JP2001160287A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JP2001160287A
JP2001160287A JP2000314433A JP2000314433A JP2001160287A JP 2001160287 A JP2001160287 A JP 2001160287A JP 2000314433 A JP2000314433 A JP 2000314433A JP 2000314433 A JP2000314433 A JP 2000314433A JP 2001160287 A JP2001160287 A JP 2001160287A
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健 阪田
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真志 堀口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an integrated circuit which is operated with low power consumption and in which memory cells are arranged in high density. SOLUTION: Each stage B1-B4 in which word drivers are arranged dividing to plural stages is made a unit block controlling a sub-threshold current of a word driver. Each unit block is provided with a current control means respectively, when one block is controlled so as to restrict a sub-threshold current, the other block is controlled so as to permit that a sub-threshold current flows.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は微細MOSトランジ
スタで構成された半導体集積回路に係り、特に高速・低
電力動作に適した回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit composed of fine MOS transistors, and more particularly to a circuit suitable for high-speed and low-power operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】1989 インターナショナル シンポ
ジウム オン ブイ・エル・エス・アイ テクノロジ
ー,システムズ アンド アプリケーションズ、プロシ
ーディングズ オブ テクニカル ペーパーズ(1989年
5月)第188頁から第192頁(1989 International
Symposium on VLSI Technology, Systems and Applicat
ions, Proceedings of Technical Papers, pp.188-192
(May 1989))に述べられているように、MOSトランジ
スタが微細化されるにつれてその耐圧が低下するため
に、その動作電圧を低くせざるを得ない。この場合に、
高速動作を維持するためには、動作電圧の低下に見合っ
てMOSトランジスタのしきい電圧(VT)も低下させ
る必要がある。これは、動作速度は、MOSトランジス
タの実効ゲート電圧、すなわち動作電圧からVTを差し
引いた値で支配され、この値が大きいほど高速だからで
ある。例えば、実効チャネル長が0.15μm以下、チ
ップ内部の標準的動作電圧が1V、昇圧されたワード線
の電圧が1.75V程度と予想される16ギガビットD
RAMでは、トランジスタのVT(チャネル幅μm,ド
レイン電流10nAで定義、接合温度25℃の標準条
件、簡単のためにPMOSトランジスタのVTは符号を
反転させて示す)は−0.04Vともなる。しかし、動
作電圧が2V程度以下になり、VTを0.4V程度以下
にせざるを得なくなると、以下に述べるように、MOS
トランジスタのサブスレッショルド特性(テーリング特
性)によって、トランジスタを完全にオフすることはも
はやできなくなり、直流電流が流れるという現象が生ず
る。
[Background Art] 1989 International Symposium on VSI Technology, Systems and Applications, Proceedings of Technical Papers (1989
(May) Pages 188 to 192 (1989 International
Symposium on VLSI Technology, Systems and Applicat
ions, Proceedings of Technical Papers, pp.188-192
(May 1989)), as the MOS transistor is miniaturized, its breakdown voltage decreases, so that its operating voltage must be lowered. In this case,
In order to maintain the high-speed operation, it is necessary to lower the threshold voltage (V T ) of the MOS transistor in accordance with the lowering of the operating voltage. This operating speed, the effective gate voltage of the MOS transistor, that is, ruled by a value obtained by subtracting the V T from the operating voltage is because fast as this value is larger. For example, a 16 gigabit D is expected to have an effective channel length of 0.15 μm or less, a standard operating voltage inside the chip of 1 V, and a boosted word line voltage of about 1.75 V.
In RAM, V T of the transistors (channel width [mu] m, defined by the drain current 10 nA, standard conditions of junction temperature 25 ° C., showing V T of the PMOS transistor for simplicity inverts the sign) is also -0.04V . However, the operating voltage is below about 2V, when not forced to the V T below about 0.4V, as described below, MOS
Due to the sub-threshold characteristic (tailing characteristic) of the transistor, the transistor can no longer be completely turned off, and a phenomenon occurs in which a direct current flows.

【0003】図6に示す従来のCMOSインバータにつ
いて説明する。理想的には、入力信号INが低レベル
(=VSS)の時はNチャネルMOSトランジスタMN
オフ、INが高レベル(=VCC)の時はPチャネルMO
SトランジスタMPがオフになり、いずれにしても出力
電圧が確定した状態では電流が流れることはない。しか
し、MOSトランジスタのVTが低くなると、サブスレ
ッショルド特性を無視することができなくなる。
A conventional CMOS inverter shown in FIG. 6 will be described. Ideally, when the input signal IN is at a low level (= V SS ), the N-channel MOS transistor MN is off, and when the input signal IN is at a high level (= V CC ), the P-channel MOS transistor MN is turned off.
When the S transistor M P is turned off and the output voltage is determined in any case, no current flows. However, when the V T of the MOS transistor is lowered, it becomes impossible to ignore the subthreshold characteristic.

【0004】図7に示すように、サブスレッショルド領
域におけるドレイン電流IDSは、ゲート・ソース間電圧
GSの指数関数に比例し、次式で表される。
As shown in FIG. 7, a drain current I DS in a subthreshold region is proportional to an exponential function of a gate-source voltage V GS and is expressed by the following equation.

【0005】[0005]

【数1】 (Equation 1)

【0006】ただし、WはMOSトランジスタのチャネ
ル幅、I0、W0はVTを定義する際の電流値およびチャ
ネル幅、Sはテーリング係数(VGS-log IDS特性の傾
きの逆数)である。したがって、VGS=0でもサブスレ
ッショルド電流
[0006] However, W is the channel width of the MOS transistor, I 0, W 0 is the current value and the channel width in defining the V T, S is tailing factor (inverse of the slope of V GS -log I DS characteristics) is there. Therefore, even if V GS = 0, the subthreshold current

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】が流れる。図6のCMOSインバータでオ
フ状態のトランジスタはVGS=0であるから、非動作時
において高電源電圧VCCから接地電位である低電源電圧
SSに向かって上記の電流ILが流れることになる。こ
のサブスレッショルド電流は、図7に示すように、しき
い電圧をVTからVT'に低下させると、ILからIL'に指
数関数的に大きくなる。数2の上式から明らかなよう
に、サブスレッショルド電流を低減するためには、VT
を大きくするかSを小さくすればよい。しかし、前者は
実効ゲート電圧の低下による速度の低下を招く。特に、
耐圧の点から微細化とともに動作電圧を低くしていく
と、速度低下は顕著になり、微細化の利点を生かせなく
なるので好ましくない。また後者は、室温動作を前提と
する限り、次の理由により困難である。テーリング係数
Sは、ゲート絶縁膜の容量COXとゲート下の空乏層の容
量CDにより、次のように表される。
Flows. Since the transistor in the off state in the CMOS inverter of FIG. 6 has V GS = 0, the above-mentioned current IL flows from the high power supply voltage V CC to the low power supply voltage V SS which is the ground potential during non-operation. Become. The subthreshold current, as shown in FIG. 7, 'Lowering the, I L from I L' V T the threshold voltage from V T exponentially increases in the. As is apparent from the above equation, in order to reduce the subthreshold current, V T
May be increased or S may be decreased. However, the former causes a reduction in speed due to a reduction in the effective gate voltage. In particular,
If the operating voltage is lowered along with the miniaturization from the viewpoint of the withstand voltage, the speed drop becomes remarkable, and the advantage of the miniaturization cannot be utilized, which is not preferable. The latter is difficult for the following reasons, as long as it is operated at room temperature. Tailing factor S is the capacitance C D of the depletion layer capacitance C OX and under the gate of the gate insulating film is represented as follows.

