專利名稱:半導(dǎo)體集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路,尤其涉及起動恒流電路的半導(dǎo)體集成電路。
背景技術(shù):
作為具備起動恒流電路的電路的半導(dǎo)體集成電路,例如,專利文獻I公開了下述構(gòu)成,即如圖5所示,具備恒流電路部112,其包括由2個第I導(dǎo)電型的晶體管(P溝道MOS晶體管)Ml’、M2’構(gòu)成的第I電流鏡電路101’ ;和由2個第2導(dǎo)電型的晶體管(N溝道MOS晶體管)M3’、M4’構(gòu)成的第2電流鏡電路102’ ;以及啟動電路114。圖5所示的半導(dǎo)體集成電路構(gòu)成為可以解決下述問題,即在使用了閾值電壓Vt低的晶體管作為構(gòu)成電流鏡電路的晶體管的情況下,當(dāng)電源電壓上升慢時,不能向恒流電路供給啟動電流,從而不能起動恒流電路這一問題。
S卩,對于圖5所示的半導(dǎo)體集成電路而言,在向靜電電容元件Cl’充入電荷前,晶體管M5’為ON狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài)),從而將晶體管M5’的導(dǎo)通電流作為啟動電流供給給恒流電路部112,來使恒流電路部起動。起動后,節(jié)點N4’被充電為電源電壓電平,晶體管M5’成為非導(dǎo)通狀態(tài),恒流電路部在規(guī)定的動作點穩(wěn)定。這里,通過使用閾值電壓Vt高的晶體管作為晶體管M7’,在電源上升慢的情況下,能夠防止高溫時的漏電流所導(dǎo)致的節(jié)點N4’的電位上升,其間,晶體管M5’的柵極-源極間電壓(Vgs)超過Vt,向恒流電路部112供給起動電流。專利文獻I :日本專利特開2009 - 140261號公報但是,對于上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路而言,在電源的上升慢的情況下,通過晶體管M7’的亞閾值區(qū)域(也稱為弱反型區(qū)域)中的電流,即晶體管M7’的柵極電壓在Vt以下也在源極-漏極間流過的電流,對一端子與節(jié)點N4’連接的靜電電容元件(電容器)Cl’進行充電。其結(jié)果,如圖6中雙點劃線所示,節(jié)點N4’相對于電源電壓VDD的上升斜率不同,但通過充電,具有上升的電位。在圖6中,在從A點到B點之間,從VDD減去節(jié)點N4’的電位Vn4后的電位(VDD — VN4)是晶體管M5’的柵極-源極間電壓Vgs。因此,在晶體管M5’的柵極-源極間電壓Vgs (記作Vgs5)與晶體管M7’的柵極-源極間電壓Vgs (記作Vgs7)中產(chǎn)生Vn4的電位差。已知晶體管M7’的弱反型區(qū)域中的漏極電流具有相對于柵極-源極間電壓Vgs的增加以指數(shù)函數(shù)增加的特性。因此,晶體管M7’的Vgs7 (= VDD)與晶體管M5’的Vgs5 (=VDD - VN4)的差,對于恒流電路的起動電流的插入很重要。上述現(xiàn)有的恒流電路的起動電流插入期間是從VDD的上升超過圖6的A點(恒流電路的動作開始點)起,超過晶體管M7’的Vt,通過強反型區(qū)域的漏極電流而N4’被充電為VDD的電位為止的期間,通過該期間的經(jīng)過,完成起動電流的供給。因此,上述現(xiàn)有的恒流電路的晶體管M5’的Vgs5依賴于N4’的電位Vn4,所以也可以考慮到下述情況,即不清楚在從A點到B點之間,晶體管M5’的Vgs5與晶體管M7’的Vgs7相比,是否達到能夠流恒流電路的起動電流的電壓Vgs。