DE10196673B4

DE10196673B4 - Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungen für ein Speicherbauelement und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE10196673B4
Application number: DE10196673T
Authority: DE
Inventors: Louis Lu-Chen Hsu; Richard Michael Parent; Matthew R. Kahului Wordeman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2021-09-22
Also published as: WO2002029818A2; KR100570425B1; AU2001289905A1; DE10196673T1; WO2002029818A3; US6343044B1; TW548660B; KR20030036860A

Abstract

Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtung für ein Speicherbauelement, das eine Matrix von Speicherzellen auf einem Halbleitersubstrat umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
eine Vwl-Spannungsgeneratorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen zum Bereitstellen einer ersten niedrigen Wortleitungsspannung an einem von dessen Ausgängen, um in einem Speicherbauelement Speicherzellen abzuwählen;
eine Vbb-Spannungsgeneratorvorrichtung für eine Matrixträgervorspannung zum Bereitstellen einer zweiten (negativen) Vorspannung an einem von dessen Ausgängen, um an den Matrixträger in einem Speicherbauelement eine Vorspannung anzulegen; und
ein elektronischer Schalter zum selektiven Verbinden des Ausgangs der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung während eines oder mehrerer Betriebszustände des Speicherbauelements, wobei
während eines Einschalt-Betriebszustands zum Einschalten der Generatorvorrichtung der elektronische Schalter den Ausgang der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung verbindet, um einen Einschaltvorgang des Speicherbauelements zu beschleunigen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Speicherschaltkreise und insbesondere eine Vorrichtung und eine Architektur für Speicherschaltkreise, um den Stromverbrauch während der Betriebszustände Bereitschaftsmodus und Ruhemodus deutlich zu senken.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Generatoren für negative Wortleitungen (Vwl) werden in modernen integrierten Halbleiterspeicherchips dazu verwendet, alle nicht ausgewählten Wortleitungen einer Speichermatrix auf einem negativen Potenzial zu halten. Dies dient der Verringerung des Zellenkriechstroms und der Verbesserung der Haltedauer. Im Bereitschafts- oder im Ruhemodus verbrauchen Spannungsgeneratoren Energie. Gemäß einem Vorschlag nach dem Stand der Technik in „A Novel Power-Off Mode for a Battery-Backup DRAM", Symposium an VLSI Circuits Digest of Technical Papers, 1995, S. 109 bis 110, von D. Takashima, Y. Oowaki et al. wird diese Vwl-Spannung ganz abgeschaltet. Dieser Ansatz weist jedoch einen Nachteil auf, da die Vorrichtung sehr lange braucht, zum Beispiel um die 10 μs, um in den Aktivmodus zurückzukehren oder vorher eine Speicherauffrischung durchzuführen. Dies kann von Nachteil sein, wenn der eDRAM-Speicher verwendet wird und das Auffrischen periodisch erfolgen muss. Ein naheliegender Ansatz besteht in der Verwendung einer stromsparenden Bereitschaftspumpe anstelle der Aktivpumpe. Immer wenn der Chip in den Stromsparmodus übergeht, werden die Komponenten der Aktivpumpe abgeschaltet, und nur die Bereitschaftspumpen bleiben an, um den Spannungspegel zu halten. Dieser Ansatz weist jedoch ebenfalls einige Nachteile auf, zum Beispiel muss auf der kostspieligen Chipfläche zusätzliche Hardware installiert werden. Diese Bereitschaftspumpen sind üblicherweise schwach und wenig leistungsfähig oder im Aktivmodus von geringem Nutzen. Außerdem verbrauchen diese Bereitschaftspumpen auch im Stromsparmodus noch Strom.
Ferner werden bei modernen Speicherchips Spannungsgeneratoren (Vbb) zum Vorspannen des Matrixträgers eingesetzt, die eine Spannung zum Vorspannen des Trägersubstrats erzeugen, auf dem die aktiven Schaltungen gebildet sind. Das heißt, dass diese Vbb-Spannung an den Träger des Übertragungsbauelements der DRAM-Matrix angelegt wird. Vbb wird dazu benutzt, den Kriechstrom unterhalb der Schwellenspannung zu unterbinden, indem die Schwellenspannung der Schaltung angehoben wird.
Jeder Generator 10 Vwl oder Vbb umfasst wie in 1 gezeigt eine Begrenzungsschaltung 12 und eine Oszillatorschaltung 15 zum Erzeugen von Taktimpulsen zur Stromversorgung einer Ladepumpenschaltung 18. Die Ladepumpe jedes einzelnen Generators pumpt dann die Ausgangsspannung 19 jedes Generators von einer ersten auf eine zweite Spannung hoch. Die Begrenzungsschaltung 12 dient dem Erkennen, ob die Ausgangsspannung 19 die angestrebte zweite Spannung erreicht hat. Wenn dies der Fall ist, schaltet die Begrenzerschaltung 12 die Pumpe ab und beendet den Pumpvorgang. In jeder Pumpe befinden sich mindestens zwei (nicht gezeigte) Stützkondensatoren. In einer zweistufigen Pumpe sind dann zum Beispiel etwa 4 bis 6 Stützkondensatoren vorhanden. Diese Stützkondensatoren dienen dazu, den Ladepumpvorgang zu unterstützen. Die Einzelheiten der Wirkungsweise sind dem Fachmann wohlbekannt. Beim Vwl-Generator wird auch ein Entkopplungskondensator bereitgestellt, der an dessen Ausgangsbus angeschlossen ist. Zum Beispiel kann für den Vwl-Bus eines DRAMs je nach Dichte ein Entkopplungskondensator von 3 nF bis 20 nF erforderlich sein. Es ist klar, dass die Vbb die p-Kanal-Vorspannung ist, die bereits mit einem breiten p-Kanal der DRAM-Matrix verbunden ist, Matrix verbunden ist, so dass kein Entkopplungskondensator benötigt wird. Der Entkopplungskondensator dient der Stabilisierung der Ausgangsspannung 19 und zum Unterdrücken der Einkopplung anderer Spannungen.
Es ist sehr wünschenswert, einen verbesserten stromsparenden Spannungsgenerator für Halbleiterspeicherchips bereitzustellen, der für das Zuschalten einzelner Vbb- und Vwl-(oder Vneg-)Generatoren sorgt und diese Generatoren gleichzeitig einschaltet, wenn sie während eines Einschaltvorgangs angeschlossen werden, um den Einschaltvorgang zu beschleunigen.
Außerdem wäre es sehr wünschenswert, eine verbesserte Ausführung eines stromsparenden Spannungsgenerators für einen Halbleiterspeicherchip bereitzustellen, der zusätzlich für die Trennung der einzelnen zuschaltbaren Vbb- und Vwl-(oder Vneg-)Generatoren sorgt, um jegliche Störungen durch Einkopplung zu verhindern und während eines aktiven Betriebsmodus unterschiedliche Ausgangsspannungen zuzulassen.