【0009】[0009]

【数3】 (Equation 3)

【0010】ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温
度、qは素電荷である。上式から明らかなように、COX
およびCDの如何にかからわずS≧kT ln 10/qであ
り、室温では60mV以下にすることは困難である。
Here, k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, and q is elementary charge. As is clear from the above equation, C OX
And C D are Notwithstanding the how S ≧ kT ln 10 / q of, it is difficult to below 60mV at room temperature.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上述べた現象のため
に、多数のMOSトランジスタで構成された半導体集積
回路の実質的な直流電流は著しく増大してしまう。特に
高温動作時には、VTが低くSが大きくなるため、この
問題はさらに深刻になる。低電圧動作・低電力化が重要
である今後のコンピュータ等のダウンサイジング時代に
おいては、あるいは携帯用機器に必須である電池動作の
時代においては、このサブスレッショルド電流の増大は
本質的な問題である。
Due to the phenomena described above, the substantial DC current of a semiconductor integrated circuit composed of a large number of MOS transistors significantly increases. In particular, at the time of high-temperature operation, since VT is low and S is large, this problem becomes more serious. In the era of downsizing such as computers where low voltage operation and low power are important, or in the era of battery operation which is essential for portable devices, this increase in subthreshold current is an essential problem. .

【0012】この問題を、代表的な半導体集積回路であ
るメモリを用いてさらに説明する。メモリLSI、例え
ばダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRA
M)では図8に示すように、メモリアレーMA内の任意
のメモリセルMCを選択するために、行線(ワード線W
L)を選択・駆動するためのXデコーダ(XDEC)と
ワードドライバ(WD)ならびに列線(データ線D)の
信号を増幅するセンスアンプ(SA)とセンスアンプを
駆動するセンスアンプ駆動回路(SAD)および列線を
選択するYデコーダ(YDEC)から構成される。さら
にこれらの回路を制御するための周辺回路(PR)が内
蔵されている。これらの回路の主要部は、動作時や待機
時あるいは電池バックアップ時などでの低消費電力化の
ために、上述のCMOS論理回路を基本にした回路構成
になっている。しかし、トランジスタのしきい値電圧V
T(以下、簡単のためにPMOSトランジスタとNMO
Sトランジスタの絶対値は等しく、VTと仮定する。)
が低下してくると、上述の理由で貫通電流が激増してく
る。特にデコーダとドライバあるいは周辺回路部でそれ
が顕著になる。これらを構成する回路数が圧倒的に多
く、しかも特殊な機能をもつためである。例えば、デコ
ーダやドライバについてみると、アドレス信号によって
多数の同じ形式の回路の中から少数の特定の回路を選択
し駆動する。VTが十分大きければ、多数の非選択回路
は完全にカットして、すなわち貫通電流を実質的に零に
したまま、この選択・駆動がなされる。一般にメモリの
記憶容量が増加すると、このデコーダやドライバの数は
増えるが、非選択回路に貫通電流が流れない限り、記憶
容量が増大しても全体の電流が増えることはない。しか
し、これが可能なのはVTが大きい場合だけで、上述の
ように低くなると貫通電流は激増する。同様にチップ全
体が非選択(待機状態)の場合、従来はチップ内のほと
んどの回路をオフにして、電源電流を極力小さくできて
いたが、もはやこれは不可能となる。この問題はメモリ
LSIに限らず、メモリを内蔵するCMOS論理回路を
基本にした全ての半導体集積回路で共通である。
This problem will be further described with reference to a memory which is a typical semiconductor integrated circuit. Memory LSI, for example, a dynamic random access memory (DRA)
M), as shown in FIG. 8, a row line (word line W) is used to select an arbitrary memory cell MC in the memory array MA.
X) for selecting and driving L), a word driver (WD), a sense amplifier (SA) for amplifying a signal of a column line (data line D), and a sense amplifier driving circuit (SAD) for driving the sense amplifier. ) And a Y decoder (YDEC) for selecting a column line. Further, a peripheral circuit (PR) for controlling these circuits is built in. The main part of these circuits has a circuit configuration based on the above-described CMOS logic circuit in order to reduce power consumption during operation, standby, battery backup, and the like. However, the threshold voltage V of the transistor
T (Hereinafter, for simplicity, PMOS transistor and NMO
The absolute value of the S transistor is equal, it is assumed that V T. )
Decreases, the through current increases drastically for the above-mentioned reason. This is particularly noticeable in the decoder and driver or peripheral circuit section. This is because the number of circuits constituting these is overwhelmingly large and has special functions. For example, regarding a decoder or a driver, a small number of specific circuits are selected and driven from a large number of circuits of the same type by an address signal. If V T is large enough, many non-selection circuits are completely cut, that is, this selection / driving is performed while the through current is substantially zero. In general, as the storage capacity of the memory increases, the number of decoders and drivers increases. However, as long as the through current does not flow through the non-selection circuit, the total current does not increase even if the storage capacity increases. However, this is only possible when VT is large, and as described above, the through current will increase sharply. Similarly, when the entire chip is not selected (standby state), conventionally, most of the circuits in the chip were turned off to reduce the power supply current as much as possible, but this is no longer possible. This problem is not limited to the memory LSI, but is common to all semiconductor integrated circuits based on a CMOS logic circuit incorporating a memory.

【0013】従って本発明の目的とするところは、MO
Sトランジスタを微細化しても高速・低電力の半導体集
積回路装置を提供すること、特にメモリあるいはメモリ
を内蔵する半導体集積回路装置において問題となるワー
ドドライバ,デコーダなどの貫通電流を低減することに
ある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an MO
It is an object of the present invention to provide a high-speed and low-power semiconductor integrated circuit device even if the S transistor is miniaturized, and to reduce a through current of a word driver, a decoder, and the like which is a problem particularly in a memory or a semiconductor integrated circuit device incorporating a memory. .

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、多数の同種の回路から構成されており、所望の時間
帯には少数の回路だけが選択的に動作し、残りは非選択
状態を保つような半導体集積回路において、上記多数の
回路を少なくとも1個以上のブロックとし、該ブロック
に対応して給電線を設け、この給電線に選択的に所望の
動作電圧を与える。その選択機能は、アドレス信号、活
性時と待機時などの動作モードを指定する信号あるいは
活性時間帯内でのある特定時間帯を指定する信号、もし
くはそれらの組み合わせ信号により実現される。
In order to achieve the above-mentioned object, a plurality of circuits of the same kind are constituted, and only a small number of circuits selectively operate in a desired time zone, and the rest are in a non-selected state. In such a semiconductor integrated circuit, a large number of circuits are formed into at least one or more blocks, and a power supply line is provided corresponding to the block, and a desired operation voltage is selectively applied to the power supply line. The selection function is realized by an address signal, a signal designating an operation mode such as active and standby, a signal designating a specific time zone in the active time zone, or a combination thereof.

