專利名稱：具有浮動?xùn)艠O的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的參考電壓發(fā)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝在半導(dǎo)體集成裝置上的參考電壓發(fā)生電路，用于產(chǎn)生只呈現(xiàn)由外部變化所引起的微小波動的參考電壓。
在半導(dǎo)體集成裝置中，在半導(dǎo)體集成裝置中的電路操作是會受外部電源電壓或外部溫度的波動的影響的。特別是在模擬電路中，外部波動會使電路操作不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致失靈。因此需要一種受外部變化所引起的波動小的參考電壓。在日本專利公開296491/89中公開了一種用于產(chǎn)生較不受外界波動影響的參考電壓的參考電壓發(fā)生電路。
圖1示出此種已有技術(shù)參考電壓發(fā)生電路的電路圖。
此參考電壓發(fā)生電路包括P溝道MOS晶體管11-13、n溝道MOS晶體管21-24,45,46和電阻1。
P溝道MOS晶體管11其源極接電源VCC，其柵極接參考電壓發(fā)生電路啟動信號BVREF。在此情況下，當(dāng)啟動參考電壓發(fā)生電路時，參考電壓發(fā)生電路啟動信號BVREF為低電平(以下簡稱為“L”)，當(dāng)使參考電壓發(fā)生電路停止工作時則為高電平(以下簡稱為“H”)。電阻1連接在P溝道MOS晶體管11的漏極和n溝道MOS晶體管23的漏極之間。N溝道MOS晶體管23的柵極和源極連在一起，且其源極接地。N溝道MOS晶體管21其柵極接n溝道MOS晶體管23的柵極，從而與n溝道MOS晶體管23一起構(gòu)成一個電流鏡電路。
P溝道MOS晶體管12的柵極和漏極連在一起，其源極接VCC而漏極接n溝道MOS晶體管21的漏極。P溝道MOS晶體管13的源極接VCC，其柵極接P溝道MOS晶體管12的柵極，從而與P溝道MOS晶體管12一起構(gòu)成一電流鏡電路。N溝道MOS晶體管45的漏極接P溝道MOS晶體管13的漏極，其柵極和漏極連在一起。N溝道MOS晶體管46的漏極接P溝道MOS晶體管13的漏極，其柵極和漏極連在一起，其源極接地。n溝道MOS晶體管45和46的閾值電壓設(shè)為不同值，分別標(biāo)為VT45和VT46。N溝道MOS晶體管22其漏極接n溝道MOS晶體管45的源極，其源極接地，其柵極接n溝道MOS晶體管23的柵極。N溝道MOS晶體管22的柵極寬度設(shè)為n溝道MOS晶體管21和23的一半，因此，當(dāng)柵壓相同時，n溝道MOS晶體管21和23的電流的一半將流過漏極和源極。
在已有技術(shù)的參考電壓發(fā)生電路中，n溝道MOS晶體管45的源電壓被當(dāng)作參考電壓VREF。
N溝道MOS晶體管24其柵極加有參考電壓發(fā)生電路啟動信號BVREF，其源極接地，而其漏極接n溝道MOS晶體管23的柵極。
當(dāng)參考電壓發(fā)生電路啟動信號BVREF變?yōu)镠使參考電壓發(fā)生電路的工作停止時，N溝道MOS晶體管24使n溝道MOS晶體管21、22、33的柵壓變?yōu)長。
下面將描述已有技術(shù)參考電壓發(fā)生電路的工作。
為了使參考電壓發(fā)生電路工作，參考電壓發(fā)生電路啟動信號BVREF首先為L，以使P溝道MOS晶體管11導(dǎo)通，n溝道MOS晶體管24關(guān)斷。
由電阻1和n溝道MOS晶體管23確定的電流I流過n溝道MOS晶體管23的漏極和源極以產(chǎn)生低于電源電壓VCC的電壓V1。電壓V1被加到n溝道MOS晶體管21的柵極，使電流2I流過n溝道MOS晶體管21的源極和漏極。在n溝道MOS晶體管22中，電壓V1也加到其柵極以使電流I流過源極和漏極。電流I還流過n溝道MOS晶體管45的漏極。由于規(guī)則使電流鏡電路僅使同水平的電流流到P溝道MOS晶體管12和P溝道MOS晶體管13，電流2I將僅流過P溝道MOS晶體管13的源極和漏極。
n溝道MOS晶體管45的漏極和n溝道MOS晶體管46的漏極都連到n溝道MOS晶體管13的漏極，它作為一個恒流源。因此，同水平的電流I(2I-I=I)則流過n溝道MOS晶體管45再流到n溝道MOS晶體管46。
假定n溝道MOS晶體管45和46都工作在晶體管飽和區(qū)，流過源極和漏極的電流相等，則有以下方程β45/2×(V2-VREF-｜VT45｜)=β46/2×(V2-｜VT46｜)其中，β45和β46分別為MOS晶體管45和46的導(dǎo)通系數(shù)，而V2為P溝道MOS晶體管13的漏極電壓。