S卩,也可以認(rèn)為在現(xiàn)有的恒流電路中,在電源電壓VDD的上升速度慢的情況下,由于對電容器Cl’充入的電荷量的上升,節(jié)點N4’的電位上升,在恒流電路部112起動前,晶體管M5’成為OFF,因此需要提出更穩(wěn)定地動作的起動電路構(gòu)成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的課題而提出,其目的在于提供電源電壓的上升慢的情況下,也能夠穩(wěn)定且可靠地使恒流電路起動的半導(dǎo)體集成電路。為了達成上述目的,方案I所述的發(fā)明是一種半導(dǎo)體集成電路,其具備恒流電路,包括 第I電流鏡電路,其由第I晶體管以及第2晶體管構(gòu)成;和第2電流鏡電路,其由與流入來自所述第I晶體管的電流的第I節(jié)點連接的第3晶體管、以及與流入來自所述第2晶體管的電流的第2節(jié)點連接的第4晶體管構(gòu)成;啟動電路,其包括將所述第I節(jié)點的電位作為控制電壓的第6晶體管;與流入來自所述第6晶體管的電流的第3節(jié)點連接,且使柵極電極為接地電位的第7晶體管;與流入來自所述第7晶體管的電流的第4節(jié)點連接的靜電電容元件;和將所述第4節(jié)點的電位作為控制電壓,經(jīng)由所述第2節(jié)點向所述恒流電路供給起動電流的第5晶體管;以及電源起動電路,其包括將源極電極固定為電源電壓,且使 柵極電極為接地電位,通過漏極電極向所述恒流電路以及所述啟動電路供給電源的第8晶體管。根據(jù)本發(fā)明,可以起到下述效果,即使在電源電壓上升慢時,也能夠避免在恒流電路起動前,啟動電路成為非導(dǎo)通狀態(tài),與現(xiàn)有技術(shù)相比,能夠更可靠地起動恒流電路。
圖I是表示本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體集成電路的構(gòu)成的電路圖。圖2是示意性地表示本實施方式的半導(dǎo)體集成電路的電源上升時的電壓變化的圖。圖3是表示本實施方式的電源起動電路的變形例的圖。圖4是表示本實施方式的電源起動電路的其他的變形例的圖。圖5是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路的構(gòu)成的電路圖。圖6是示意性地表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體集成電路的電源上升時的電壓變化的圖。其中,附圖標(biāo)記的說明如下10…半導(dǎo)體集成電路;11···電源起動電路部;12…恒流電路部;14···啟動電路;101…第I電流鏡電路;102…第2電流鏡電路;105…鎖存電路部;M1 M8、M31、M32、MP1...MOS晶體管;ND1…耗盡型晶體管。
具體實施例方式以下,參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式詳細(xì)地進行說明。圖I是表示本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體集成電路的構(gòu)成的電路圖。如圖I所示,本實施方式的半導(dǎo)體集成電路10具備電源起動電路部11、恒流電路部12以及啟動電路14。通過未圖示的電源向半導(dǎo)體集成電路10供給例如IV的電源電壓VDD (以后,也稱為第I電壓)和比該第I電壓低的接地電壓GND (以后適當(dāng)?shù)匾卜Q為第2電壓或者源極電位VSS)。電源起動電路部11中,P溝道MOS晶體管MPl的源極電極S與未圖示的電源連接而作為電源電壓VDD,該晶體管MPl的漏極電極D與耗盡型晶體管NDl的漏極電極D連接,進而,耗盡型晶體管NDl的源極電極S經(jīng)由電阻Rl接地(B卩,作為源極電位VSS)。而且,晶體管MPl的柵極電極G以及晶體管NDl的柵極電極G均接地而作為接地電壓GND。恒流電路部12構(gòu)成為包含 第I電流鏡電路101、第2電流鏡電路102和電阻部R2。第I電流鏡電路101由2個第I導(dǎo)電型的晶體管(例如,P溝道MOS晶體管)Ml、M2構(gòu)成。