【0015】トランジスタのしきい値電圧が低くても、
非選択回路に流れる貫通電流を最小化できる。
[0015] Even if the threshold voltage of the transistor is low,
Through current flowing to the non-selection circuit can be minimized.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】まず、本発明をDRAMのワード
ドライバ(図8中WD)に適用した例について説明す
る。ワード線が選択され所要のワード電圧VCHがワード
線に印加された後の状態を例にとると、図9に示す従来
の構成では、VTが十分高くありさえすれば、すべての
CMOSドライバには貫通電流が流れない。しかし、V
Tが0.4V程度以下と低くなると、ワードドライバに
貫通電流が流れるようになり、大容量化しワードドライ
バ数(r)が増加すると共にこの大きさは無視できなく
なる。この貫通電流の合計IAは、
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an example in which the present invention is applied to a word driver (WD in FIG. 8) of a DRAM will be described. If desired word voltage V CH word line is selected takes a state after being applied to the word line as an example, in the conventional structure shown in FIG. 9, if V T is even located high enough, all the CMOS driver Does not flow through. But V
When T becomes as low as about 0.4 V or less, a through current flows through the word driver, the capacity increases, the number of word drivers (r) increases, and this size cannot be ignored. The total I A of this through current is

【0017】[0017]

【数4】 (Equation 4)

【0018】と表せる。ここで、図2に示すようにVT
は電流値I0で定義したしきい値電圧、Sはテーリング
係数である。ワードドライバ電源VCHは通常、外部電源
をチップ内部で昇圧して供給されるので、電流駆動能力
には限界があり、IAが大きくなると処理できなくな
る。これを解決する方法として、(1)ワードドライバ
の給電線に所要の電圧を所望の期間だけ印加する方法、
(2)ワードドライバ群を複数のドライバからなる多数
のブロックに分けて、所要の電圧を選択したい特定ブロ
ックにのみ印加する方法、(3)両者を組み合わせた方
法、がある。
## EQU1 ## Here, as shown in FIG. 2 V T
Is a threshold voltage defined by the current value I 0 , and S is a tailing coefficient. Since the word driver power supply V CH usually provided by boosting the external power supply inside the chip, the current driving capability is limited, it can not be processed and I A increases. As a method for solving this, (1) a method of applying a required voltage to a power supply line of a word driver for a desired period,
(2) A method in which a group of word drivers is divided into a number of blocks including a plurality of drivers, and a required voltage is applied only to a specific block to be selected, and (3) a method in which both are combined.

【0019】図10は、ワードドライバの給電線に所要
の電圧を所望の期間だけ印加し、サブスレッショルド電
流が流れる時間を限定した実施例である。ドライバの論
理入力が確定した後にブロックの共通給電線に所要のワ
ード電圧を供給することに特長がある。図11に示す動
作タイミングに従い、ワードドライバを構成するPMO
Sトランジスタの電圧関係に着目して、動作を説明す
る。NMOSトランジスタとキャパシタ(蓄積容量)か
らなる周知のDRAM用メモリセルの場合、非選択状態
のすべてのワード線の電圧はVSS(0V)でなければな
らないために、選択しようとするワードドライバを含む
全てのワードドライバ内の該PMOSトランジスタのゲ
ート電圧はVCHである。次に選択動作が始まると選択ド
ライバ(#1)のPMOSトランジスタのゲートNX1
けが0Vとなる。このとき、その他のワードドライバ
(#2〜#r)ではVCHのままであり、これですべての
ワードドライバのPMOSトランジスタのゲート電圧が
確定する。今、PMOSトランジスタのソースが接続さ
れた共通給電線PBの電圧を、上述したPMOSトラン
ジスタのゲート電圧が確定する前までは、該PMOSト
ランジスタのサブスレッショルド電流が無視できる程度
に、VCHよりも低いある電圧以下、極端な場合には0V
に設定しておく。ここで、ある電圧とは、PMOSトラ
ンジスタのVTに対して、VCH−(0.4V−VT)程度
である。なぜなら、PMOSトランジスタのサブスレッ
ショルド電流を無視できる程度に小さくするためには、
ゲート−ソース間の電圧からVTを引いた実効ゲート電
圧が、前述したように0.4V程度必要だからである。
例えば、16ギガビットDRAMでは、前述したように
CH=1.75V,VT=−0.04V程度なので、こ
こでいうある電圧は、1.31V程度である。ゲート電
圧確定後に共通給電線PBをVCHに上げると、選択ワー
ド線には対応したPMOSトランジスタからVCHの電圧
が印加される。所望の期間印加した後、すべてのワード
ドライバでPMOSトランジスタのゲート電圧をVCH
すると、選択ワード線は対応するNMOSトランジスタ
によって0Vに放電する。その後に、共通給電線PB
電圧を再び上述したある電圧以下に降下させる。このよ
うな駆動法によって、共通駆動線にVCHが印加されてい
る期間中には非選択ワードドライバのPMOSトランジ
スタにはサブスレッショルド電流は依然として流れ続け
るという問題点があるが、それ以外の時間帯には外電流
が流れることはない。なお、共通給電線に所要のワード
電圧を印加した後にドライバの論理入力が確定しても、
ワード線には正常な電圧が得られる。この場合には、給
電線にワード電圧を印加してからドライバの論理入力が
確定するまでの期間は、すべてのワードドライバにサブ
スレッショルド電流が無駄に流れる。これに対して、論
理入力が確定してから共通給電線にワード電圧を印加す
る方法では、この期間の無駄な電流は削減できる。ただ
し、やや低速な動作となる。共通給電線の寄生容量が大
きいために、この部分での立ち上がり時間が長く必要と
なり、その分だけアクセス時間が遅くなるためである。
FIG. 10 shows an embodiment in which a required voltage is applied to a power supply line of a word driver only for a desired period and the time during which a subthreshold current flows is limited. It is characterized in that a required word voltage is supplied to the common power supply line of the block after the logic input of the driver is determined. According to the operation timing shown in FIG.
The operation will be described focusing on the voltage relationship of the S transistor. In the case of a well-known DRAM memory cell composed of an NMOS transistor and a capacitor (storage capacitor), the voltage of all non-selected word lines must be V SS (0 V), and therefore includes a word driver to be selected. The gate voltage of the PMOS transistor in all word drivers is V CH . Next, when the selection operation starts, only the gate N X1 of the PMOS transistor of the selection driver (# 1) becomes 0V. At this time, V CH remains at the other word drivers (# 2 to #r), and the gate voltages of the PMOS transistors of all the word drivers are determined. Now, before the gate voltage of the PMOS transistor is determined, the voltage of the common power supply line P B to which the source of the PMOS transistor is connected is set higher than V CH so that the sub-threshold current of the PMOS transistor can be ignored. Low below a certain voltage, 0V in extreme cases
Set to. Here, the certain voltage, with respect to V T of the PMOS transistor, V CH - is about (0.4V-V T). Because, to make the subthreshold current of the PMOS transistor small enough to be ignored,
Gate - effective gate voltage minus V T from the voltage between the source, because we need about 0.4V as described above.
For example, the 16 gigabit DRAM, V CH = 1.75V As described above, since the order of V T = -0.04V, the voltage is referred to here is about 1.31V. Increasing the common feeder line P B after the gate voltage decision to V CH, the voltage of V CH is applied from a PMOS transistor corresponding to the selected word line. After applying the desired time period, the gate voltage of the PMOS transistor in all of the word driver to V CH, discharged to 0V is selected word line by the corresponding NMOS transistor. Thereafter, the voltage of the common power supply line P B is reduced again to a certain voltage or lower. With such a driving method, there is a problem that the sub-threshold current still flows in the PMOS transistor of the non-selected word driver during the period when V CH is applied to the common drive line. There is no external current flowing through the. Even if the logic input of the driver is determined after applying the required word voltage to the common feed line,
A normal voltage is obtained on the word line. In this case, during the period from when the word voltage is applied to the power supply line to when the logical input of the driver is determined, a subthreshold current flows in all word drivers uselessly. On the other hand, in the method in which the word voltage is applied to the common power supply line after the logic input is determined, useless current during this period can be reduced. However, the operation is slightly slower. This is because the large parasitic capacitance of the common power supply line requires a long rise time in this portion, and the access time is correspondingly delayed.