Außerdem wäre es äußerst wünschenswert, eine verbesserte Ausführung eines stromsparenden Spannungsgenerators für einen Halbleiterspeicherchip bereitzustellen, der den Vbb- und den Vwl-(oder Vneg-)Bus mit dem Vwl-Generator zusammenschaltet, der während des Ruhemodus zwecks Stromsparens abgeschaltet war, damit ein Bereitschafts-Vwl-Generatorsystem für negative Wortleitungen überflüssig wird.
In der US-Patentschrift 5 654 913 wird ein Spannungsversorgungssystem für ein Speicherbauelement angegeben, das eine Matrix von Speicherzellen auf einem Halbleitersubstrat umfasst. Vorgesehen sind ein Vwl-Spannungsgenerator für negative Wortleitungen zum Bereitstellen einer ersten niedrigen Wortleitungsspannung an einem von dessen Ausgängen, ein Vbb-Spannungsgenerator für eine Matrixträgervorspannung zum Bereitstellen einer zweiten (negativen) Vorspannung an einem von dessen Ausgängen und ein elektronischer Schalter, welcher die Spannungsgeneratoren verbindet. Der Vwl-Spannungsgenerator stellt die erste niedrige Wortleitungsspannung bereit, um in einem Speicherbauelement Speicherzellen abzuwählen. Der Vbb-Spannungsgenerator stellt die Vorspannung bereit, um an den Matrixträger in einem Speicherbauelement eine Vorspannung anzulegen. Der elektronische Schalter verbindet selektiv den Ausgang des Vwl-Generatorsystems mit dem Ausgang des Vbb-Generatorsystems während eines oder mehrerer Betriebszustände des Speicherbauelements. Ziel ist es, Leckströme durch einen PN-Übergang oder einen Strom durch einen Speicherzellentransistor zu unterdrücken, ohne die gespeicherten Zustände in jedem Ladungsspeicherknoten zu stören, um die Ladungshaltezeit zu verbessern.
In der US-Patentschrift 5 926 427 wird für ein Halbleiterspeicherbauelement eine Schaltung zur Verhinderung von Störungen durch Stromversorgungsleitungen offengelegt, die ein Mittel zum Vorab-Erzeugen einer hohen Spannung, um damit vorab eine hohe Spannung zum Aufstocken einer abgesunkenen Versorgungsspannung zu erzeugen, ein erstes Schaltermittel, um die hohe Spannung des Mittels zum Vorab-Erzeugen einer hohen Spannung seinem Ausgang für die vorab erzeugte hohe Spannung zuzuführen, wenn ein Vorladungsfreigabesignal für Zeilenadressen aktiviert wird, mindestens ein zweites Schaltmittel, das zwischen dem Ausgang für die vorab erzeugte hohe Spannung des Mittels zum Vorab-Erzeugen einer hohen Spannung und einer Versorgungsspannungsleitung angeordnet ist, ein Impulserzeugungsmittel zum Stabilisieren der Versorgungsspannung zum Steuern des zweiten Schaltmittels, wenn ein Freigabesignal für Zeilenadressen aktiviert wird, und ein elektrostatisches Entkopplungskondensatormittel zur Verringerung von Störungen in inneren Schaltungen unter Nutzung einer Kopplungswirkung zwischen der Stromversorgungsspannung und Masse umfasst.
In der US-Patentschrift 5 886 942 wird eine Signaltreiberschaltung offengelegt, die ein Halbleiterschaltungselement umfasst, welches eine Signalleitung, einen ersten MOS-Transistor vom p-Kanal-Typ mit einem Gate, an dem ein Eingangssignal mit einer Amplitude empfangen wird, die zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, die niedriger als die erste Spannung ist, definiert ist, einer mit einem Knoten mit einer dritten Spannung, die ein höheres Potenzial als die erste Spannung aufweist, verbundenen Elektrode und einer mit der Signalleitung verbundenen zweiten Elektrode, die einen ersten Strompfad zu der ersten Elektrode bildet, enthält, ferner einen zweiten MOS-Transistor vom n-Kanal-Typ mit einem Gate, an dem das Eingangssignal empfangen wird, einer mit einem anderen Knoten mit einer vierten Spannung, die ein niedrigeres Potenzial als die zweite Spannung aufweist, verbundenen Elektrode und einer mit der Signalleitung verbundenen anderen Elektrode, die einen zweiten Strompfad zu der einen Elektrode bildet, enthält, ferner einen aus dem ersten und zweiten MOS-Transistor gebildeten und durch eine Stromversorgung der dritten und der vierten Spannung versorgten CMOS-Inverter, der einen eigenen Schaltungsschwellenwert aufweist, sowie einen anderen CMOS-Inverter oder einen CMOS-Pufferspeicher enthält, der durch eine andere Stromversorgung der ersten und der zweiten Spannung versorgt wird, wobei der weitere CMOS-Inverter oder CMOS-Pufferspeicher einen eigenen Schaltungsschwellenwert aufweist und der Schaltungsschwellenwert des durch die dritte und die vierte Spannung versorgten CMOS-Inverters so gewählt ist, dass er höher als der Schaltungsschwellenwert des anderen durch die erste und die zweite Spannung versorgten CMOS-Inverters oder CMOS-Pufferspeichers ist.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte stromsparende Spannungserzeugungsvorrichtung für einen Halbleiterspeicherchip zum Zuschalten einzelner Vbb- und Vwl-(oder Vneg-)Generatoren sowie zum gleichzeitigen Einschalten dieser Generatoren bereitzustellen, wenn diese während eines Einschaltvorgangs angeschlossen werden, um den Einschaltvorgang zu beschleunigen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte stromsparende Spannungsgeneratorvorrichtung für einen Halbleiterspeicherchip bereitzustellen, der außerdem für die Trennung einzelner zuschaltbarer Vbb- und Vwl-(oder Vneg-)Generatoren sorgt, um jegliche Störungen durch Einkopplung zu verhindern und während eines aktiven Betriebszustands verschiedene Ausgangsspannungen zuzulassen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte stromsparende Spannungserzeugungsvorrichtung für einen Halbleiterspeicherchip zum Zuschalten des Vbb- und des Vwl-(oder Vneg-)Busses bereitzustellen, wobei der Vwl-Generator während des Ruhemodus zwecks Stromsparens abgeschaltet ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine stromsparende Stromversorgungsvorrichtung für ein Speicherchipbauelement mit einer verzögerten (oder verlängerten) Ruhemodus-Auffrischdauer bereitzustellen, so dass die während der Ruhemodus-Auffrischung benötigte Energie ohne weiteres durch eine Vbb-Generatorpumpe geliefert werden kann, ohne auf dem Matrixsubstrat Störungen zu verursachen.