P溝道MOS晶體管M1、M2包括柵極電極G (也稱為控制電極)、源極電極S (也稱為第I電極)和漏極電極D (也稱為第2電極)。晶體管Ml與晶體管M2的柵極電極G相互連接,晶體管Ml的柵極電極G與漏極電極D連接(短路)。晶體管Ml的漏極電極D與第I節(jié)點N·I連接,晶體管M2的漏極電極D與第2節(jié)點N2連接。若向相互連接的晶體管Ml與晶體管M2的柵極電極G供給第I電壓電平的電壓,則第I電流鏡電路101成為非導(dǎo)通狀態(tài),若供給第2電壓電平的電壓,則第I電流鏡電路101成為導(dǎo)通狀態(tài)。第2電流鏡電路102由2個第2導(dǎo)電型的晶體管(例如,N溝道MOS晶體管)M3、M4構(gòu)成。N溝道MOS晶體管M3、M4包括柵極電極G (也稱為控制電極)、源極電極S (也稱為第I電極)和漏極電極D(也稱為第2電極)。晶體管M3與晶體管M4的柵極電極G彼此相互連接。晶體管M3的源極電極S與電阻部R2的一端子連接,漏極電極D與第I節(jié)點NI連接。而且,晶體管M4的柵極電極G與漏極電極D連接(短路)。向電阻部R2的另一端子供給第2電壓即接地電壓GND。流過第I節(jié)點NI與第2節(jié)點N2的電流,由第2電流鏡電路102的電流增益來限定,并由電阻部R2來決定。其中,若向柵極電極G相互連接的晶體管M3與晶體管M4的柵極電極G供給第I電壓電平的電壓,則第2電流鏡電路102成為導(dǎo)通狀態(tài),若供給第2電壓電平的電壓,則第2電流鏡電路102成為非導(dǎo)通狀態(tài)。啟動電路部14包括P溝道MOS晶體管M5、P溝道MOS晶體管M6、使柵極電極G為接地電壓GND的P溝道MOS晶體管M7、靜電電容元件(例如電容器)Cl和鎖存電路部105。這里,晶體管M7的漏極電極D和靜電電容元件Cl的一端子與節(jié)點N4連接,向靜電電容元件Cl的另一端子供給接地電壓GND (第2電壓)。其中,晶體管MPl的Vt被設(shè)定成與晶體管M7相同或者絕對值比晶體管M7大。在本實施方式的半導(dǎo)體集成電路10中,晶體管MPl的漏極電極D與晶體管NDl的漏極電極D的連接點和構(gòu)成第I電流鏡電路101的晶體管Ml與晶體管M2各個的源極電極S連接,并且,啟動電路部14的晶體管M5以及晶體管M6各個的源極電極S連接。這里,將電源起動電路部11、恒流電路部12和啟動電路部14的相互連接點作為第5節(jié)點N5,經(jīng)由該節(jié)點N5向恒流電路部12以及啟動電路部14供給電源電壓。晶體管M5的漏極電極D與節(jié)點N2連接。而且,晶體管M6的柵極電極G與構(gòu)成第I電流鏡電路101的晶體管Ml和晶體管M2的柵極電極G(也是節(jié)點NI)連接,晶體管Ml與晶體管M6構(gòu)成電流鏡電路。晶體管M6的源極電極S與上述的節(jié)點N5連接,漏極電極D與節(jié)點N3連接。而且,如上所述,晶體管M7的源極電極S與節(jié)點N3連接,漏極電極D與節(jié)點N4連接,向柵極電極G供給接地電壓GND。對于晶體管M5、M6而言,作為他們的控制電壓,若向其柵極電極G供給第I電壓電平的電壓,則成為非導(dǎo)通狀態(tài),若供給第2電壓電平的電壓,則成為導(dǎo)通狀態(tài)。