【0020】図12ならびに図13は、上述した問題点
を解決する概念的実施例で、ワードドライバ群を複数の
ドライバからなる多数のブロックに分割し、サブスレッ
ショルド電流を選択されたブロックだけに限定したこと
に特長がある。すなわち、分割数に逆比例して該電流を
低減できる。図12は、n個のワードドライバからなる
ブロックm個を1次元配置したもの(ただし、m・n=
r)で、図10に示した実施例に比べて1/mだけサブ
スレッショルド電流を小さくできる。図13は、l(小
文字のエル)個のワードドライバからなるブロックをk
(以下ではボルツマン定数ではない)個だけ行方向に、
またj個だけ列方向に2次元(マトリクス)配置したも
の(ただし、j・k・l=r)である。この構成では、
図10に示した実施例に比べて1/(j・k)だけサブ
スレッショルド電流を小さくできる。図12の1次元配
置は図13の2次元配置についての説明から自明となる
ので、以下では2次元配置を例にさらにいくつかの実施
例をもとに詳細に説明する。
FIGS. 12 and 13 show a conceptual embodiment for solving the above-mentioned problem. The word driver group is divided into a large number of blocks composed of a plurality of drivers, and the subthreshold current is limited to only selected blocks. There is a feature in doing. That is, the current can be reduced in inverse proportion to the number of divisions. FIG. 12 shows a one-dimensional arrangement of m blocks of n word drivers (where mn =
In r), the subthreshold current can be reduced by 1 / m as compared with the embodiment shown in FIG. FIG. 13 shows a block composed of 1 (lowercase letter) word drivers k
(Not Boltzmann's constant in the following)
In addition, j pieces are two-dimensionally (matrix) arranged in the column direction (however, j · k · l = r). In this configuration,
The subthreshold current can be reduced by 1 / (j · k) as compared with the embodiment shown in FIG. Since the one-dimensional arrangement in FIG. 12 is obvious from the description of the two-dimensional arrangement in FIG. 13, the two-dimensional arrangement will be described in detail below with reference to some embodiments.

【0021】図14は2次元配置の代表的選択方式の実
施例で、図15はその動作タイミング図である。選択し
たいブロック、例えばB1,1に対応する行線(PS1)に
所要のワード電圧VCHを印加し、対応する列線(ΦB1
には0Vを印加する。ブロック選択PMOSトランジス
タQ1,1はオンとなり、B1,1に属する給電線(P1,1
はVCHに充電される。B1,1に属するワードドライバを
構成するPMOSトランジスタのゲート電圧は既に確定
しているので、それに応じて選択されたワード線にVCH
が印加される。もちろん前述したように、P1,1にVCH
を印加した後に上述のゲート電圧が確定してもワード線
を正常に駆動できる。所望の期間だけ印加した後、P11
はそれに接続されているNMOSトランジスタで0Vに
放電される。非選択ブロックに属する給電線は0Vのま
まである。ここで簡単のために、ブロック選択PMOS
トランジスタならびに給電線放電用NMOSトランジス
タのVTを充分高く(0.4V程度)選んだ場合を考え
る。非選択ブロックの給電線は常に0Vなので、非選択
ブロック中のワードドライバにはサブスレッショルド電
流は流れない。したがって、全体の貫通電流を、ほぼ選
択ブロック内のl個のワードドライバの貫通電流だけと
大幅に低減できる。また、給電線が分割され、分割され
た寄生容量の小さい給電線を駆動すれば良いので、図1
0に示した実施例に比べて高速に動作できる。
FIG. 14 shows an embodiment of a typical selection method of a two-dimensional arrangement, and FIG. 15 is an operation timing chart thereof. A required word voltage VCH is applied to a row line (P S1 ) corresponding to a block to be selected, for example, B 1,1 , and a corresponding column line (Φ B1 ) is applied.
Is applied with 0V. The block selection PMOS transistor Q 1,1 is turned on, and the power supply line (P 1,1 ) belonging to B 1,1
Is charged to V CH . Since the gate voltage of the PMOS transistor constituting the word driver belonging to B 1,1 has already been determined, V CH is applied to the word line selected accordingly.
Is applied. Of course, as described above, P 1,1 is V CH
, The word line can be normally driven even if the gate voltage is determined. After applying for a desired period, P 11
Is discharged to 0 V by an NMOS transistor connected to it. The feed line belonging to the unselected block remains at 0V. Here, for simplicity, block select PMOS
Transistor as well as sufficiently high the V T of the power supply line discharge for the NMOS transistor consider the case where (0.4V or so) chosen. Since the power supply line of the unselected block is always 0 V, no subthreshold current flows through the word driver in the unselected block. Therefore, the entire through current can be significantly reduced to almost only the through current of one word driver in the selected block. In addition, since the power supply line is divided and the divided power supply line having a small parasitic capacitance may be driven, FIG.
0 can be operated at a higher speed than the embodiment shown in FIG.

【0022】図1は、2次元配置の選択方式の他の実施
例である。図14に示した実施例と同様に、行の給電線
(例えばPS1)と列の制御線(例えばΦB1)で交点のブ
ロックだけを選択する。図4に示した実施例と異なる点
は以下の通りである。図4では、選択されていない状態
における各ブロックの給電線の電圧は0Vで、ブロック
の選択動作が開始されてからも非選択ブロックの給電線
は全て0Vである。いずれかひとつのブロックを選択す
るとき、その給電線の電圧を0VからVCHまで充電しな
ければならないため、低速でかつ過渡電流が大きくなる
欠点がある。これを解決するためには、あるブロックが
非選択状態から選択状態になるとき、その給電線の電圧
変化ができるだけ小さく、なおかつ他の非選択ブロック
のサブスレッショルド電流が無視できるほど小さく抑え
られていることが望ましい。図1に示す実施例は、これ
を実現するもので、以下の二つの特長を持つ。 (1)ドライバをブロックに分けた階層型給電線:それ
ぞれl個のワードドライバからなるブロックをj・k個
設けて、マトリクス状に配置する。それらをk個ずつに
分け、j個のセクタとする。各ブロックの給電線PB1
Bkを、ブロック選択トランジスタQB1〜QBkを介し
て、セクタの給電線(例えばPS1)に接続する。また、
各セクタの給電線PS1〜PSjを、セクタ選択トランジス
タQS1〜QSjを介して、給電線Pに接続する。さらに、
Pを動作モードと待機モードを選択するトランジスタQ
を介して、ワード電圧VCHの給電線に接続する。 (2)階層的なゲート幅の設定:ブロック選択トランジ
スタのゲート幅(d・W)を、ブロック内のワードドラ
イバトランジスタのゲート幅の合計(l・W)よりも十
分小さく選んでおく(d≪l)。また、セクタ選択トラ
ンジスタのゲート幅(e・W)を、セクタ内のブロック
選択トランジスタのゲート幅の合計(k・d・W)より
も十分小さく選んでおく(e≪k・d)。さらに、Qの
ゲート幅(f・W)を、全セクタ選択トランジスタのゲ
ート幅の合計(j・e・W)よりも十分小さく選んでお
く(f≪j・e)。
FIG. 1 shows another embodiment of the two-dimensional arrangement selection method. As in the embodiment shown in FIG. 14, only the block at the intersection between the power supply line (for example, P S1 ) and the column control line (for example, Φ B1 ) is selected. The differences from the embodiment shown in FIG. 4 are as follows. In FIG. 4, the voltage of the power supply line of each block in a non-selected state is 0 V, and the power supply lines of the non-selected blocks are all 0 V even after the block selecting operation is started. When any one block is selected, the voltage of the power supply line must be charged from 0 V to V CH, so that there is a disadvantage that the current is low and the transient current is large. In order to solve this, when a certain block is changed from the non-selected state to the selected state, the voltage change of the power supply line is as small as possible, and the sub-threshold current of the other non-selected blocks is suppressed to be negligible. It is desirable. The embodiment shown in FIG. 1 realizes this, and has the following two features. (1) Hierarchical power supply line in which drivers are divided into blocks: j · k blocks each consisting of l word drivers are provided and arranged in a matrix. These are divided into k sectors, and j sectors are set. Power supply line P B1 of each block
P Bk is connected to the feeder line of the sector (for example, P S1 ) via the block selection transistors Q B1 to Q Bk . Also,
The power supply lines P S1 to P Sj of each sector are connected to the power supply line P via the sector selection transistors QS 1 to QS j . further,
P is a transistor Q for selecting an operation mode and a standby mode.
Through the power supply line of the word voltage VCH . (2) Hierarchical gate width setting: The gate width (d · W) of the block selection transistor is selected to be sufficiently smaller than the total (l · W) of the gate widths of the word driver transistors in the block (d≪). l). In addition, the gate width (eW) of the sector selection transistor is selected to be sufficiently smaller than the sum (kdW) of the gate widths of the block selection transistors in the sector (e≪kd). Further, the gate width (f · W) of Q is selected to be sufficiently smaller than the sum (j · e · W) of the gate widths of all the sector select transistors (f≪j · e).

