[0001] Die Erfindung betrifft eine integrierte MOS-Halbleiterschaltung mit einem - z. B.
als dynamischer Speicher ausgebildeten - digitalen und mit einem Taktgeber versehenen
Schaltungsteil, mit einem als getakteter Substratvorspannungsgenerator ausgebildeten
weiteren Schaltungsteil sowie mit zwei die von einer Gleichspannungsquelle gelieferte
Versorgungsspannung führenden Versorgungsanschlüssen.
[0002] Als einschlägiger Stand der Technik kann hier die französische Patentschrift 2 333
296 (vgl. Fig. 3) genannt werden. Bei der dort beschriebenen Ausgestaltung dient zur
Taktsteuerung der Substratvorspannungsgenerators ein Oszillator, der die Aufgabe hat,
als Taktgeber für die als Speicher ausgebildete Digitalschaltung zu arbeiten. Es wird
also auch bei der bekannten Halbleiterschaltung der Tatsache Rechnung getragen, daß
bei digitalen Halbleiterschaltungen häufig nicht nur zwei Betriebspotentiale sondern
noch ein weiteres Betriebspotential erforderlich ist, das zur Erzeugung einer zwischen
der Rückseite des Halbleiterplättchens und den Schaltungsteilen an der Vorderseite
desselben liegenden Substratvorspannung gebraucht wird.
[0003] Jedoch ist in diesem Zusammenhange festzustellen, daß im Interesse der Vermeidung
einer Zerstörung der integrierten Halbleiterschaltung der Taktgeber erst nach dem
Aufbau der Substratvorspannung V
BB eingeschaltet werden sollte, was bei der bekannten Schaltung offensichtlich nicht
der Fall ist. Ferner ist man bei vielen Digitalschaltungen, z. B. bei dynamischen
Speichern, daran interessiert, daß eine die zwischen den beiden Anschlüssen des Halbleiterkörpers
liegende Spannungsdifferenz übertreffende Hilfsspannung V
z zur Verfügung steht, insbesondere dann, wenn die Schaltung mit aufzuladenden Varaktorkondensatoren
versehen ist. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine integrierte MOS-Halbleiterschaltung
nach der obigen Definition derart auszugestalten, daß den soeben angegeben Gesichtspunkten
Rechnung getragen wird.
[0004] Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, daß zur Taktung des Substratvorspannungsgenerators
ein vom Taktgeber für den digitalen Schaltungsteil verschiedener Oszillator verwendet
ist und dieser Oszillator gleichzeitig zur Steuerung eines als Spannungsvervielfacher
ausgebildeten und eine im Vergleich zu der an den Versorgungsanschlüssen liegenden
Versorgungsspannung überhöhte Betriebsspannung an den digitalen Schaltungsteil liefernden
Schaltungsteils vorgesehen ist, daß dabei der die überhöhte Betriebsspannung an den
digitalen Schaltungsteil liefernde Ausgang des Spannungsvervielfachers über eine Begrenzerschaltung
aus MOS-Transistoren an den das Bezugspotential führenden Versorgungsanschluß gelegt
ist, und daß schließlich in an sich bekannter Weise der die Substratvorspannung liefernde
Ausgang des Substratvorspannungsgenerators unter Vermittlung eines als Komparator
wirkenden Umformers an einen der Aktivierung des für den digitalen Schaltungsteil
vorgesehenen Taktgebers dienenden Eingang desselben gelegt und die hierdurch gegebene
Steuerung der Aktivierung dieses Taktgebers derart ausgebildet ist, daß erst mit Erreichung
der vollen Substratvorspannung eine Aktivierung des Taktgebers und damit des digitalen
Schaltungsteils möglich ist.
[0005] Die erfindungsgemäße Schaltung ist also so ausgebildet, daß aufgrund des Spannungsvervielfachers
ein zusätzliches Betriebspotential V
z entsteht, das vorzugsweise zur Beaufschlagung von MOS-Kondensatoren, also den besagten
Varaktorkondensatoren, dient, die z. B. als Speicherkondensatoren eingesetzt sind.
Das Potential V
z kann aber auch anstelle von V
cc das zum Betrieb des digitalen Schaltungsteils benötigte Versorgungspotential bilden.
