Ausgangssignal des Oszillators (10) auf den Pegel der Versorgungsspannung (V_CC) bringt;
einer dem Verstärker (20) nachgeschalteten Gleichrichter schaltung (30), die einen zwischen dem Verstärker (20) und einem ersten Schaltungspunkt (14) liegenden MOS-Kondensator (1) und einen ersten MOS-Transistor (2) aufweist, der mit seinem Gate an den ersten Schaltungspunkt (14) angeschlossen ist, während sein Leitungspfad zwischen dem ersten Schaltungs punkt (14) und einer Bezugsspannung (V_SS) liegt;
und mit einem zweiten MOS-Transistor (3), dessen Leitungs pfad mit einem Ende an den ersten Schaltungspunkt (14) an schließt, während das andere Ende einen zweiten Schaltungs punkt (15) bildet, mit dem das Gate verbunden ist; dadurch gekennzeichnet,
daß an den zweiten Schaltungspunkt (15) eine an der Bezugsspannung (V_SS) liegende Spannungs begrenzungsschaltung (40) angeschlossen ist, die eine Anzahl von in Reihe liegenden dritten MOS-Transistoren (4a, 4b, . . . ) aufweist, die jeweils mit ihrer Source an die Drain des nach folgenden MOS-Transistors seriell angeschlossen sind und wobei jedes Gate mit der zugehörigen Source verbunden ist;
und die eine weitere Anzahl von in Reihe liegenden vierten MOS-Transistoren (5a, 5b, . . . ) aufweist, die parallel zu den dritten MOS-Transistoren (4a, 4b, . . . ) liegen und bei denen jede Source eines MOS-Transistors an die Drain des nachfol genden MOS-Transistors angeschlossen ist und jedes Gate mit der zugehörigen Drain verbunden ist.