【0023】動作時には、QとQS1及びQB1をオンにし
て、選択ワードドライバ(#1)を含むブロックB1
びB1を含むセクタS1に対応した給電線PB1及びPS1
CHを供給する。ここで、すべてのトランジスタのVT
は、同じ低い値と仮定する。この構成により、非選択セ
クタ(S2〜Sj)のそれぞれ全体の貫通電流は、対応し
たセクタ選択トランジスタ(QS2〜QSj)1個のサブス
レッショルド電流に等しくなる。また、選択セクタ(S
1)内の非選択ブロック(B2〜Bk)の各々の貫通電流
は、対応したブロック選択トランジスタ(QB2〜QBk
1個のサブスレッショルド電流に等しくなる。なぜな
ら、サブスレッショルド電流はトランジスタのゲート幅
に比例するから、例えばS1内の非選択ブロックで仮に
l・iの電流が流れようとしても、結局は全体の貫通電
流は、ブロック選択トランジスタのサブスレッショルド
電流(d・i)に制限されるためである。したがって、
全貫通電流IAは、表1に示すようにほぼ(l+k・d
+j・e)iとなる。IAを小さくするためには、lと
(k・d)及び(j・e)を同程度の値に設定するのが
よい。ここで、d,e,fを4程度にしておけば、直列
トランジスタ(Q,QS1,QB1)の速度並びにチップ面
積に与える影響は小さくできる。
In operation, Q, Q S1 and Q B1 are turned on, and V is applied to the power supply lines P B1 and P S1 corresponding to the sector S 1 including the blocks B 1 and B 1 including the selected word driver (# 1). Supply CH . Where V T of all transistors
Assume the same low value. With this configuration, the entire through current of each of the non-selected sectors (S 2 to S j ) becomes equal to the sub-threshold current of one corresponding sector selection transistor (Q S2 to Q Sj ). In addition, the selected sector (S
The through current of each of the unselected blocks (B 2 to B k ) in 1 ) is determined by the corresponding block selection transistors (Q B2 to Q Bk ).
It is equal to one subthreshold current. Because the sub-threshold current is proportional to the gate width of the transistor, for example, even if a current of l · i tries to flow in a non-selected block in S 1 , the entire through current eventually becomes the sub-threshold of the block selection transistor. This is because the current is limited to the current (d · i). Therefore,
All through current I A is substantially as shown in Table 1 (l + k · d
+ J · e) i. In order to reduce I A , it is preferable to set l and (k · d) and (j · e) to the same value. Here, if d, e, and f are set to about 4, the influence on the speed and the chip area of the series transistors (Q, Q S1 , Q B1 ) can be reduced.

【0024】例えば待機時には、Q,Q1〜Qkをすべて
ほとんどオフの状態にする。全体の貫通電流ISはQの
サブスレッショルド電流と等しくなり、従来に比べf/
j・k・lだけ小さくできる。なお、ブロックの給電線
の電圧は、j・k・l・Wとf・Wの比とテーリング係
数によって定まるΔVだけVCHから下がり、図2に示す
ようになる。
For example, during standby, Q, Q 1 to Q k are all turned off. The total through current I S becomes equal to the sub-threshold current of Q, and f /
j · k · l. The voltage of the power supply line of the block is lowered from V CH by ΔV which is determined by the ratio and tailing coefficient j · k · l · W and f · W, as shown in FIG.

【0025】表1には、数値例として16ギガビットD
RAMを想定して得られた電流値も示している。そこで
用いたパラメータは、ゲート幅5μmで電流10nAが
流れる電圧で定義したしきい値電圧VTが−0.12
V,テーリング係数Sが97mV/dec.,接合温度
Tが75℃,実効ゲート長Leffが0.15μm,ゲー
ト酸化膜厚TOXが4nm,ワード電圧VCHが1.75
V,電源電圧VCCが1Vである。本発明により、サブス
レッショルド電流が従来の約700mAから、動作時で
は約350分の1の約2mAに、待機時では約3300
0分の1の約20μAに低減できる。
Table 1 shows 16 gigabit D as a numerical example.
The current value obtained assuming the RAM is also shown. The parameter used therefor is that the threshold voltage V T defined by the voltage at which a current of 10 nA flows with a gate width of 5 μm is −0.12.
V, tailing coefficient S is 97 mV / dec. The junction temperature T is 75 ° C., the effective gate length L eff is 0.15 μm, the gate oxide film thickness T OX is 4 nm, and the word voltage V CH is 1.75.
V and the power supply voltage V CC are 1V. According to the present invention, the subthreshold current is reduced from about 700 mA in the related art to about 2 mA, about 1/350 in operation, and about 3300 in standby.
It can be reduced to about 20 μA, which is 1/0.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】図3は、動作波形の模式図である。待機時
(Φ,ΦS1〜ΦSj,ΦB1〜ΦBk:VCH)には、QとQS1
〜QSj及びQB1〜QBkがほとんどオフになっているの
で、PはVCHよりも低い電圧VCH−ΔV"になってお
り、PS1〜PSjはより低い電圧VCH−ΔV'に、PB1
Bkはそれよりもさらに低い電圧VCH−ΔVになってい
る。すべてのワード線は、PB1〜PBkの電圧と無関係に
SSに固定されている。外部クロック信号/RAS(こ
こで「/」はバー信号を示す)がオンになると、まずΦ
でQがオンになり、Pの寄生容量Cをt1時間充電しV
CHにする。次に、ΦS1でQS1がオンになり、PS1の寄生
容量CS1をt2時間充電しVCHにする。また、ΦB1でQ
B1がオンになり、PB1の寄生容量CB1をt3時間充電し
CHにする。このとき、QS2〜QSj及びQB2〜QBkはほ
とんどオフのままである。その後、Xデコーダ出力信号
1によりワードドライバ#1が選択され、ワード線が
駆動される。/RASがオフになると、QとQS1及びQ
B1はオフになる。P,PS1,PB1は、長時間が経過する
と、それぞれVCH−ΔV",VCH−ΔV',VCH−ΔVと
なる。ここで、アクセス時間を損なうことなく、給電線
(P,P1)をVCHに充電できる。なぜなら、Cが大き
くてもΔV"は数百mV程度と小さく、しかも/RAS
がオンした直後からPの充電時間(t1)を十分とれる
からである。また、セクタやブロックに分割されている
のでCS1,CB1が比較的小さいため、PS1,PB1の充電
時間(t2,t3)は短くできるからである。
FIG. 3 is a schematic diagram of an operation waveform. During standby (Φ, Φ S1 to Φ Sj , Φ B1 to Φ Bk : V CH ), Q and Q S1
Since to Q Sj and Q B1 to Q Bk is turned almost off, P is are lower voltage V CH - [Delta] V "than V CH, P S1 ~P Sj is lower voltage V CH - [Delta] V ' , P B1 ~
P Bk is at a lower voltage V CH -ΔV. All word lines are fixed at V SS irrespective of the voltages of P B1 to P Bk . When the external clock signal / RAS (where “/” indicates a bar signal) is turned on, first, Φ
To turn on Q, charge the parasitic capacitance C of P for t 1
CH . Next, Q S1 is turned on at Φ S1 , and the parasitic capacitance C S1 of P S1 is charged to V CH for t 2 hours. Also, Q in Φ B1
B1 is turned on, and the parasitic capacitance C B1 of P B1 is charged for t 3 hours to V CH . At this time, Q S2 to Q Sj and Q B2 to Q Bk remain almost off. Thereafter, the word driver # 1 is selected by the X decoder output signals X 1, the word line is driven. When / RAS is off, Q and Q S1 and Q
B1 turns off. P, P S1 , and P B1 become V CH −ΔV ″, V CH −ΔV ′, and V CH −ΔV, respectively, after a long time. Here, the power supply lines (P, P 1 ) can be charged to V CH because, even if C is large, ΔV "is as small as several hundred mV and / RAS
This is because a sufficient charge time (t 1 ) of P can be taken immediately after the switch is turned on. In addition, since it is divided into sectors and blocks, C S1 and C B1 are relatively small, so that the charging time (t 2 , t 3 ) of P S1 and P B1 can be shortened.