Dabei kann vorteilhaft sein, wenn die Substratvorspannung V
BB und/oder die vom Spannungsvervielfacher SV gelieferte Spannung V
z durch einen Regelkreis stabilisiert wird.
[0006] Eine der Erfindung entsprechende Halbleiterschaltung wird nun anhand des in der Zeichnung
dargestellten Blockschaltbilds beschrieben.
[0007] Die beiden Versorgungsanschlüsse des die Schaltung aufnehmenden Halbleiterplättchens
sind mit den Betriebspotentialen V
cc und G
ND beaufschlagt, die dann den einzelnen Schaltungsteilen in der aus der Zeichnung ersichtlichen
Weise zugeführt werden. Als Schaltungsteile sind neben dem digitalen Schaltungsteil
ES noch vorgesehen :
Ein durch die von den beiden Betriebspotentialen Vcc und GND (= Bezugspotential (Masse)) definierten Betriebsspannung beaufschlagter Oszillator
O, der insbesondere als RC-Oszillator ausgebildet ist. Er liefert periodische Rechteckimpulse
gleicher Amplitude, die zur Steuerung des Substratvorspannungserzeugers SE und des
Spannungsvervielfachers SE (z. B. eines Spannungsverdopplers) dient.
[0008] Ein getakteter Substratvorspannungserzeuger SE, bei dem ein Oszillator O als Taktgeber
vorgesehen ist, ist in der DE-OS 28 12 378 beschrieben. Die in Fig. 1 der DE-OS 28
12 378 dadargestellte Schaltung für einen Substratvorspannungserzeuger kann unmittelbar
angewendet werden.
[0009] Der für den digitalen Schaltungsteil ES zuständige Taktgeber TG wird seinerseits
über einen Eingang TE mit Rechteckimpulsen beaufschlagt, die von einer externen Impulsquelle
kommen. Er hat die Aufgabe, die zum Betrieb des digitalen Schaltungsteils ES erforderlichen
Taktsignale aus den über den Eingang TE erhaltenen Primärimpulsen abzuleiten. Sowohl
für den Taktgeber TG als auch für den Substratvorspannungsgenerator SE sind die Versorgungspotentiale
V
cc und G
ND vorgesehen, was übrigens auch für einen zwischen den beiden Schaltungsteilen SE und
TG vorgesehenen Umformer U gilt.
[0010] Dieser Umformer oder Umwandler U wird ebenfalls durch die beiden Betriebspotentiale
V
cc und G
ND versorgt. Er hat die Aufgabe, an den Taktgeber TG ein Aktivierungssignal abzugeben,
sobald die vom Substratvorspannungsgenerator SE gelieferte Substratvorspannung V
BB voll aufgebaut ist. Somit ist es Zweck der vom Umwandler U gelieferten Spannung,
erst dann den Taktgeber TG in Betrieb zu setzen, wenn die Substratvorspannung V
BB ihren Sollwert erreicht hat. Der Umwandler U wirkt somit als Komparator und kann
z. B. durch einen Differenzverstärker gegeben sein. Durch die Anwesenheit des Umwandlers
U wird vermieden, daß der digitale Schaltungsteil ES (z. B. ein Halbleiterspeicher)
vor dem Aufbau der Substratvorspannung in Betrieb gesetzt und durch den dann auftretenden
Kurzschlußstrom beschädigt wird.
[0011] Ein getakteter Spannungsverdoppler SV ist in der DE-OS 2811 418 beschrieben. Das
dort beschriebene Schaltungsprinzip läßt sich auch zur Realisierung von Gleichspannungsvervielfachern
verwenden, die mit einem beliebigen ganzzahligen Verhältnis zwischen ihrer Eingangsspannung
und Ausgangsspannung arbeiten. Der dort vorgesehene Oszillator kann ohne weiteres
durch den zur Versorgung des Substratvorspannungsgenerators SE vorgesehenen Taktoszillator
0 ersetzt werden. Aufgabe des Spannungsvervielfachers SV ist es, wie bereits dargelegt,
eine zum Betrieb des digitalen Schaltungsteils ES benötigte erhöhte Betriebsgleichspannung
zu erzeugen, wie sie z. B. zum Aufladen von Speicherkapazitäten benötigt wird.