接下來,對本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體集成電路的動作進行說明。在半導(dǎo)體集成電路10的電源啟動時,在該電源啟動速度慢的情況下,對于電源起動電路部11的P溝道MOS晶體管MPl而言,若電源電壓VDD上升,電源電壓VDD與接地電壓GND間的電壓超過MPl的Vt,則在MPl的源極電極S與漏極電極D間流電流。其中,在MPl的源極電極S與漏極電極D間流電流之前的期間,通過經(jīng)由耗盡型晶體管NDl接地的電阻R1,節(jié)點N5被下拉至接地電壓GND的電壓電平。圖2是示意性地表示本實施方式的半導(dǎo)體集成電路的電源啟動時的電壓變化的圖。在圖2中,在電源啟動時,電源電壓VDD開始上升,在電源電壓VDD達到晶體管MPl的Vt之前,如圖2的線段a-b所示,節(jié)點N5的電位電平(Vn5)幾乎為接地電壓GND的電壓電平(VSS)。這是因為若VDD的上升慢,則晶體管MPl的亞閾值區(qū)域中的電流(當(dāng)晶體管MPl的柵極電壓在Vt以下時,在源極-漏極間流的漏電流)通過電阻Rl向接地GND側(cè)(VSS側(cè))逃逸,從而節(jié)點N5維持VSS的電平。若電源電壓VDD超過晶體管MPI的Vt,則MPI成為0N,在MPI的源極電極S與漏 極電極D間流電流。其結(jié)果,如圖2的線段b-c所示,節(jié)點N5的電位電平(Vn5)由于晶體管MPl開始急劇上升,直至增加到VDD電平。之后,節(jié)點N5的電位電平(Vn5)追隨電源電壓VDD而上升。在半導(dǎo)體集成電路10的恒流電路部12以及啟動電路部14中,將節(jié)點N5作為電源節(jié)點,因此這些恒流電路部12以及啟動電路部14受到節(jié)點N5的電壓電平的上升的影響而執(zhí)行起動動作。另外,如上所述,晶體管MPl的Vt被設(shè)定為與晶體管M7相同或者絕對值比晶體管M7大,所以若基于晶體管MPl的電位開始急劇上升,則晶體管M7也急速地開始恒流電路部12的起動動作。若啟動電源,則節(jié)點NI為節(jié)點N5的電位電平,即幾乎為電源電壓VDD (第I電壓電平),向晶體管M6的柵極電極G供給與節(jié)點NI同電位的電壓,所以晶體管M6處于非導(dǎo)通狀態(tài)。而且,節(jié)點N2以及節(jié)點N4幾乎為接地電壓GND (第2電壓電平)的電壓電平。其結(jié)果,向晶體管M5的柵極電極G供給節(jié)點N4的電壓電平,即幾乎為接地電壓GND的電壓電平作為控制電壓。因此,晶體管M5成為導(dǎo)通狀態(tài),經(jīng)由晶體管M5,電流流過節(jié)點N2。由此,節(jié)點N2的電壓電平上升,第2電流鏡電路102的晶體管M3以及晶體管M4成為導(dǎo)通狀態(tài)。晶體管M3、M4成為導(dǎo)通狀態(tài),從而電流流過節(jié)點NI,節(jié)點NI的電壓電平降低。而且,若節(jié)點NI的電壓電平降低,第I電流鏡電路101的晶體管Ml以及晶體管M2各自的柵極-源極間電壓(Vgs)超過閾值電壓Vt,則晶體管Ml以及晶體管M2成為導(dǎo)通狀態(tài)。因此,電流經(jīng)由晶體管Ml流過節(jié)點NI,電流經(jīng)由晶體管M2流過節(jié)點N2。此時,晶體管M6處于非導(dǎo)通狀態(tài),但通過晶體管M6的亞閾值區(qū)域中的電流與從晶體管M7流出的亞閾值電流,靜電電容元件Cl被充電。其結(jié)果,節(jié)點N4的電位電平緩緩上升。另一方面,由于節(jié)點NI的電壓電平的下降,向啟動電路部14的晶體管M6的柵極電極G施加的電壓電平也下降。而且,若節(jié)點NI的電壓電平下降,晶體管M6的柵極-源極間電壓(Vgs)超過閾值電壓Vt,則晶體管M6成為導(dǎo)通狀態(tài)。其結(jié)果,電流經(jīng)由晶體管M6和初始狀態(tài)下為導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管M7流過節(jié)點N4,由于該電流,在靜電電容元件Cl中積累的電荷緩緩地增加。若完成向靜電電容元件Cl的充電,則節(jié)點N4的電位電平幾乎成為電源電壓VDD,因此啟動電路部14的晶體管M5成為非導(dǎo)通狀態(tài),完成對恒流電路部12的起動電流的供給。