【0028】以上の説明では、トランジスタのサブスト
レート(基板)の接続に触れなかったが、PMOSトラ
ンジスタのサブストレートを全てVCHに接続するのが望
ましい。その方が、ドレインを接続する給電線にサブス
トレートも接続するよりも、給電線の充電に要する電荷
が小さく充電時間が短くなる。前述のように非選択ブロ
ックの給電線はVCHからΔVだけ低下したときに、基板
バイアス効果により非選択ブロック内のPMOSトラン
ジスタのしきい電圧が高くなるためである。ソースがゲ
ートよりも低い電圧になる上に、しきい電圧が高くなる
ことによって、サブストレートがドレインと同じ電圧の
場合に比べ、小さなΔVで同じ電流低減効果が得られ
る。
[0028] In the above description, although not touch the connection of the substrate of the transistor (substrate), to connect the substrate of the PMOS transistor to all V CH is preferable. In this case, the charge required for charging the power supply line is smaller and the charging time is shorter than when the substrate is also connected to the power supply line connecting the drain. This is because the threshold voltage of the PMOS transistor in the non-selected block increases due to the substrate bias effect when the power supply line of the non-selected block drops by ΔV from V CH as described above. Since the source has a lower voltage than the gate and a higher threshold voltage, the same current reduction effect can be obtained with a smaller ΔV than when the substrate has the same voltage as the drain.

【0029】なお、ワード電圧VCHは電源電圧VCCから
昇圧されているので、ワードドライバのMOSトランジ
スタには他の回路よりも大きな振幅の電圧がゲートに入
力される。そこで、その分だけVTを高くしてさらに低
電流化することもできる。ただし、動作速度がやや遅く
なるという欠点がある。
Since the word voltage V CH is boosted from the power supply voltage V CC, a voltage having a larger amplitude than the other circuits is input to the gate of the MOS transistor of the word driver. Therefore, it is also possible to further lower current by increasing the amount corresponding V T. However, there is a disadvantage that the operation speed is slightly reduced.

【0030】この欠点は、ワードドライバ内のトランジ
スタのしきい電圧を低くし、スイッチとして用いるトラ
ンジスタのしきい電圧をそれよりも高くすることによ
り、緩和される。例えば、図1のQとQS1〜QSj及びQ
B1〜QBkのしきい電圧をワードドライバ内のトランジス
タよりも高くし、d,e,fを大きく設定することによ
り、スイッチのオン抵抗による動作速度の劣化は防止し
ながら、貫通電流をさらに低減できる。オフでのサブス
レッショルド電流には指数関数的に影響するのに対し、
オン抵抗には1次関数でしか影響しないためである。ゲ
ート幅に伴いゲート容量が大きくなっても、図3での充
電時間t1,t2,t3が確保できれば、動作速度の点で
問題ない。したがって、動作速度を劣化させることなく
貫通電流をさらに低減できる。レイアウト面積の点で
も、比較的個数が少ないため問題ない。場合によって
は、Qだけにしきい電圧の高いトランジスタを用いて
も、待機電流の低減に有効である。
This disadvantage is alleviated by lowering the threshold voltage of the transistor in the word driver and increasing the threshold voltage of the transistor used as a switch. For example, Q and Q S1 to Q Sj and Q in FIG.
The threshold voltage of B1 to Q Bk higher than transistors in the word driver, d, e, by setting a large f, while preventing the operating speed of deterioration due to the on resistance of the switch, further reducing the through current it can. The off-state subthreshold current affects exponentially,
This is because the ON resistance is affected only by a linear function. Even if the gate capacitance increases with the gate width, if the charging times t 1 , t 2 , and t 3 in FIG. 3 can be secured, there is no problem in terms of operating speed. Therefore, the through current can be further reduced without deteriorating the operation speed. In terms of layout area, there is no problem because the number is relatively small. In some cases, using a transistor having a high threshold voltage only for Q is effective in reducing the standby current.

【0031】本実施例では、スイッチとして1個のPM
OSトランジスタを用いているが、その他にも次の二つ
の条件を満たす範囲で種々の素子もしくは回路が考えら
れる。(1)スイッチが選択された場合:該スイッチを
短絡したと仮定したときに該スイッチの負荷(例えばブ
ロック選択用スイッチでは、l個のワードドライバ)で
流れる動作電流(サブスレッショルド電流及び選択され
たワード線の充電電流)よりも、該スイッチの電流駆動
能力が大きい。(2)スイッチが非選択の場合:該スイ
ッチを短絡したと仮定したときに負荷で流れる待機電流
(サブスレッショルド電流)よりも、該スイッチの電流
供給能力が小さい。この二つの条件を満たすように、選
択時と非選択時とでインピーダンスをそれぞれ小と大と
いうように可変にできればよい。
In this embodiment, one PM is used as a switch.
Although an OS transistor is used, various elements or circuits can be considered as long as the following two conditions are satisfied. (1) When a switch is selected: Assuming that the switch is short-circuited, an operating current (a sub-threshold current and a selected threshold current flowing through a load of the switch (eg, one word driver in a block selection switch)) The current driving capability of the switch is greater than the charging current of the word line. (2) When the switch is not selected: The current supply capability of the switch is smaller than the standby current (subthreshold current) flowing through the load when the switch is assumed to be short-circuited. It suffices if the impedance can be varied between small and large at the time of selection and at the time of non-selection so as to satisfy these two conditions.