Gemäß der Erfindung werden eine stromsparende Vorrichtung und ein Verfahren zur Stromversorgung eines Speicherbauelements bereitgestellt, das eine Matrix von Speicherzellen auf einem Halbleitersubstrat umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Vwl-Erzeugungsvorrichtung für negative Wortleitungen zum Bereitstellen einer ersten (Wortleitungs)Spannung an einem seiner Ausgänge zum Auswählen von Speicherzellen in einem Speicherbauelement; eine Erzeugungsvorrichtung für eine Matrixträgervorspannung (Vbb) zum Bereitstellen einer zweiten (negativen Vor-)Spannung an einem seiner Ausgänge zum Vorspannen der Substratmatrix in einem Speicherbauelement; und eine Schaltvorrichtung zum wahlweisen Verbinden des Ausgangs der Vwl-Erzeugungsvorrichtung für negative Wortleitungen mit der Vbb-Erzeugungsvorrichtung für die Trägersubstrat-Vorspannung während eines oder mehrerer Betriebszustände des Speicherbauelements.
Vorzugsweise verbindet die Schaltvorrichtung während des Einschaltens der Erzeugungsvorrichtungen den Ausgang der Vwl-Erzeugungsvorrichtung für negative Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Erzeugungsvorrichtung für die Trägersubstrat- Vorspannung, um den Einschaltvorgang des Speicherbauelements zu beschleunigen.
Außerdem sorgt die stromsparende Stromversorgungsvorrichtung der Erfindung durch Kurzschließen der Vwl-Stromversorgung mit der Vbb-Stromversorgung, welche ständig durch die Vbb-Generatoren unterstützt wird, für das Ausschalten des Vwl-Generators während eines Ruhe-/Stromsparmodus. Während des Energiesparmodus kann die Chiptemperatur zwar sinken, aber der Speicherchip verbraucht weiterhin Energie. Zum Beispiel kann die negative Wortleitungsspannung (oder Vneg) etwas zunehmen, wenn Kriechströme fließen oder ein Auffrischungszyklus ansteht. Deshalb darf man dies nicht selbst überlassen, da ansonsten in den Zellen Kriechströme auftreten, wenn die Vneg immer weniger negativ wird. Andererseits bleibt der Vbb-Generator für die Substratvorspannung normalerweise eingeschaltet, nachdem der Chip eingeschaltet wurde. Dabei kann die Spannung gleich der negativen Wortleitungsspannung oder von ihr verschieden sein. Die Vbb-Spannung wird durch den Optimalzustand bestimmt, bei dem die Zellen den geringsten Kriechstrom aufweisen. Wenn die Vbb zu hoch (oder zu wenig negativ) ist, kann der Kriechstrom unterhalb des Schwellwerts gering sein. Wenn die Vbb jedoch zu niedrig (oder negativer) ist, wird der Sperrschichtkriechstrom überwiegen. Allerdings richtet sich der Wert der Vbb-Spannung normalerweise nach dem Wert der Vneg-Spannung, so dass ihre Werte meist identisch sind. Daher werden die beiden Spannungen Vbb und Vneg beim aktiven Betriebsmodus getrennt voneinander bereitgestellt, um Störungen durch gegenseitiges Einkoppeln zu vermeiden. Beim aktiven Betriebsmodus kann mit hoher Frequenz auf die Wortleitungen zugegriffen werden. Folglich kommt es zu Störungen oder Schwankungen der Spannung Vneg. Wenn also beide Spannungen immer kurzgeschlossen sind, wird demzufolge auch die Spannung Vbb gestört, was zu Datenverlust oder anderen unerwarteten und unerwünschten Auswirkungen führt. Dieses Problem wird im Ruhemodus vermieden, da die Matrix außer gelegentlich zu erwartender Auffrischungen keinerlei Aktivität zeigt.
Die Realisierung der stromsparenden Vorrichtung und des Verfahrens zur Spannungserzeugung ist insofern von Vorteil, als: (1) keine zusätzliche Hardware wie z.B. Bereitschafts-Vneg-Pumpen erforderlich ist, wodurch weniger Chipfläche benötigt wird; (2) Strom gespart wird, da die Spannung Vneg völlig abgeschaltet wird, so dass im Bereitschaftsmodus keine (null) Energie verbraucht wird; (3) die Spannungen Vbb und Vneg während des aktiven Betriebsmodus voneinander isoliert sind, so dass es zu keinen gegenseitigen Störungen kommt; und (4) die Ausgestaltung insofern flexibel ist, als die Spannungen Vbb und Vneg etwas unterschiedlich eingestellt werden können. Darüber hinaus können die Prinzipien und Vorteile der Erfindung auf beliebige zwei oder mehr Gleichspannungserzeugungssysteme für negative oder positive Spannungen angewendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung können unter Bezug auf die folgende Beschreibung, die beiliegenden Ansprüche und Zeichnungen besser verstanden werden, bei denen:
1 einen Aufbau von Vwl- und Vbb-Spannungserzeugungsschaltungen nach dem Stand der Technik darstellt.
2 ein Prinzip-Blockschaltbild ist, das die verbesserte stromsparende Spannungserzeugungsvorrichtung für Halbleiterspeicherchips mit einem stromsparenden Vwl-(oder Vneg-)Generator für negative Wortleitungen darstellt, welcher unterschiedliche Betriebszustände gemäß den Prinzipien der Erfindung aufweist.
3(a) ein detailliertes Blockschaltbild ist, das die Ausführung der für ein Speicherbauelement realisierten verbesserten stromsparenden Spannungserzeugungsvorrichtung für Halbleiterspeicherchips veranschaulicht.
3(b) ein detailliertes Blockschaltbild ist, das den elektronischen Schalter zum Verbinden der Stromversorgungsgeneratoren für die Spannungen Vbb und Vwl gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4(a) ein Diagramm ist, das die Vorläufe der Vbb-/Vwl-Ausgangsspannungen während einer Beispielsimulation des Einschaltmodus veranschaulicht.
4(b) ein Zeitablaufdiagramm von Signalen ist, die während des Einschaltvorgangs verwendet werden und zu den Spannungsverläufen der Simulation von 4(a) führen.
5(a) ein Diagramm ist, das die den Verlauf der Vwl-Ausgangsspannung während einer Beispielsimulation des aktiven Betriebsmodus veranschaulicht.
5(b) ein Zeitablaufdiagramm von Signalen ist, die während des aktiven Betriebsmodus verwendet werden und zu den Spannungsverlaufen der Simulation von 5(a) führen.
6(a) ein Diagramm ist, das die Verläufe der Spannungen Vbb und Vwl während einer Beispielsimulation des Ruhemodus und des Aktualisierungsmodus veranschaulicht.