即使晶體管M5成為非導(dǎo)通狀態(tài),在節(jié)點NI以及節(jié)點N2已流電流,因此,之后恒流電路部12穩(wěn)定地動作。其中,構(gòu)成本實施方式的半導(dǎo)體集成電路10的晶體管的閾值電壓Vt例如被設(shè)定為晶體管M7、MP1具有比晶體管M1、M2、M5、M6大的Vt,并且,晶體管M7、MP1具有絕對值比晶體管M3、M4大的Vt。另外,將晶體管M1、M2、M3以及M4各個的相互跨導(dǎo)gm分別為gml、gm2、gm3以及gm4時,流過節(jié)點NI的電流Il和流過節(jié)點N2的電流12如下。Il = k*T/q* {In (gml * gm2/gm3 * gm4)}12 = gm2/gml * Il這里,k表示波爾茲曼常數(shù),T表示絕對溫度,q表示電子的電荷量,*表示乘法符
號?!ぴ诒緦嵤┓绞降陌雽?dǎo)體集成電路10中,耗盡型晶體管NDl的源極電極S經(jīng)由電阻Rl被接地(電位VSS),耗盡型晶體管NDl的柵極電極G被固定為電位VSS。因此,當(dāng)恒流電路部12進行通常的動作時,耗盡型晶體管NDl流過恒定的源極一漏極電流,該電流流過電阻R1,因此電源起動電路部11中的消耗電流不依賴于電源電壓VDD,而為恒定。如以上所述,本實施方式的半導(dǎo)體集成電路構(gòu)成為使P溝道MOS晶體管的源極電極S與電源電壓VDD連接,并且使柵極電極G為接地電位,使漏極電極D與恒流電路以及啟動電路的電源供給端連接。由此,在電源啟動時,若電源電壓VDD超過P溝道MOS晶體管的Vt,則該晶體管成為0N,在源極電極S與漏極電極D間流過電流,漏極電極D、恒流電路和啟動電路的相互連接點的節(jié)點電位電平開始急劇上升,直至增加至VDD電平。其結(jié)果,對于啟動電路部內(nèi)的靜電電容,能夠消除亞閾值電流所導(dǎo)致的未起動狀態(tài),能夠避免起動晶體管在恒流電路部起動前成為OFF。另外,設(shè)置電源起動電路部,在該電源起動電路部中,使P溝道MOS晶體管的源極電極S與電源(電壓VDD)連接,使漏極電極D與耗盡型晶體管的漏極電極D連接,并且,借助電阻Rl使耗盡型晶體管的源極電極S為電位VSS,并且使P溝道MOS晶體管與耗盡型晶體管雙方的柵極電極G為電位VSS,構(gòu)成為使P溝道MOS晶體管的漏極電極D與耗盡型晶體管NDl的漏極電極D的相互連接點作為恒流電路部以及啟動電路部的電源節(jié)點,向恒流電路部以及啟動電路部供給動作電源。通過這樣的構(gòu)成,當(dāng)電源啟動慢時,P溝道MOS晶體管的亞閾值區(qū)域中的電流通過電阻Rl向VSS側(cè)逃逸,作為上述相互連接點的節(jié)點維持VSS的電平,若電源電壓VDD超過P溝道MOS晶體管的Vt,則該晶體管成為0N,在源極電極S與漏極電極D間流電流,上述相互連接點的節(jié)點電位電平開始急劇上升,直至增加至VDD電平。其結(jié)果,對于啟動電路部內(nèi)的靜電電容,能夠消除亞閾值電流所導(dǎo)致的未起動狀態(tài),即,能夠抑制靜電電容中積累不需要的電荷,能夠避免起動晶體管在恒流電路部起動前成為OFF。另外,構(gòu)成為在電源起動電路部中配置耗盡型晶體管ND1,從而,在恒流電路部通常動作時,耗盡型晶體管流過恒定的源極一漏極電流,該電流流過電阻R1,因此電源起動電路部中的消耗電流不依賴于電源電壓VDD,而為恒定。因此,能夠減小向電阻Rl的施加電壓,消耗電流值由相對于耗盡型晶體管的Vt的電阻值決定,因此在將電流設(shè)定得小的情況下,也能夠減小電阻值,能夠減小在半導(dǎo)體集成電路中電阻Rl的面積。