如果β45和β46基本相等，則n溝道MOS晶體管45和46的閾值的差電壓｜VT46｜-｜VT45｜則作為參考電壓VREF，它是從n溝道MOS晶體管45的源極輸出的。VREF值僅相決于n溝道MOS晶體管45和46之間的閾值電壓差。結(jié)果，在制造半導(dǎo)體器件時，盡管由外界溫度或變化會引起MOS晶體管的閾值中的波動，但參考電壓VREF的值則幾乎不變。
已有技術(shù)的參考電壓發(fā)生電路的問題在于，由于n溝道MOS晶體管45是固定的，因此只能產(chǎn)生一個特定的固定參考電壓VREF。此外，上面已有技術(shù)的參考電壓發(fā)生電路的問題還在于電路元件特性的改變將導(dǎo)致所獲的參考電壓的改變，因而不能獲得理想的參考電壓。
本發(fā)明的目的在于提供一種參考電壓發(fā)生電路，借此能獲得任何值的參考電壓。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的參考電壓發(fā)生電路包括其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，以及其柵極和漏極連在一起且具有不同于第一MOS晶體管的閾值的第二MOS晶體管。
借助于電流鏡電路，可使基本相同水平的電流可在第一和第二MOS晶體管中流動，且第一MOS晶體管的源電壓作為參考電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，至少第一和第二MOS晶體管的一個MOS晶體管的結(jié)構(gòu)包括浮動?xùn)艠O。兩個MOS晶體管的閾值電壓因此可設(shè)成任意值，從而可將參考電壓設(shè)為任意值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明的參考電壓發(fā)生電路還包括用于控制對具有浮動?xùn)艠O的MOS晶體管的浮動?xùn)艠O注入電荷的裝置，以改變閾值電壓。本實施例可允許在制成之后隨意地重新設(shè)定參考電壓的電壓值。
圖1為已有技術(shù)參考電壓發(fā)生電路的電路圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的參考電壓發(fā)生電路的電路圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的參考電壓發(fā)生電路的電路圖；第一實施例見圖2，根據(jù)本實施例的參考電壓發(fā)生電路包括n溝道MOS晶體管5和6，其浮動?xùn)艠O分別代替圖1所示已有技術(shù)的參考電壓發(fā)生電路中的n溝道MOS晶體管45和46。
浮柵n溝道MOS晶體管5和6的閾值分別用VT5和VT6表示，并設(shè)為不同值。
除了浮柵n溝道MOS晶體管5和6的閾值電壓的差電壓｜VT46｜-｜VT45｜被用作參考電壓VREF外，其余的工作與圖1所示的已有技術(shù)實例中的工作相同。
由于晶體管5和6的閾值是根據(jù)對其浮柵的電荷注入量而變的，閾值電壓的電壓值VT6和VT5可自由設(shè)定，且作為這些電壓值的差電壓的參考電壓VREF的值也被設(shè)定為任意值。第二實施例下面參考圖3描述本發(fā)明的第二實施例。
本實施例的參考電壓發(fā)生電路包括n溝道MOS晶體管36-38和電壓發(fā)生電路31-35，用于設(shè)定對圖2所示第一實施例的參考電壓發(fā)生電路的浮柵n溝道MOS晶體管5和6的浮柵的電荷注入量，此外，還包括一個閾值設(shè)定控制電路26。N溝道MOS晶體管38連在P溝道MOS晶體管13的漏極與浮柵n溝道MOS晶體管5的漏極之間，其柵極上加有閾值設(shè)定信號VTSET。
當(dāng)設(shè)定浮柵n溝道MOS晶體管5和6的閾值電壓時，閾值設(shè)定信號VTSET變?yōu)長，當(dāng)產(chǎn)生參考電壓VREF時則變?yōu)閂PP電平。在此情況下，VPP電平為一個電壓電平，足以使n溝道MOS晶體管36、37和38導(dǎo)通。
N溝道MOS晶體管36連在浮柵n淘道MOS晶體管5的柵極和漏極之間，n溝道MOS晶體管37連在浮柵n溝道MOS晶體管6的柵極和漏極之間，而閾值設(shè)定信號VTSET則加到n溝道MOS晶體管36和37的各個的柵極上。
當(dāng)設(shè)定閾值電壓時，n溝道MOS晶體管36、37和38隨著閾值設(shè)定信號VTSET變?yōu)長而斷開，從而使晶體管5和6的柵極和漏極斷開，且晶體管13和5也斷開。
在產(chǎn)生參考電壓VREF的正常過程中，閾值設(shè)定信號VTSET變到VPP電平以使n溝道MOS晶體管36、37和38關(guān)斷。這樣，其工作則與圖2的參考電壓發(fā)生電路的工作相同。