6(b) ein Zeitablaufdiagramm von Signalen ist, die während des Ruhemodus und des Aktualisierungsmodus verwendet wurden und zu den Spannungsverläufen der Simulation von 6(a) führen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Die verbesserte stromsparende Spannungserzeugungsvorrichtung 20 für Halbleiterspeicherchips umfasst wie in 2 veranschaulicht im Prinzip einen Vwl-Spannungsgenerator 28 für negative Wortleitungen und einen Vbb-Spannungsgenerator 26 für eine Matrixsubstratvorspannung, die so aufgebaut sind, dass: 1) ein Schalter 50 die beiden Vbb- und Vwl-(oder Vneg-)Generatoren 26, 28 während eines Einschaltvorgangs 18a kurzschließt, wobei der Aufbau das gleichzeitige Einschalten der beiden Spannungsgeneratoren ermöglicht, um den Einschaltvorgang zu beschleunigen; 2) der Schalter 50 während eines aktiven Betriebsmodus 18b geöffnet wird, so dass die beiden Vbb- und Vwl-(oder Vneg-)Generatoren getrennt werden, damit Störungen durch Einkopplung verhindert und während des aktiven Betriebsmodus unterschiedliche Spannungen verwendet werden können; und 3) die Vbb- und Vwl-(oder Vneg-) Stromversorgungsbusse mit dem Vwl-Generator 28 verbunden werden können, der zwecks Stromsparens abgeschaltet war. Jede dieser den drei Betriebsmodi entsprechenden Schaltungskonfigurationen wird im Folgen eingehend beschrieben. Somit kann man wie im Folgenden beschrieben zum Stromsparen zwei negative Pumpen mit ähnlichen Ausgangsspannungen integrieren. Es ist jedoch klar, dass gemäß den Prinzipien der Erfindung zwei oder mehr Gleichspannungserzeugungssysteme für negative oder positive Spannungen integriert werden können, um Strom zu sparen oder durch gemeinsame Hardwarenutzung die Leistungsfähigkeit zu steigern.
Die 3(a) und 3(b) veranschaulichen die praktische Ausführung der stromsparenden Spannungserzeugungsvorrichtung 20 für Halbleiterspeicherchips in einem DRAN-Bauelement 90, das eine Decodierer-/Treiberschaltlogik 92 zum Ansteuern einer Speicherzellenmatrix 94 umfasst. Zum Vwl-Generator 28 gehört wie in 3(a) gezeigt ein Ausgangsbus 38 mit einer Versorgungsspannung für einen Wortleitungstreiber 93, um für alle nicht ausgewählten Wortleitungsspannungen 88 aller Speicherzellen 95 eine negative Spannung bereitzustellen. Desgleichen werden (nicht gezeigte) Bitleitungstreiber zum Auswählen einer Bitleitung 89 einer Speicherzelle 95 bereitgestellt. Zum Vbb-Generator 26 gehört wie in 3(a) gezeigt ein Ausgangsbus 36 mit einer negativen Vorspannung für jede Speicherzelle 95. 3(a) zeigt ferner, dass die Ausgangsbusse 36 und 38 mit einem elektronischen Schalter 50 verbunden sind, der für das Anschließen der Ausgangsbusse gemäß der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sorgt, wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird.
Das Schaltschema des elektronischen Schalters ist in 3(b) veranschaulicht. Der Schalter 50 selbst wird durch einen nMOS-Transistor 45 gebildet, dessen Source- und Drainanschluss direkt mit dem Vbb-Ausgangsbus 36 und dem Vwl-Ausgangsbus 38 des entsprechenden Vbb- und Vwl-Generators verbunden sind. Vorzugsweise weist der nMOS-Transistor eine große Breite und eine Kanallänge von beispielsweise 0,36 μm auf. Das Gate 46 des nMOS-Transistors wird durch eine Logikschaltung 47 mit NAND-, NOR- und Invertierungsgattern gesteuert, die verschiedene Eingangssignale zur Steuerung des Schaltzustandes des Bauelements empfangen. Folgende Eingangssignale dienen der Festlegung der Schaltzustände:

(1) PWRON – das Einschaltsignal 41 beim Anlegen der Spannung an den Chip (z.B. PWRON = 0) zum schrittweisen Einschalten aller Gleichspannungsgeneratoren in einer bestimmten Reihenfolge, um Signalspeicherkonflikte zu vermeiden. Das Signal PWRON wird ausgelöst (z.B. PWRON = 1) wenn die Einschaltsequenz beendet ist, d.h., wenn der Einschaltvorgang abgeschlossen ist und der Chip für den aktiven Betriebsmodus bereit ist. Die Vorrichtung der Erfindung benutzt wie beschrieben vorteilhaft die starke Vwl-Pumpe während der Einschaltphase, um sowohl die Spannungspegel VBB als auch VWL schnell zu erreichen. In diesem Fall muss das Gate des Schalters eingeschaltet sein, wenn während der Einschaltphase PWRON = 0 ist. Wenn das Einschalten hingegen erfolgt ist, wird der Schalter geöffnet, um den Vbb-Bus und den Vwl-Bus wirksam voneinander zu trennen, damit der normale Betrieb aufgenommen werden kann und sich die Vwl und die Vbb nicht durch Einkopplung gegenseitig stören können.
(2) VWLLMT – das Begrenzungssignal 42 der negativen Wortleitung. Der Vwl-Generator (der negativen Wortleitung) beinhaltet eine Begrenzungsschaltung, die anzeigt, ob der Vwl-Generator aktiv oder inaktiv ist. Beispielsweise wird die Pumpe abgeschaltet, wenn die Vwl-Spannung erreicht wird, so dass die Vorrichtung nicht zu hoch gepumpt wird. Somit bedeutet VWLLMT = 0 das Erreichen der Spannung, und das Pumpen kann beendet werden, da sonst durch die Pumpe die Spannung weiter ansteigen würde. Durch die Kombination von PWRON = 0 und VWLLMT = 1 liegt ein Eingang des NOR-Gatters 48 auf HIGH, wodurch der Einschaltvorgang fortgesetzt wird. Wenn die Spannung Vwl erreicht ist, wird der Schalter 50 geöffnet (der Transistor 45 gesperrt); gleichzeitig geht die Vwl-Spannung auf LOW, da ihre Pumpe abgeschaltet ist, die Vbb-Spannung bleibt jedoch aktiv und wird durch die Vbb-Pumpe unterstützt. Das liegt daran, dass der Vbb-Generator einen großen Kondensator umfasst, dessen volle Aufladung etwas länger dauert als beim Vwl-Netz. Somit wird der Schalter geöffnet, wenn die Vwl-Spannung erreicht ist, d.h. VWLLMT = 0. Diese Anordnung kann zum Pumpen von zwei unterschiedlichen Spannungen benutzt werden: wenn die erste Spannung erreicht ist, wird eine Pumpe abgeschaltet, und die andere Pumpe pumpt weiter bis zum Erreichen der zweiten Spannung.