[0012] Der Ausgang des Spannungsvervielfachers SV ist über eine Begrenzerschaltung BS an
das Bezugspotential G
ND gelegt. Er ist außerdem unmittelbar an einen weiteren Versorgungseingang des digitalen
Schaltungsteils ES geschaltet und führt das zum Betrieb auserwählter Schaltungsteile
(z. B. zum Aufladen von Speicherkondensatoren) benötigte erhöhte zusätzliche Betriebspotential
V
z.
[0013] Die Substratvorspannung V
BB, die vom Substratvorspannungsgenerator SE zur Verfügung gestellt wird, kommt hingegen
allen im Halbleiterplättchen vorgesehenen Schaltungsteilen zugute. Das Versorgungspotential
V
cc ist, wie bereits festgestellt, den Schaltungsteilen O, SE, U, TG und SV zur Verfügung
gestellt. Es dient außerdem als Hauptbetriebspotential für den digitalen Schaltungsteil
ES. Dasselbe gilt für das Bezugspotential G
ND.
[0014] Die Begrenzerschaltung BS kann z. B. aus zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten
MOS-Feldeffekttransistoren t bestehen, die durch Verbindung ihrer Gates mit ihren
Drains als Widerstände geschaltet sind. Die Source des letzten dieser Transistoren
t liegt am Bezugspotential G
ND. Die Anzahl der in Reihe liegenden Transistoren t richtet sich nach der Anzahl der
in der Spannungsvervielfachungsschaltung SV bezüglich der beiden Betriebspotentiale
V
cc und G
ND hintereinander geschalteten Feldeffekttransistoren. Die Transistoren t können übrigens
auch als in Sperrichtung liegende Dioden geschaltet sein.
1. Integrierte MOS-Halbleiterschaltung mit einem - z. B. als dynamischer Speicher
ausgebildeten - digitalen und mit einem Taktgeber versehenen Schaltungsteil (ES),
mit einem als getakteter Substratvorspannungsgenerator ausgebildeten weiteren Schaltungsteil
(SE) sowie mit zwei die von einer Gleichspannungsquelle gelieferte Versorgungsspannung
führenden Versorgungsanschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Taktung des Substratvorspannungsgenerators
(SE) ein vom Taktgeber (TG) für den digitalen Schaltungsteil (ES) verschiedener Oszillator
(O) verwendet und dieser Oszillator (O) gleichzeitig zur Steuerung eines als Spannungsvervielfacher
ausgebildeten und eine im Vergleich zu der an den Versorgungsanschlüssen (Vcc, GND) liegenden Versorgungsspannung überhöhte Betriebsspannung (Vz) and den digitalen Schaltungsteil (ES) liefernden Schaltungsteils (SV) vorgesehen
ist, daß dabei der die überhöhte Betriebsspannung an den digitalen Schaltungsteil
(ES) liefernde Ausgang des Spannungsvervielfachers (SV) über eine Begrenzerschaltung
(BS) aus MOS-Transistoren (t) an den das Bezugspotential (GND) führenden Versorgungsanschluß gelegt ist, und daß schließlich in an sich bekannter
Weise der die Substratvorspannung (VBB liefernde Ausgang des Substratvorspannungsgenerators (SE) unter Vermittlung eines
als Komparator wirkenden Umformers (U) an einen der Aktivierung des für den digitalen
Schaltungsteil (ES) vorgesehenen Taktgebers (TG) dienenden Eingang desselben gelegt
und die hierdurch gegebene Steuerung der Aktivierung des Taktgebers (TG) derart ausgebildet
ist, daß erst mit dem Erreichen der vollen Substratvorspannung (VBB) eine Aktivierung des Taktgebers (TG) und damit des digitalen Schaltungsteils (ES)
möglich ist.
2. MOS-Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung
(BS) aus in Serie liefenden MOS-Feldeffekttransistoren (t) besteht, die in gleicher
Weise als Widerstände oder als in Sperrichtung liegende Dioden geschaltet sind.
3. MOS-Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
digitale Schaltungsteil (ES) mit Varaktorkondensatoren versehen ist, die durch die
von dem Spannungsvervielfacher (SV) gelieferte überhöhte Spannung (Vz) aufzuladen sind.