此外,上述實施方式的半導(dǎo)體集成電路在啟動電路部中配置了 P溝道MOS晶體管M7,從而受到節(jié)點N5的啟動的影響,而晶體管M7動作。因此,即使電源電壓VDD起動快,也能夠確保起動時間,能夠減小靜電電容元件Cl的電容。此外,在采用從啟動電路部中去除晶體管M7的構(gòu)成的情況下,當(dāng)電源的啟動快時,有可能節(jié)點N4與N5同時啟動而不能取得起動時間,為了避免這種情況,需要增大靜電電容元件Cl的電容,但能夠減少半導(dǎo)體集成電路10的元件數(shù)量。上述實施方式的半導(dǎo)體集成電路以在電源起動電路部中配置P溝道MOS晶體管,連接P溝道MOS晶體管與耗盡型晶體管的漏極電極D為例進行了說明,但不限于此。例如,如圖3所示,也可以構(gòu)成為配置二極管元件D來代替P溝道MOS晶體管。另外,在上述實施方式的半導(dǎo)體集成電路中,構(gòu)成為使耗盡型晶體管與P溝道MOS晶體管的漏極電極D連接,但如圖4所示,也可以配置二極管連接的增強型N晶體管NEl來 代替耗盡型晶體管。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路,其特征在于,具備 恒流電路,其包括第I電流鏡電路,其由第I晶體管以及第2晶體管構(gòu)成;和第2電流鏡電路,其由與流入來自所述第I晶體管的電流的第I節(jié)點連接的第3晶體管、以及與流入來自所述第2晶體管的電流的第2節(jié)點連接的第4晶體管構(gòu)成; 啟動電路,其包括將所述第I節(jié)點的電位作為控制電壓的第6晶體管;與流入來自所述第6晶體管的電流的第3節(jié)點連接,且使柵極電極為接地電位的第7晶體管;與流入來自所述第7晶體管的電流的第4節(jié)點連接的靜電電容元件;和將所述第4節(jié)點的電位作為控制電壓,經(jīng)由所述第2節(jié)點向所述恒流電路供給起動電流的第5晶體管;以及 電源起動電路,其包括將源極電極固定為電源電壓,且使柵極電極為接地電位,通過漏極電極向所述恒流電路以及所述啟動電路供給電源的第8晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體集成電路,其特征在于, 還具備電壓下拉單元,該電壓下拉單元在所述第8晶體管為非導(dǎo)通時,將該第8晶體管的漏極電極下拉為接地電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體集成電路,其特征在于, 所述電壓下拉單元是一端與所述第8晶體管的漏極電極連接,另一端為接地電位的電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體集成電路,其特征在于, 所述電壓下拉單元由漏極電極與所述第8晶體管的漏極電極連接、柵極電極為接地電位、源極電極與電阻的一端連接的第9晶體管和另一端為接地電位的所述電阻構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體集成電路,其特征在于, 所述第9晶體管是耗盡型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使電源的啟動慢也穩(wěn)定地動作的半導(dǎo)體集成電路。使P溝道MOS晶體管(MP1)的源極電極(S)與電源連接,使其漏極電極(D)與耗盡型晶體管(ND1)的漏極電極(D)連接。并且,設(shè)置借助電阻(R1)使耗盡型晶體管(ND1)的源極電極(S)為電位VSS,并且使P溝道MOS晶體管與耗盡型晶體管雙方的柵極電極(G)為電位VSS的電源起動電路部(11)。而且,構(gòu)成為使P溝道MOS晶體管(MP1)的漏極電極(D)與耗盡型晶體管(ND1)的漏極電極(D)的相互連接點作為恒流電路部(12)以及啟動電路部(14)的電源節(jié)點,向恒流電路部(12)以及啟動電路部(14)供給動作電源。
文檔編號G05F3/26GK102915070SQ20121024606
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者長友茂 申請人:拉碧斯半導(dǎo)體株式會社