(3) SLEEP – das Signal 43 zum Anzeigen, dass der Ruhemodus vorliegt. Hier wird der Schalter 50 unabhängig von den Signalen PWRON und VWLLMT eingeschaltet, wenn SLEEP = 1 ist. Dann ruhen die Vwl-Pumpen völlig, um Strom zu sparen, da der Generator nicht mehr aktiv ist. Ferner wird das Vwl-Netz durch die schwache Vbb-Pumpe unterstützt. Während des Ruhemodus kann die Vwl-Spannung eine Ladungsauffrischung benötigen, da weiterhin Kriechströme fließen. Durch diese Anordnung wird eine Bereitschafts-Vwl-Pumpe eingespart.

Bei einer herkömmlichen Einschaltsequenz eines Speicherbauelements wird der Vbb-Generator durch einen Oszillator mit hoher Frequenz getaktet. Die Vbb-Generatorpumpe arbeitet so lange weiter, bis die Vbb-Spannung ihren Zielwert erreicht hat. Dann wird eine (nicht gezeigte) Vpp-Spannung eingeschaltet. Nachdem die Vpp einen Spannungswert von etwa 1 V erreicht hat, werden die Vwl-Generatoren eingeschaltet. Diese herkömmliche Sequenz ist so angeordnet, dass nachteilige Wirkungen vermieden werden wie beispielsweise die positive Vorspannung der Sperrschicht eines Bauelements und das Blockieren von Signalspeichern. Es ist jedoch bekannt, dass die Vbb-Spannung eine relativ lange Anstiegszeit um die 50 μs hat. Das liegt nicht nur daran, dass die Vbb-Pumpen schwach sind, sondern auch daran, dass die Vbb-Spannung durch die Vpl-Spannung (Speicherzellen-Elektrodenspannung) zugeschaltet wird, da die Elektrodenspannung gleichzeitig hochgefahren wird. Der Aufbau des Gleichspannungsgenerators eines eDRAM (embededed, integrierter DRAM) unterscheidet sich etwas von dem eines eigenständigen DRAM. Zum Beispiel liegt die Vpl-Spannung bei der eDRAM-Ausführung an Masse, so dass es nicht zur Einkopplung mit der Vbb-Spannung kommt. Auch die Störkapazität der Vbb-Spannung ist nicht sehr hoch, da der Speicherbaustein relativ klein ist (4 Mb oder 8 Mb).
Gemäß der Erfindung werden die beiden Spannungen Vbb und Vwl im Einschaltmodus 18a jedoch während des Einschaltens zusammengeschaltet, um den Einschaltvorgang zu verkürzen. Hierzu muss die Vpp-Spannnung gleichzeitig ebenfalls bis etwa 1 V ansteigen. Das liegt daran, dass alle mit Vwl verbundenen p-Kanäle durch n-Kanäle isoliert sind, die mit Vpp verbunden sind. Während des Ansteigens der Spannung Vwl kann man die Vpp-Spannung bis zu einem bestimmten Spannungswert sicher hochfahren. Da die Vwl und die Vbb kurzgeschlossen sind, wird während des Einschaltens nur eine der beiden Pumpen eingeschaltet. Die Vwl-Pumpe und die Vbb-Pumpe sind unterschiedlich aufgebaut, zum Beispiel hat die erstere einen größeren Speicherkondensator (z.B. viermal so groß) und wird mit einer höheren Oszillatorfrequenz (zum Beispiel 35,5 MHz gegenüber 7,75 MHz) versorgt. Ähnlich der Vpp weist auch die Vwl einen Hochgeschwindigkeitsbegrenzer auf. Der Begrenzer der Vbb ist aus Stromspargründen absichtlich so eingerichtet, dass seine Ansprechzeit im Bereich von 1000 ns liegt. Während eine Vbb- Pumpe etwa 0,2 mA liefert, kann eine Vwl-Pumpe mehr als 2,1 mA bereitstellen. Die Pumpschaltung ist für die Vbb und die Vwl im Wesentlichen gleich, und der Pumpwirkungsgrad liegt bei beiden im Bereich von 75 %. Der zum Kurzschließen der anliegenden Spannungen Vbb und Vwl verwendete Schalter bleibt während des Einschaltvorgangs so lange aktiv, bis die Vwl-Spannung erreicht ist. Außerdem ist der Schalter 50 während des Ruhemodus immer eingeschaltet, so dass die Vwl-Spannung durch die Vbb-Spannung gewährleistet wird.
In den 4(a) und 4(b) sind beispielhafte Vbb-/Vwl-Spannungsverlaufe während einer beispielhaften Simulation beim Einschalten der Vorrichtung gezeigt. 4(a) veranschaulicht speziell die nahezu identischen Anstiegszeiten der Ausgangsspannung 36 des Vbb-Busses und der Ausgangsspannung 38 des Vwl-Busses gemäß der vorliegenden Erfindung. 4(b) ist ein Zeitablaufdiagramm, das die während des Einschaltvorgangs verwendeten Signale darstellt, die zu den Spannungsverläufen der Simulation von 4(a) führen. Es ist klar, dass Vbb und Vwl nur dann miteinander verbunden sind, wenn die Vwl unterhalb eines angestrebten Grenzwertes liegt. Vwl braucht beispielsweise wie in 4(b) gezeigt weniger als 1,1 μs, um die in 4(a) dargestellte Zielspannung 60 zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird das VWLLMT-Signal 42 in 4(b) ausgelöst, und der elektronische Schalter 46 wird geöffnet, um den Vwl- und den Vbb-Generator voneinander zu trennen. Ein Oszillatorsignal 42' wird wie in 4(b) gezeigt während der Einschaltsequenz, d.h. wenn VMLLMT 42 aktiv ist, zur Vwl-Ladepumpe gesendet. Außerdem stellt Figur (4(b) das VBBLMT-Signal 44 für den Vbb-Generator und dessen entsprechendes Oszillatorsignal 44' für die Ladepumpe des Vbb-Generators dar, die während der Einschaltsequenz nach der Vwl-Generatorpumpe aktiv wird. Wie man sieht, ist die Frequenz des Oszillatorsignals 44' für den Vbb- Generator wesentlich niedriger als die entsprechende Frequenz des Oszillatorsignals 42' für die Vwl-Pumpe. Um durch die beispielhafte Simulation eine mögliche praxisnahe Situation nachzustellen, werden die Spannungen Vbb und Vwl absichtlich durch einen Kriechstrom abgebaut. Bei der vorliegenden beispielhaften Situation liegt der simulierte Endwert für die Vbb bei –0,56 V und für die Vwl bei –0,48 V, obwohl beide Zielwerte auf –0,5 V gesetzt sind. Die Spannung Vbb ist aufgrund der schwächeren Vbb-Pumpe und der größeren kapazitiven Last niedriger.