【0032】図3に示した動作では、/RASが0Vと
なっている活性期間中は、Φ,ΦS1,ΦB1を下げたまま
にして、Q,QS1,QB1をオンに保っていた。これは、
/RASにより発生される活性時と待機時の動作モード
を指定する信号によりΦを制御し、その信号とアドレス
信号との組み合わせ信号によりΦS1,ΦB1を制御するこ
とにより実現される。さらに、/RASの立ち下がりか
らワード線の駆動が終了するまでの期間を指定する信号
を用いて、ワード線駆動後はΦ,ΦS1,ΦB1をVCHにし
てQ,QS1,QB1をオフにすることも可能である。これ
によりワード線駆動後の貫通電流を、活性時であっても
待機電流ISと同程度に低減できる。この効果は、/R
ASが0Vとなっている活性期間が長いほど大きい。た
だし、この場合、メモリセルの再書込みのために、/R
ASの立上りから一定期間、Φ,ΦS1,ΦB1を下げて
Q,QS1,QB1をオンにする必要がある。
In the operation shown in FIG. 3, during the active period when / RAS is 0 V, Φ, Φ S1 , Φ B1 are kept low, and Q, Q S1 , Q B1 are kept on. Was. this is,
/ Controls [Phi by a signal for designating the operation mode of the standby at the time of activity that is generated by the RAS, [Phi S1 by the combination signal of the signal and the address signal is achieved by controlling the [Phi B1. Further, after the word line is driven, Φ, Φ S1 , Φ B1 are set to V CH and Q, Q S1 , Q B1 are used after the word line driving by using a signal designating a period from the fall of / RAS to the end of the word line driving. It is also possible to turn off. Thereby a through current after the word line driving, even during active can be reduced to the same extent as standby current I S. This effect is
The longer the active period in which AS is 0 V, the greater the value. However, in this case, / R
It is necessary to lower Φ, Φ S1 , Φ B1 and turn on Q, Q S1 , Q B1 for a certain period from the rise of AS.

【0033】図4は、512個のワードドライバを4個
のブロックに分けた例である。データ線対あたり512
個のメモリセル(MC1〜MC512)が設けられ、512
本のワード線により選択される。メモリセルを高密度に
配置するために、このワード線の線幅と間隔は最小加工
寸法と同程度である。そのため、ワードドライバをワー
ド線と同ピッチでレイアウトすることはできず、一般に
4段程度に分けてレイアウトされる。レイアウト上の各
段をそのままワードドライバのブロック(B1〜B4)と
したのが図4であり、各ブロックの給電線を別にするこ
とにより、レイアウト面積が増加することはない。この
ように、lの値を、データ対線あたりのメモリセル数よ
りも小さくできる。逆に大きくすることが可能なのは自
明であり、lの値の自由度は大きい。したがって、動作
時の貫通電流IAが最も小さくなるようにlと(k・
d)及び(j・e)を設定することができる。
FIG. 4 shows an example in which 512 word drivers are divided into four blocks. 512 per data line pair
Memory cells (MC 1 to MC 512 ) are provided and 512
Selected by one word line. In order to arrange the memory cells with high density, the line width and interval of the word lines are almost equal to the minimum processing size. Therefore, the word drivers cannot be laid out at the same pitch as the word lines, and are generally laid out in about four stages. FIG. 4 shows that each stage on the layout is directly used as a word driver block (B 1 to B 4 ), and the layout area does not increase by separating the power supply line of each block. Thus, the value of 1 can be made smaller than the number of memory cells per data pair line. On the contrary, it is obvious that the value can be increased, and the degree of freedom of the value of l is large. Therefore, the through current I A during operation and l so becomes minimum (k ·
d) and (j · e) can be set.

【0034】以上本発明をワードドライバに適用した実
施例を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しないかぎり、
これに限定されるものではない。以下に示すような変形
も可能である。
The embodiment in which the present invention is applied to the word driver has been described above. However, as long as the spirit of the present invention is not deviated,
It is not limited to this. The following modifications are also possible.

【0035】図5に、図1の階層型給電線方式をデコー
ダに適用した例を示す。NAND回路とインバータのC
MOS論理回路2段で構成されたAND回路で構成した
例で、VCCとVSSの両側に階層型給電線を用いることが
特徴である。NAND回路は、待機時ではすべてVCC
出力し、動作時に少数が0Vを出力する。貫通電流はV
SS側のNMOSトランジスタで定まるので、VSS側に階
層型給電線を用いる。反対に、インバータは、待機時で
はすべて0Vを出力し、動作時に少数がVCCを出力す
る。貫通電流はPMOSトランジスタで定まるので、V
CC側に階層型給電線を用いる。このように、VCCとVSS
の両側に階層型給電線を用いることにより、多段の論理
回路であっても、動作を不安定にすること無く、貫通電
流を低減できる。なお、図10から図15に示したよう
な方式のいずれも、同様にデコーダなどの多段の回路に
適用できる。
FIG. 5 shows an example in which the hierarchical feed line system of FIG. 1 is applied to a decoder. C of NAND circuit and inverter
This is an example of an AND circuit composed of two stages of MOS logic circuits, and is characterized in that a hierarchical feed line is used on both sides of V CC and V SS . The NAND circuits all output V CC during standby and a few output 0 V during operation. Through current is V
Since it defined by SS of the NMOS transistor, using hierarchical feed line to the V SS side. Conversely, the inverters all output 0 V during standby and a few output V CC during operation. Since the through current is determined by the PMOS transistor, V
A hierarchical feeder is used on the CC side. Thus, V CC and V SS
By using the hierarchical power supply lines on both sides of the circuit, the through current can be reduced without making the operation unstable even in a multi-stage logic circuit. Note that any of the methods shown in FIGS. 10 to 15 can be similarly applied to a multi-stage circuit such as a decoder.

【0036】センスアンプ駆動回路のようにVCC/2を
中心に動作を行う回路でも、VCCとVSSの両側に本発明
を適用することにより、貫通電流を低減できる。待機時
に同じ電圧を出力し、動作時に少数が動作する回路群で
あれば、本発明を適用できる。そのとき、全ての回路が
同一のトランジスタサイズである必要はなく、構成が異
なっていても良い。また、ブロック内の回路数やセクタ
内のブロック数が異なっていても良い。
In a circuit such as a sense amplifier driving circuit that operates around V CC / 2, the through current can be reduced by applying the present invention to both sides of V CC and V SS . The present invention can be applied to any circuit group that outputs the same voltage during standby and operates a small number during operation. At that time, not all circuits need to have the same transistor size, and the configurations may be different. Further, the number of circuits in a block or the number of blocks in a sector may be different.

【0037】複数の回路が同時に動作する場合、1個の
ブロック内で複数の回路を動作させるか、複数のブロッ
クを同時に選択すればよい。また、スイッチとして動作
するトランジスタは複数に分割して配置しても良い。そ
の場合、給電線を短くして配線抵抗の影響を軽減でき、
選択ブロックの給電線を短時間で充電できる。
When a plurality of circuits operate simultaneously, a plurality of circuits may be operated in one block or a plurality of blocks may be simultaneously selected. Further, the transistor operating as a switch may be divided into a plurality of transistors. In that case, the effect of wiring resistance can be reduced by shortening the power supply line,
The power supply line of the selected block can be charged in a short time.