閾值設(shè)定控制電路26包括寫電路27、擦除電路28、和讀電路29。這三個電路都起控制作用，這樣，電壓發(fā)生電路31-35分別在寫、擦和讀期間輸出規(guī)定電壓。
電壓發(fā)生電路31將電壓加到n溝道MOS晶體管5和6的漏極，電壓發(fā)生電路32將電壓加到n溝道MOS晶體管5的柵極，電壓發(fā)生電路33將電壓加到n溝道MOS晶體管6的柵極，電壓發(fā)生電路34將電壓加到n溝道MOS晶體管6的源極，電壓發(fā)生電路35將電壓加到n溝道MOS晶體管5的源極。電壓發(fā)生電路34在正常工作期間產(chǎn)生地GND電位，其中閾值沿定信號VTSET為VPP電平，并且將GND電位加到浮柵n溝道MOS晶體管6的源極，從而不要將浮柵n溝道MOS晶體管的源極接地。
下表1示出由寫電路27、擦除電路28和讀電路29控制的電壓發(fā)生電路31-35在各種模式下產(chǎn)生的電壓的實例。
表1
下面參考圖3描述本實施例的工作。
閾值設(shè)定信號VTSET首先從VPP電平切換到L電平，使參考電壓發(fā)生電路處于閾值電壓設(shè)定狀態(tài)。隨后由閾值設(shè)定控制電路26實施控制。為了提高浮柵n溝道MOS晶體管5和6的閾值電壓，為了寫而選擇電壓柵極加12伏，漏極加6狀且源極加地電位。與之類似為了擦除，使晶體管5和6的柵、漏和源極所加的電壓都低于閾值電壓。浮柵n溝道MOS晶體管5和6的閾值電壓就可以這樣來改變。
當(dāng)讀出閾值時，就將讀出的電壓加到晶體管5和6的柵、漏和源極上。雖然圖中未示出，也可以通過傳感放大器來加以讀出。
此處的12伏和6伏的電壓值只是例子，用其它的電壓也可實現(xiàn)上述操作。此外，晶體管5和6的閾值電壓不用同時變，可以通過僅改變一個電壓就產(chǎn)生所要的參考電壓VREF。
最后，閾值設(shè)定信號VTSET從L切換到VPP電平以將參考電壓發(fā)生電路置于正常操作狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的參考電壓發(fā)生電路與上面描述的第一實施例的參考電壓發(fā)生電路具有相同的技術(shù)價值，此外，由于晶體管5和6的閾值電壓可變，從而可以再設(shè)定參考電壓VREF的電壓值。
雖然上面參考附圖描述了第一和第二實施例，但本發(fā)明并不局限于上述描述，它還可用于下面的例子中。
在具有不同的閾值電壓的兩個MOS晶體管的不同閾值電壓用作參考電壓的參考電壓發(fā)生電路中，電路結(jié)構(gòu)可為任何形式，只要兩個MOS晶體管的至少一個晶體管為具有浮動?xùn)艠O的晶體管就可以。本發(fā)明甚至在電源電壓與地交換而第一和第二實施例的電路結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電性反相的情況下仍可實現(xiàn)。在第二實施例中描述的閾值設(shè)定方法可以采用諸如用紫外光照射的方式。
權(quán)利要求
1．一種參考電壓發(fā)生電路，其特征在于包括具有浮動?xùn)艠O且其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，用于產(chǎn)生作為參考電壓的源電壓；其柵極與漏極連在一起且具有不同于所述第一MOS晶體管的閾值電壓的第二MOS晶體管；以及電流鏡電路，能使基本在同樣水平的電流在所述第一和第二MOS晶體管中流動。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于還包括用于控制注入到所述第一MOS晶體管的浮動?xùn)艠O上的電荷量以改變閾值電壓的設(shè)定的裝置。
3．如權(quán)利要求2的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于用于控制電荷量的所述裝置包括多個電壓發(fā)生裝置，用于分別在將電荷注入到所述浮動?xùn)艠O時、當(dāng)從所述浮動?xùn)艠O消除電荷時和檢驗閾值電壓時，將規(guī)定電壓加到所述第一MOS晶體管的柵極、漏極和源極上；閾值電壓設(shè)定控制裝置，用于指令每個所述電壓發(fā)生裝置將電荷注入所述浮動?xùn)艠O、從所述浮動?xùn)艠O上消除電荷和檢驗閾值電壓；第一開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管與所述電流鏡電路之間的連接狀態(tài)；以及第二開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)。