Aufgrund verschiedener Begrenzergeschwindigkeiten erreichen die Spannungen Vbb und Vwl wie oben erklärt die Sättigung bei unterschiedlichen Spannungswerten. Daher kann wie in 4(a) gezeigt ein gewisses Überschwingen der Vbb-Spannung erwünscht sein. Im Allgemeinen kann das Aufladen der widerstandsbehafteten Vbb-Kondensatoren länger dauern als bei der in 4(a) dargestellten Simulation. Der Betrag, um den die Vbb überschwingt, hängt ab von: 1) der Begrenzergeschwindigkeit; 2) der Reaktionszeit des Differenzverstärkers; und 3) von der Verzögerung der Treiberkette. Der Grund hierfür besteht darin, dass eine lange Treiberkette mit geladenen Kondensatoren für einen Vbb-Begrenzer die Störimpulse beseitigt, so dass das Signal des Vbb-Begrenzers störungsfrei ist. Eine beispielhafte Gesamtverzögerungszeit wurde hier durch Addieren der oben erwähnten Punkte 1, 2 und zu etwa (276 ns + 407 ns + 487 ns) 1170 ns berechnet. Der Betrag, um die die Vbb überschwingt, hängt auch von der Vbb-Pumpgeschwindigkeit und der Vbb-Ladung ab. Um das Einschalten mittels einer einzelnen Vbb-Pumpe mit einer Oszillatorfrequenz von 7,5 MHz zu erreichen, beträgt die Pumpgeschwindigkeit etwa 36 μV/ns. Dies führt zur Sättigung der Vbb-Spannung bei etwa –0,56 V. Bei dem Ansatz der Kopplung von Vbb/Vwl kann das Überschwingen der Vbb von Vorteil sein. Während des Ruhemodus, in dem die Vwl-Pumpen vollständig abgeschaltet sind, kann die Vwl-Spannung durch die Vereinigung von Vwl und Vbb etwas absinken; dies kann einige Auffrischungszyklen lang anhalten, ohne dass die Vbb-Pumpe eingeschaltet werden muss.
Während des aktiven Betriebsmodus 18b sind die beiden Spannungen Vbb und Vwl voneinander getrennt, und jeder Generator wird einzeln aktiviert. Die 4(a) und 4(b) veranschaulichen die Simulationsergebnisse für eine Zykluszeit der Wortleitung (WL) von 20 ns. Der geschätzte Strom Ipp, der während dieser Zeitspanne für das Speicherbauelement benötigt wird, beträgt 0,81 mA. Zum Beispiel sind 3 Wortleitungen gleichzeitig aktiviert, wobei die Gesamtkapazität 1,5 pF und die Spannungsdifferenz 3,6 V (von –0,5 bis 3,1 V) beträgt. Es wird angenommen, dass der größte Teil des Stroms von Vpp durch die Vwl-Quelle verbraucht wird. Während dieser Zeit ist eine Vwl-Pumpe ständig eingeschaltet, und die anderen drei Pumpen werden bei Bedarf automatisch zugeschaltet. Die Vwl-Pumpen werden mit einer Frequenz von 35,5 MHz betrieben. Eine Vpp-Pumpe vermag etwa 2,1 mA zu liefern. Deshalb sind vier (4) Pumpen mehr als ausreichend, um einen Ipp-Spitzenstrom von 2 mA aufzunehmen. Im aktiven Betriebsmodus stellt die Leistungsfähigkeit der Vwl-Pumpe kein Problem dar, jedoch ist das Vpp-Pumpensystem ziemlich schwach, da das Pumpen infolge der niedrigen bereitgestellten Vdd (1,8 V) mit einem geringen Wirkungsgrad erfolgt. Um die Spannungsdifferenz innerhalb +/– 5 % zu halten, muss die kapazitive Last stark begrenzt werden. Zum Beispiel kann eine kapazitive Last von 2,4 nF verwendet werden. Im Gegensatz zu Vbb besitzt Vwl einen Hochgeschwindigkeitsbegrenzer, der dem von Vpp ähnlich ist. Aus diesem Grund ist der Schwankungsbereich von Vwl wesentlich enger als der von Vbb. In den 5(a) und 5(b) sind beispielhafte Vwl-Spannungsverläufe während einer beispielhaften Simulation des aktiven Systemmodus gezeigt. Das VPWRON-Signal 41 liegt, wie in 5(b) gezeigt, im aktiven Modus auf HIGH (= 1). Bei der beispielhaften Simulation erfolgt die Aktivierung der Wortleitungen (Matrix) durch eine Impulsfolge, was durch das Zeilen-/Adressaktivierungssignal (RAS) 49 angezeigt wird, und der Vwl-Generator stellt das Mittel dar, durch das diese RAS-Signale bereitgestellt werden. Der Vwl-Generator fungiert außerdem auch als Senke für den entsprechenden Vpp-Strom, was durch das IJVWL-Signal 49' oder die Wortleitungs-Differenzsignale dargestellt wird. Während des aktiven Betriebsmodus werden daher wie in 5(b) gezeigt wegen des während der kontinuierlichen Aktivierung der Matrix gezogenen Stroms die Vwl-Ladepumpen als Reaktion auf die Aktivierung 61 des VWLLMT-Signals 42 aktiviert. Entsprechend der Aktivierung des VWLLMT-Signals 42 ist das Oszillatorsignal 62 aktiv, um die Vwl-Spannung hochzupumpen. Als Reaktion auf die Aktivierung 61 des VWLLMT-Signals 42 beginnt die Vwl wie in 5(a) gezeigt bei 63 größer (negativer) zu werden. Obwohl der Vwl-Ausgangsbus bei der beispielhaften Simulation mit einem Entkopplungskondensator von 2,4 nF verbunden ist, treten bei der Vwl-Spannung 38 Überschwing-Schwankungen von etwa –0,5 V +/– 10 % auf. Es ist klar, dass dies bei bestimmten Schaltungsausführungen akzeptiert werden kann.
In den 6(a) und 6(b) sind beispielhafte Vbb-/Vwl-Spannungsverläufe einer beispielhaften Simulation eines Ruhemodus der Vorrichtung gezeigt. Während des Ruhemodus ist speziell das VSLEEP-Signal 43 aktiv (= 1), um den elektronischen Schalter 50 zu schließen. Allerdings steht wie in 6(a) gezeigt nur die Vbb-Ausgangsspannung 36 zur Verfügung, wenn der Vwl-Generator ausgeschaltet ist. Die Spannungen Vwl 38 und Vbb 36 werden zu einem Zeitpunkt 64 als Reaktion auf das Ausschalten des VSLEEP-Signals 43 durch den elektronischen Schalter voneinander getrennt. Während des aktiven Betriebsmodus werden jedoch wie in 6(b) gezeigt die Vwl-Pumpen eingeschaltet, um die hohe benötigte Leistung bereitzustellen. Das heißt, dass das VLLMT-Signal 42 und die entsprechenden Oszillatorsignale 42' eingeschaltet werden, um die Vwl-Spannung auf ihrem Zielwert zu halten.