【0038】本発明は、DRAMだけでなく、スタティ
ック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)やリー
ド・オンリー・メモリ(ROM)あるいはフラッシュメ
モリなどのメモリおよびメモリ内蔵論理LSIにも適用
できる。また、NMOS論理回路などのCMOS以外の
論理回路にも適用できる。本発明は、しきい電圧が小さ
くなるほど効果が大きく、動作電流において貫通電流が
支配的となってくるしきい電圧0.4V程度以下のLS
Iでは、効果が著しい。特に、動作電圧2V程度以下で
は動作速度の点から0.2V程度のしきい電圧が必要に
なり、あるいはゲート長0.2μm程度以下ではスケー
リング則により0.2V程度のしきい電圧となるので、
そのようなLSIでは非常に効果が大きく、電池動作な
ども始めて可能となる。
The present invention can be applied not only to a DRAM but also to a memory such as a static random access memory (SRAM), a read-only memory (ROM) or a flash memory, and a memory built-in logic LSI. Further, the present invention can be applied to a logic circuit other than the CMOS such as an NMOS logic circuit. According to the present invention, the lower the threshold voltage is, the larger the effect is.
In I, the effect is remarkable. In particular, when the operating voltage is about 2 V or less, a threshold voltage of about 0.2 V is required from the viewpoint of the operating speed, or when the gate length is about 0.2 μm or less, the threshold voltage becomes about 0.2 V due to the scaling law.
Such an LSI is very effective, and it is possible to operate a battery for the first time.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上に述べた実施例で明らかなように、
本発明により、動作速度を損なうことなく貫通電流を低
減でき、低消費電力で高速動作を行う半導体装置を実現
できる。
As is clear from the embodiments described above,
According to the present invention, a through current can be reduced without impairing the operation speed, and a semiconductor device which operates at high speed with low power consumption can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ワードドライバに適用した実施例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment applied to a word driver.

【図2】ワードドライバのPMOSトランジスタの動作
点を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing operating points of PMOS transistors of a word driver.

【図3】図1に示した実施例の動作タイミング図であ
る。
FIG. 3 is an operation timing chart of the embodiment shown in FIG. 1;

【図4】512個のワードドライバを4個のブロックに
分けた例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which 512 word drivers are divided into four blocks.

【図5】デコーダに適用した実施例である。FIG. 5 is an embodiment applied to a decoder.

【図6】従来のCMOSインバータの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional CMOS inverter.

【図7】トランジスタのサブスレッショルド特性を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing sub-threshold characteristics of a transistor.

【図8】メモリのブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a memory.

【図9】ワードドライバの従来の給電線を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a conventional power supply line of a word driver.

【図10】サブスレッショルド電流の流れる時間を限定
した実施例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an embodiment in which the time during which a subthreshold current flows is limited.

【図11】図10に示した実施例の制御タイミング図で
ある。
11 is a control timing chart of the embodiment shown in FIG.

【図12】ブロックを1次元配置した実施例を示す図で
ある。
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment in which blocks are arranged one-dimensionally.

【図13】ブロックを2次元配置した実施例を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing an embodiment in which blocks are two-dimensionally arranged.

【図14】2次元配置の代表的選択方式の実施例であ
る。
FIG. 14 is an example of a typical selection scheme of a two-dimensional arrangement.

【図15】図14に示した実施例の制御タイミング図で
ある。
FIG. 15 is a control timing chart of the embodiment shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

WD…ワードドライバ、WL…ワード線、XDEC…X
デコーダ、D…データ線、SA…センスアンプ、YDE
C…Yデコーダ、SAD…センスアンプ駆動回路、MC
…メモリセル、MA…メモリアレー、PR…周辺回路、
CH…ワード電圧、VCC…電源電圧、VSS…接地電圧
(0V)、S1〜Sj…セクタ、B1〜Bk…ブロック、j
…セクタ数、k…セクタ1個あたりのブロック数、l…
ブロック1個あたりの回路数、P…給電線、Q…動作モ
ードと待機モードを選択するトランジスタ、PS1〜PSk
…セクタの給電線、QS1〜QSj…セクタ選択トランジス
タ、PB1〜PBk…ブロックの給電線、QB1〜QBk…ブロ
ック選択トランジスタ。
WD: Word driver, WL: Word line, XDEC: X
Decoder, D: data line, SA: sense amplifier, YDE
C: Y decoder, SAD: Sense amplifier drive circuit, MC
... memory cells, MA ... memory arrays, PR ... peripheral circuits,
V CH ... word voltage, V CC ... supply voltage, V SS ... ground voltage (0V), S 1 ~S j ... sector, B 1 ~B k ... block, j
... number of sectors, k ... number of blocks per sector, l ...
Number of circuits per block, P: power supply line, Q: transistors for selecting operation mode and standby mode, P S1 to P Sk
... sector of feeders, Q S1 to Q Sj ... sector selection transistor, the power supply line of the P B1 to P Bk ... block, Q B1 to Q Bk ... block selection transistor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11C 16/06 G11C 11/34 354D 354F 17/00 633Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G11C 16/06 G11C 11/34 354D 354F 17/00 633Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のワード線と、 上記複数のワード線と交差するデータ線と、 上記複数のワード線と上記複数のデータ線の交点に配置
された複数のメモリセルとを有する半導体集積回路であ
って、上記複数のワード線を選択するワードドライバ群
は複数段で構成され、該各段のワードドライバをその構
成するMOSトランジスタのサブスレッショルド電流を
制御する単位とする半導体集積回路。
A semiconductor integrated circuit comprising: a plurality of word lines; a data line intersecting the plurality of word lines; and a plurality of memory cells arranged at intersections of the plurality of word lines and the plurality of data lines. A semiconductor integrated circuit in which a word driver group for selecting a plurality of word lines is composed of a plurality of stages, and a word driver of each stage is a unit for controlling a subthreshold current of a MOS transistor constituting the word driver.
【請求項2】複数のワード線と、 上記複数のワード線と交差するデータ線と、 上記複数のワード線と上記複数のデータ線の交点に配置
された複数のメモリセルとを有する半導体集積回路であ
って、動作電圧を供給する第1ノードと第2ノードと、
上記複数のワード線のいずれかを選択する複数のワード
ドライバとを有し、上記複数のワードドライバは複数の
ブロックで構成され、上記第1ノードと上記複数のブロ
ックの各々との間に接続された複数の電流制御手段を備
え、上記複数のブロックに含まれる一つのブロックと他
のブロックとは、上記一つのブロックが対応する上記電
流制御手段により上記ワードドライバのMOSトランジ
スタのサブスレッショルド電流を制限するように制御さ
れているときに、上記他のブロックは対応する上記電流
制限手段により上記ワードドライバのMOSトランジス
タのサブスレッショルド電流が流れるのを許容するよう
に制御され、第1のワード線を駆動する第1のワードド
ライバの属するブロックと上記第1のワード線に隣接し
て配置される第2のワード線を駆動する第2のワードド
ライバの属するブロックとは異なるブロックとする半導
体集積回路。
2. A semiconductor integrated circuit comprising: a plurality of word lines; a data line intersecting the plurality of word lines; and a plurality of memory cells disposed at intersections of the plurality of word lines and the plurality of data lines. A first node and a second node for supplying an operating voltage,
A plurality of word drivers for selecting any of the plurality of word lines, wherein the plurality of word drivers are constituted by a plurality of blocks, and are connected between the first node and each of the plurality of blocks. One block and another block included in the plurality of blocks are configured to limit a subthreshold current of the MOS transistor of the word driver by the current control unit corresponding to the one block. The other block is controlled by the corresponding current limiting means to allow the sub-threshold current of the MOS transistor of the word driver to flow, and drives the first word line. And a second word line disposed adjacent to the first word line and the block to which the first word driver belongs. The semiconductor integrated circuit of different blocks from the blocks belong second word driver for driving a word line.
【請求項3】請求項2記載の半導体集積回路において、 上記第1のワード線を駆動するワードドライバの属する
ブロックと上記第2のワード線を駆動するワードドライ
バの属するブロックとを隣接配置する半導体集積回路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein a block to which a word driver for driving said first word line belongs and a block to which a word driver for driving said second word line belongs are arranged adjacently. Integrated circuit.
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