4．一種參考電壓發(fā)生電路，其特征在于包括其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，用于產(chǎn)生作為參考電壓的源電壓；具有浮動?xùn)艠O且其柵極與漏極連在一起并具有不同于所述第一MOS晶體管的閾值電壓的第二MOS晶體管；以及電流鏡電路，能使基本同樣水平的電流在所述第一和第二MOS晶體管中流動。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于還包括用于控制注入到所述第二MOS晶體管的浮動?xùn)艠O上的電荷量以改變閾值電壓的設(shè)定的裝置。
6．如權(quán)利要求5的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于用于控制電荷量的所述裝置包括多個電壓發(fā)生裝置，用于分別在將電荷注入到所述浮動?xùn)艠O時、當(dāng)從所述浮動?xùn)艠O消除電荷時和檢驗閾值電壓時，將規(guī)定電壓加到所述第二MOS晶體管的柵極、漏極和源極上；閾值電壓設(shè)定控制裝置，用于指令每個所述電壓發(fā)生裝置將電荷注入所述浮動?xùn)艠O、從所述浮動?xùn)艠O上消除電荷和檢驗閾值電壓；第一開關(guān)，用于切換所述第二MOS晶體管與所述電流鏡電路之間的連接狀態(tài)；以及第二開關(guān)，用于切換所述第二MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)。
7．一種參考電壓發(fā)生電路，其特征在于包括其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，用于產(chǎn)生作為參考電壓的源電壓；具有浮動?xùn)艠O且其柵極與漏極連在一起并具有不同于所述第一MOS晶體管的閾值電壓的第二MOS晶體管；以及電流鏡電路，能使基本同樣水平的電流在所述第一和第二MOS晶體管中流動。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于還包括用于控制注入到所述第一和第二MOS晶體管的浮動?xùn)艠O上的電荷量以改變閾值電壓的設(shè)定的裝置。
9．如權(quán)利要求8的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于用于控制電荷量的所述裝置包括多個電壓發(fā)生裝置，用于分別在將電荷注入到所述浮動?xùn)艠O時、當(dāng)從所述浮動?xùn)艠O消除電荷時和檢驗閾值電壓時，將規(guī)定電壓加到所述第一和第二MOS晶體管的柵極、漏極和源極上；閾值電壓設(shè)定控制裝置，用于指令每個所述電壓發(fā)生裝置將電荷注入所述浮動?xùn)艠O、從所述浮動?xùn)艠O上消除電荷和檢驗閾值電壓；第一開關(guān)，用于切換所述第一和第二MOS晶體管與所述電流鏡電路之間的連接狀態(tài)；以及第二開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)；第三開關(guān)，用于切換所述第二MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)。
10．一種參考電壓發(fā)生電路，其特征在于包括具有浮動?xùn)艠O且其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，用于產(chǎn)生作為參考電壓的源電壓；在所述第一MOS晶體管與地之間用于產(chǎn)生預(yù)定的固定電流值的電流的第一恒流源；其柵極與漏極連在一起且其源極接地并具有不同于所述第一MOS晶體管的閾值電壓的第二MOS晶體管；以及第二恒流源，用于產(chǎn)生基本上為第一恒流源產(chǎn)生的電流兩倍的電流，其一端連到所述第一和第二MOS晶體管的共同漏極上，而其另端則連到電源電壓上。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于還包括用于控制注入到所述第一MOS晶體管的浮動?xùn)艠O上的電荷量以改變閾值電壓的設(shè)定的裝置。
12．如權(quán)利要求11的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于用于控制電荷量的所述裝置包括多個電壓發(fā)生裝置，用于分別在將電荷注入到所述浮動?xùn)艠O時、當(dāng)從所述浮動?xùn)艠O消除電荷時和檢驗閾值電壓時，將規(guī)定電壓加到所述第一MOS晶體管的柵極、漏極和源極上；閾值電壓設(shè)定控制裝置，用于指令每個所述電壓發(fā)生裝置將電荷注入所述浮動?xùn)艠O、從所述浮動?xùn)艠O上消除電荷和檢驗閾值電壓；第一開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管與所述第二恒流源之間的連接狀態(tài)；以及第二開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)。