Während des Ruhemodus des Betriebszustandes 18c wird der Vwl-Generator vollständig ausgeschaltet, um den Vwl-Bereitschaftsstrom von ungefähr 156 μA einzusparen. Um dies zu erreichen, werden die Vwl-Busse mit den Vbb-Bussen kurzgeschlossen. Deshalb muss der Vbb-Generator nicht nur den Strom zum Ausgleich des Vbb-Kriechstroms, sondern auch für den Auffrischungsstrom für Vwl bereitstellen. Die Dauer des Auffrischungsimpulses soll 100 ns betragen. Deshalb wird für das Auffrischen ein mittlerer Strom von etwa 0,2 mA benötigt, wofür eine Vbb-Pumpe ausreicht. Der Vbb-Begrenzer 44 schaltet die Vbb-Pumpe zu, wenn die Vbb-Spannung den Wert von –0,48 V erreicht. Die mittlere Pumpgeschwindigkeit für eine einzelne Vbb-Pumpe beträgt etwa 40 μV/ns. Nach einer Abschätzung beträgt die maximale Zykluszeit einer Auffrischung im Ruhemodus bei 40 C etwa 1500 ns. Bei der dargestellten beispielhaften Simulation werden Zykluslängen von 1000 ns verwendet. Man schätzt, dass infolge des hohen Wirkungsgrades der Vbb-Pumpe im Ruhemodus eine Vbb-Pumpe zum Aufrechterhalten sowohl der Vbb- als auch der Vwl-Spannung ausreicht. Bei dem in 6(a) gezeigten Spannungsverlauf beginnt der Ruhemodus bei 10 ns und ist bei 3000 ns beendet. Zu diesem Zeitpunkt ist nur der Vbb-Oszillator 44' eingeschaltet. Sobald der Ruhemodus vorbei ist, werden jedoch Vbb und Vwl voneinander getrennt, und die Vbb wird infolge der oben erwähnten Verzögerung stetig bis auf –0,57 V hinuntergepumpt. Die Vbb-Spannung schwankt zwischen –0,47 V und –0,57 V. Der Schwankungsbereich der Vwl bewegt sich jedoch aufgrund ihrer höheren Ansprechgeschwindigkeit zwischen –0,48 V und –0,5 V. Im aktiven Betriebsmodus können bei geringem Strombedarf nur eine Vwl-Pumpe oder bei hohem Strombedarf vier Pumpen gleichzeitig aktiv sein.
Im Folgenden wird als Beispiel anhand eines realen eDRAM-Speicherbauelements eine Abschätzung der Einkopplungsstörung der auf LOW liegenden Wortleitungsspannung (oder Vwl) durch die Bitleitungen gegeben:

(1) Es wird angenommen, dass beim Auswählen einer Wortleitung eines Speicherbauelements mit einer 1M-Matrix eine halbe (1/2) Vdd-Spannung erkannt wird. Zum schlimmsten Fall der Einkopplung kommt es, wenn in allen Zellen eine logische „Null" gespeichert ist und die Zellen dieser Wortleitung gelesen werden. Dann springt eine Bitleitung jedes Paars von 0 V auf 180 mV, während die andere Bitleitung auf 2 Vdd verbleibt. Daher springen insgesamt 2048 Bitleitungen beim Signalaufbau innerhalb eines Zeitraums von ungefähr 2 ns von 0 V auf 180 mV.
(2) Diese 2048 Bitleitungen koppeln in 512 (genauer 511) nicht ausgewählte Wortleitungen ein. Die Kopplungskapazität zwischen der Bitleitung und der passiven Wortleitung beträgt für jede Zelle ungefähr 0,062 fF; da eine 1M-Matrix 512 Wortleitungen und 2048 Bitleitungspaare besitzt, ergibt sich eine gesamte Einkopplungskapazität von ungefähr 0,062 fF × 2048 × 512 = 0,065 nF. Durch die Verwendung von 512 Zellen soll der schlimmste Fall angenommen werden. Das bedeutet, dass die Einkopplung von der Leitungsbahn einer Bitleitung zur Leitungsbahn einer Wortleitung genauso groß ist wie für das gesamte Speicherbauelement.
(3) Die Vwl-Entkopplung umfasst nicht nur den Entkopplungskondensator mit einer Kapazität von ungefähr 1,5 nF, sondern auch die Wortleitungen von jeder der vier Speicherbauelemente, die mit den WLL-Bussen verbunden sind. Die Gesamtkapazität der Wortleitungen eines Speicherbauelements wird zu 0,206 fF/Zelle × 2048 × 512 = 0,216 nF veranschlagt.
(4) Die Einkopplungsstörung der Vwl-Spannung kann auf 180 mV × (0,065 nF)/(0,065 nF + 4 × 0,216 nF + 1,5 nF) geschätzt werden.

Normalerweise wird bei kurzen Zykluszeiten von beispielsweise 20 ns das, was eingekoppelt wird, auch wieder ausgekoppelt. Die Vwl-Generatoren sind nicht in der Lage, auf diese Geschwindigkeit zu reagieren. Beim aktiven Betriebsmodus hingegen, wenn die Wortleitungen mit langen Zykluszeiten, also im Seitenmodus arbeiten, fahren die vier aktiven negativen Vwl-Generatoren die Spannung auf den Zielwert hoch, bevor die WLL-Spannung ausgekoppelt wird. Im Ruhemodus vermag die Vbb-Pumpe während der langen Auffrischungszeit (z.B. 200 ns) die Vwl-Spannung nicht herunterzufahren, nachdem sie eingekoppelt wurde. Da die Vwl jedoch zur Vbb hinzugeschaltet wird, kann die Störspannung durch die erhöhte Entkopplungskapazität weiter bis auf etwa 24 mV verringert werden. Wenn alle Bitleitungen wieder auf Masse gesetzt werden, kehrt die Vwl-Spannung schließlich zu ihrem Ursprungswert zurück. Die Vwl-Generatoren sind vorzugsweise leistungsfähig genug, um die Kopplung zu verhindern und den Kriechstrom der Zellen gering zu halten.
Durch die Ausgestaltung eines stromsparenden Spannungsgenerators für negative Wortleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Bereitschaftsstrom des Vbb- und des Vwl-Generators von ungefähr 186 μA auf ungefähr 10 μA gesenkt. Dies stellt insbesondere für batteriebetriebene integrierte Anwendungen (d.h. im Taschenformat) eine deutliche Stromeinsparung dar. Darüber hinaus kehrt die Vorrichtung praktisch ohne Wartezeit wieder in den normalen aktiven Betriebsmodus zurück.