1. An integrated MOS semiconductor circuit having a digital circuit component (ES)
such as a dynamic store and provided with a pulse generator, and having a further
circuit component (SE) in the form of a pulsedriven substrate bias generator, and
having two supply terminals which carry the supply voltage supplied by a direct voltage
source, characterised in that the substrate bias generator (SE) is driven by an oscillator
(O) separate from the pulse generator (TG) for the digital circuit component (ES),
and said oscillator (O) is simultaneously provided for the control of a circuit component
(SV) in the form of a voltage multiplier that supplies to the digital circuit component
(ES), an operating voltage (V,), higher than the supply voltage connected to the supply
terminals (Vcc, GND), that the output of the voltage multiplier (SV), which supplies the higher operating
voltage to the digital circuit component (ES) is connected to the supply terminal
which carries reference potential (GNB), by a limiting circuit (BS) made of MOS transistors (t), and that a converter (U)
which functions as a comparator connects the output of the substrate bias generator
(SE) which supplies the substrate bias (VBB), in a manner, which is known per se, to that input of the pulse generator (TG) which
serves for the activation of the pulse generator (TG) provided for the digital circuit
component (ES), and the control of the activation of the pulse generator (TG) given
thereby is such that an activation of the pulse generator (TG) and thus of the digital
circuit component (ES) is only possible when the full substrate bias (VBB) has been reached.
2. An MOS semiconductor circuit as claimed in Claim 1, characterised in that the limiting
circuit (BS) consists of MOS field effect transistors (t) which are arranged in series
and which are switched in the same manner as resistors or as diodes arranged in the
blocking direction.
3. An MOS semiconductor circuit as claimed in Claim 1 or 2, characterised in that
the digital circuit component (ES) is provided with varactor capacitors which are
to be charged by the higher voltage (Vz) supplied by the voltage multiplier (SV).
1. Circuit intégré à semiconducteurs MOS comportant un élément de circuit numérique
(ES) - réalisé par exemple sous la forme d'une mémoire dynamique - et pourvu d'un générateur
de cadence, un autre élément de circuit (SE) réalisé sous la forme d'un générateur,
commandé de façon cadencée, de la tension de polarisation du substrat ainsi que deux
bornes d'alimentation appliquant la tension d'alimentation délivrée par une source
de tension continue, caractérisé par le fait qu'un oscillateur (O) différent du générateur
de cadence (TG) pour l'élément de circuit numérique (ES) est utilisé pour le cadencement
du générateur (SE) de la tension de polarisation du substrat et que cet oscillateur
(O) est prévu simultanément pour assurer la commande d'un élément de circuit (SV)
réalisé sous la forme d'un multiplicateur de tension et délivrant à l'élément de circuit
numérique (ES) une tension de service (Vz) relevée par rapport à la tension d'alimentation appliquée aux bornes d'alimentation
(Vcc, GND), et que la sortie du multiplicateur de tension (SV), qui applique la tension de
service relevée à l'élément de circuit numérique (ES), est reliée, par l'intermédiaire
d'un circuit limiteur (BS) constitué par des transistors MOS (t), à la borne d'alimentation
appliquant le potentiel de référence (GND) et qu'enfin, d'une façon connue en soi, la partie du générateur (SE) de la tension
de polarisation du substrat, qui délivre la tension de polarisation du substrat (VBB), est raccordée moyennant l'interposition d'un transformateur (U) agissant à la manière
d'un comparateur, à une entrée du générateur de cadence (TG), servant à l'activation
de ce générateur de cadence prévu pour l'élément de circuit numérique (ES) et que
la commande ainsi obtenue de l'activation du générateur de cadence (TG) est agencée
de telle sorte qu'une activation du générateur de cadence (TG) et par conséquent de
l'élément de circuit numérique (ES) est possible uniquement lorsque la tension totale
de polarisation de substrat (VBB) est atteinte.
2. Circuit à semiconducteurs MOS suivant la revendication 1, caractérisé par le fait
que le circuit limiteur (ES) est constitué par des transistors à effet de champ MOS
(t) branchés en série et qui sont raccordés de la même manière en tant que résistances
ou en tant que diodes montées en inverse.
3. Circuit à semiconducteurs MOS suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par
le fait que l'élément de circuit numérique (ES) est pourvu de condensateurs varactors
qui doivent être chargés par la tension relevée (Vz) délivrée par le multiplicateur de tension (SV).