13．一種參考電壓發(fā)生電路，其特征在于包括其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，用于產(chǎn)生作為參考電壓的源電壓；在所述第一MOS晶體管與地之間用于產(chǎn)生預(yù)定的固定電流值的電流的第一恒流源；具有浮動?xùn)艠O且其柵極與漏極連在一起、其源極接地并具有不同于所述第一MOS晶體管的閾值電壓的第二MOS晶體管；以及第二恒流源，用于產(chǎn)生基本上為第一恒流源產(chǎn)生的電流兩倍的電流，其一端連到所述第一和第二MOS晶體管的共同漏極上，而其另端則連到電源電壓上。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于還包括用于控制注入到所述第二MOS晶體管的浮動?xùn)艠O上的電荷量以改變閾值電壓的設(shè)定的裝置。
15．如權(quán)利要求14的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于用于控制電荷量的所述裝置包括多個電壓發(fā)生裝置，用于分別在將電荷注入到所述浮動?xùn)艠O時、當(dāng)從所述浮動?xùn)艠O消除電荷時和檢驗閾值電壓時，將規(guī)定電壓加到所述第二MOS晶體管的柵極、漏極和源極上；閾值電壓設(shè)定控制裝置，用于指令每個所述電壓發(fā)生裝置將電荷注入所述浮動?xùn)艠O、從所述浮動?xùn)艠O上消除電荷和檢驗閾值電壓；第一開關(guān)，用于切換所述第二MOS晶體管與所述第二恒流源之間的連接狀態(tài)；以及第二開關(guān)，用于切換所述第二MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)。
16．一種參考電壓發(fā)生電路，其特征在于包括具有浮動?xùn)艠O且其柵極和漏極連在一起的第一MOS晶體管，用于產(chǎn)生作為參考電壓的源電壓；在所述第一MOS晶體管與地之間用于產(chǎn)生預(yù)定的固定電流值的電流的第一恒流源；具有浮動?xùn)艠O且其柵極與漏極連在一起、其源極接地并具有不同于所述第一MOS晶體管的閾值電壓的第二MOS晶體管；以及第二恒流源，用于產(chǎn)生基本上為第一恒流源產(chǎn)生的電流兩倍的電流，其一端連到所述第一和第二MOS晶體管的共同漏極上，而其另端則連到電源電壓上。
17．如權(quán)利要求16的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于還包括用于控制注入到所述第一和第二MOS晶體管的浮動?xùn)艠O上的電荷量以改變閾值電壓的設(shè)定的裝置。
18．如權(quán)利要求17的參考電壓發(fā)生電路，其特征在于用于控制電荷量的所述裝置包括多個電壓發(fā)生裝置，用于分別在將電荷注入到所述浮動?xùn)艠O時、當(dāng)從所述浮動?xùn)艠O消除電荷時和檢驗閾值電壓時，將規(guī)定電壓加到所述第一和第二MOS晶體管的柵極、漏極和源極上；閾值電壓設(shè)定控制裝置，用于指令每個所述電壓發(fā)生裝置將電荷注入所述浮動?xùn)艠O、從所述浮動?xùn)艠O上消除電荷和檢驗閾值電壓；第一開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管與所述第二恒流源之間的連接狀態(tài)；以及第二開關(guān)，用于切換所述第一MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)；以及第三開關(guān)，用于切換所述第二MOS晶體管的柵極與漏極之間的連接狀態(tài)。
全文摘要
一種具有浮動?xùn)艠OMOS晶體管的參考電壓發(fā)生電路。參考電壓發(fā)生電路具有第一和第二MOS晶體管,借助于電流鏡電路使基本相同的電流在其上流動。在第一和第二MOS晶體管的閾值電壓之間的差電壓從第一晶體管的源極作為參考電壓而加上。第一和第二晶體管的結(jié)構(gòu)包括浮動?xùn)艠O,并且通過設(shè)定注入浮動?xùn)艠O的電荷量而可將閾值電壓設(shè)為任何值。
文檔編號H01L21/822GK1228597SQ99101709
公開日1999年9月15日 申請日期1999年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月28日
發(fā)明者順藤直昭 申請人:日本電氣株式會社