Obwohl die Erfindung insbesondere in Bezug auf deren anschauliche und spezielle Ausführungsarten gezeigt und beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass in ihr das oben Beschriebene sowie weitere formelle und sachliche Änderungen ausgeführt werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, die nur durch den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt werden soll. Daher kann dasselbe Konzept, obwohl die hier beschriebene Erfindung ein Pumpsystem für gemeinsam genutzte negative Spannungen Vbb und Vwl für DRAM-Speicherschaltungen betrifft, um die Leistungsfähigkeit zu steigern, den Stromverbrauch zu verringern und mögliche Störungen durch Einkopplung zu vermeiden, auch auf andere Systeme mit zwei oder mehr Pumpen Anwendung finden.

Claims

Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtung für ein Speicherbauelement, das eine Matrix von Speicherzellen auf einem Halbleitersubstrat umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Vwl-Spannungsgeneratorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen zum Bereitstellen einer ersten niedrigen Wortleitungsspannung an einem von dessen Ausgängen, um in einem Speicherbauelement Speicherzellen abzuwählen; eine Vbb-Spannungsgeneratorvorrichtung für eine Matrixträgervorspannung zum Bereitstellen einer zweiten (negativen) Vorspannung an einem von dessen Ausgängen, um an den Matrixträger in einem Speicherbauelement eine Vorspannung anzulegen; und ein elektronischer Schalter zum selektiven Verbinden des Ausgangs der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung während eines oder mehrerer Betriebszustände des Speicherbauelements, wobei während eines Einschalt-Betriebszustands zum Einschalten der Generatorvorrichtung der elektronische Schalter den Ausgang der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung verbindet, um einen Einschaltvorgang des Speicherbauelements zu beschleunigen.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem der zum Kurzschließen der Vbb- und der Vwl-Generatorvorrichtung verwendete elektronische Schalter während des Einschaltvorgangs so lange aktiviert bleibt, bis ein Vwl-Zielspannungswert erreicht ist.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem der elektronische Schalter während eines aktiven Betriebszustands des Speicherbauelements den Ausgang der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen vom Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung automatisch trennt, damit die Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen und die Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung unabhängig voneinander wirken können.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem der elektronische Schalter während eines Ruhemodus den Ausgang der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung verbindet.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 4, bei dem die Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen während eines Ruhemodus zum Stromsparen während des Ruhemodus ausgeschaltet wird, wobei der Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung während des Ruhemodus die Vwl-Spannung für das Speicherbauelement bereitstellt.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Anstiegszeiten des Vbb-Spannungsgenerators und des Vwl-Spannungsgenerators, während derer der Vwl-Zielspannungswert beim Einschaltvorgang erreicht wird, identisch sind.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem das Speicherbauelement während des aktiven Betriebsmodus eine Auffrischung durchführt, indem die Vwl-Spannungserzeugungsvorrichtung eingeschaltet wird, um die während des aktiven Betriebsmodus benötigte hohe Ladeleistung zu erreichen.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen und die Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung jeweils eine Begrenzerschaltung, eine Ladepumpenschaltung und eine Oszillatorschaltung zum Erzeugen von Taktimpulsen für die Stromversorgung des jeweiligen Generators, um deren jeweilige Ausgangsspannung Vwl und Vbb zu erhöhen, umfassen, wobei die Begrenzerschaltung des Vbb-Generators zum Stromsparen absichtlich mit einer geringeren Geschwindigkeit betrieben wird als die Begrenzerschaltung des Vwl-Generators.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtungfür ein Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei dem eine Betriebsfrequenz des Oszillators für die Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen höher als die Arbeitsfrequenz des Oszillators für die Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung ist.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtung für ein integriertes Halbleiterbauelement, das Folgendes umfasst: eine erste Spannungserzeugungsvorrichtung zum Bereitstellen einer ersten Spannung an einem seiner Ausgänge; eine zweite Spannungserzeugungsvorrichtung zum Bereitstellen einer zweiten Spannung an einem seiner Ausgänge; einen elektronischen Schalter zum selektiven Verbinden des Ausgangs der ersten Spannungserzeugungsvorrichtung mit dem Ausgang der zweiten Spannungserzeugungsvorrichtung während eines oder mehrerer Betriebszustände, wobei während eines Einschalt-Betriebszustands zum Einschalten der Generatorvorrichtung der elektronische Schalter den Ausgang der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung verbindet, um einen Einschaltvorgang des Speicherbauelements zu beschleunigen.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei dem das integrierte Bauelement ein Speicherbauelement ist und die erste Spannungserzeugungsvorrichtung eine Generatorvorrichtung für Wortleitungen umfasst.
Stromsparende Spannungsversorgungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei dem das integrierte Bauelement ein Speicherbauelement ist und die zweite Spannungserzeugungsvorrichtung eine Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung umfasst.
Verfahren zum Bereitstellen von Spannungen für ein Speicherbauelement, das eine Matrix von Speicherzellen auf einem Halbleitersubstrat umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: a) Bereitstellen einer ersten (Wortleitungs-) Spannung an einem Ausgang einer Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen zum Auswählen von Speicherzellen in einem Speicherbauelement; b) Bereitstellen einer zweiten (negativen Vor-) Spannung an einem Ausgang einer Vbb-Generatorvorrichtung für eine Matrixträgervorspannung zum Anlegen einer Vorspannung an eine Matrix auf einem Substrat in einem Speicherbauelement; und, c) selektives Verbinden des Ausgangs der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung während eines oder mehrerer Betriebszustände des Speicherbauelements, wobei zu dem Schritt c) während eines Einschalt-Betriebszustands das Verbinden des Ausgangs der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung gehört, um einen Einschaltvorgang des Speicherbauelements zu beschleunigen.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner das Aktivieren des elektronischen Schalters zum Kurzschließen der Vbb-Generatorvorrichtung mit der Vwl-Generatorvorrichtung während des Einschaltvorgangs bis zum Erreichen eines Vwl-Zielspannungswertes beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem zu dem Schritt c) während eines aktiven Betriebszustands des Speicherbauelements das automatische Trennen des Ausgangs der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen von dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung gehört, damit die Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen und die Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung unabhängig voneinander arbeiten können.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem zu dem Schritt c) während eines Ruhemodus das Verbinden des Ausgangs der Vwl-Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen mit dem Ausgang der Vbb-Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung gehört.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem, während zum Stromsparen im Ruhemodus der Schritt des Beendens der Funktion der Generatorvorrichtung für negativ gepolte Wortleitungen erfolgt, der Ausgang der Generatorvorrichtung für eine Trägervorspannung die Vwl-Spannung während des Ruhemodus für das Speicherbauelement bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Vbb- und der Vwl-Spannungsgenerator im Wesentlichen identische Anstiegszeiten aufweisen, bis der Vwl-Zielspannungswert während des Einschaltvorgangs erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Speicherbauelement während des aktiven Betriebszustands ein Auffrischen durchführt, wobei zu dem Schritt c) ferner der Schritt des Einschaltens der Vwl-Spannungserzeugungsvorrichtung gehört, um die während des aktiven Betriebszustand erforderliche Ladeleistung zu erbringen.