JP2002152025A - シーケンス回路及び半導体装置 - Google Patents
シーケンス回路及び半導体装置Info
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Abstract
の負電源電位の上昇を避け、消費電流を減少させること
が可能なシーケンス回路及びそのシーケンス回路を利用
する半導体装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 非選択時に負電位にリセットされるワー
ド線を有する半導体装置において、電源起動時、ワード
線に接続されるメモリセルに供給する所定の電源電圧が
所定の電位に達するまでは、ワード線を所定電位にクラ
ンプするシーケンス回路(23、24、26)を具備す
る。
Description
び半導体装置に係り、特に、電源回路の起動を制御する
シーケンス回路及びそのシーケンス回路を利用する半導
体装置に関する。
ブワードラインリセット方式を用いる半導体装置は、内
部降圧電源から複数の電源を生成し利用している。この
内部降圧電源から複数の電源を生成する電源回路は、図
1に示すシーケンス回路により起動を制御される。
ンス回路1の一例の構成図を示す。図1のシーケンス回
路1は、ビット線電源電位Vbl及びセルプレート電源
電位Vcpを生成するVbl/Vcp生成部11と、負
電源電位Vnnを生成するVnn生成部12とを含む電
源回路の起動を制御するもので、内部降圧電源電位Vi
iを検出するVii電位検出部10と、Vnn生成部1
2などの電源電位生成部の起動順序を制御するシーケン
サ13とを含むように構成される。なお、シーケンサ1
3は、起動順序を制御する電源電位生成部の数に応じて
シーケンサ13−1,シーケンサ13−2,・・・を含
む。
ットされる。Vii電位検出部10は内部降圧電源電位
Viiを検出し、内部降圧電源電位Viiが所定の電位
まで上昇すると信号Vii_okをシーケンサ13−1
に供給する。シーケンサ13−1は信号Vii_okが
供給されると、信号actをVbl/Vcp生成部11
およびVnn生成部12に供給する。
供給されると、ビット線電源電位Vbl及びセルプレー
ト電源電位Vcpの生成を開始する。また、Vnn生成
部12は信号actが供給されると、負電源電位Vnn
の生成を開始する。Vnn生成部12は負電源電位Vn
nが所定の電位まで上昇すると、信号Vnn_okをシ
ーケンサ13−1に供給する。すると、シーケンサ13
−1は信号Sq.1_okをシーケンサ13−2に供給
していた。
bl/Vcp生成部11とVnn生成部12とを同時に
動作させていた。
ット線およびセルプレートとの容量結合の一例について
説明する図を示す。積層セルキャパシタにおいて、ワー
ド線WLは、ビット線BLおよびセルプレートCPと大
きな容量で結合する。なお、ワード線を不活性時に負電
位にリセットするネガティブワードラインリセット方式
は、負電源電位Vnnが必要となる。
ルプレートCPの電位は、それぞれ負電源電位Vnn,
ビット線電源電位Vbl,セルプレート電源電位Vcp
に設定される為、ワード線WLとビット線BLおよびセ
ルプレートCPとが強く容量結合することになる。
ビット線電源電位Vbl,セルプレート電源電位Vcp
の電位変化の一例について説明する図を示す。図3中、
電源起動時にビット線電源電位Vbl,セルプレート電
源電位Vcpの電位が立ち上がると、Vnn生成部12
が動作していたとしても負電源電位Vnnが一定期間上
昇してしまう。このように、上昇した負電源電位Vnn
をVnn生成部12によって引き下げる必要が生じる
為、起動時間が長くなるという問題があった。
4に示すような貫通電流やラッチアップを引き起こす可
能性があるという問題があった。図4は、ワード線駆動
回路の一例の図を示す。ネガティブワードラインリセッ
ト方式では、サブワード線の電位を引き下げるとき、一
時的に接地電位Vssに引き下げてから負電源電位Vn
nに引き下げている。
接地電位Vssに引き下げるドライバであるNMOSト
ランジスタ15は、ゲートが負電源電位Vnn,ソース
が接地電位Vss,ドレインが内部降圧電源電位Vii
に接続されており、負電源電位Vnnの上昇により内部
降圧電源電位Viiから接地電位Vssへの貫通電流が
生じていた。例えば128Mビットのチップ全体では、
数十mAの貫通電流が生じる計算となる。
で、電源起動時に、ワード線をリセットするための負電
源電位の上昇を避けることができ、これにより消費電流
を減少させることが可能なシーケンス回路及びそのシー
ケンス回路を利用する半導体装置を提供することを目的
とする。
するため、本発明は、非選択時に負電位にリセットされ
るワード線を有する半導体装置において、電源起動時、
ワード線に接続されるメモリセルに供給する所定の電源
電圧が所定の電位に達するまでは、ワード線を所定電位
にクランプするシーケンス回路を具備する構成とした。
電源起動時、ワード線に接続されるメモリセルに供給す
る所定の電源電圧が所定の電位に達するまでは、ワード
線を所定電位(例えば、グランドレベル)にクランプす
るので、ワード線をリセットするための負電源電圧の上
昇を避けることができ、この結果消費電力を減少させる
ことができる。
面に基づいて説明する。図5は、本発明のシーケンス回
路20の一実施例の構成図を示す。図5のシーケンス回
路20は、ビット線電源電位Vbl及びセルプレート電
源電位Vcpを生成するVbl/Vcp生成部22と、
負電源電位Vnnを生成するVnn生成部25とを有す
る電源回路の起動順序を制御するするものである。シー
ケンス回路20は、内部降圧電源電位Viiを検出する
Vii電位検出部21と,ビット線電源電位Vbl及び
セルプレート電源電位Vcpを検出するVbl/Vcp
電位検出部23と,負電源電位Vnnを接地電位Vss
にクランプするVnnクランプ部24と,Vbl/Vc
p生成部22,Vnn生成部25などの電源電位生成部
の起動順序を制御するシーケンサ26とを含むように構
成される。なお、シーケンサ26は、起動順序を制御す
る電源電位生成部の数に応じてシーケンサ26−1,シ
ーケンサ26−2,・・・を含む。
図5のシーケンス回路20の動作について説明してい
く。図6は、本発明のシーケンス回路20の一例のタイ
ミング図を示す。
部24は図6(A)に示すような内部降圧電源電位Vi
iが供給されている。Vii電位検出部21は内部降圧
電源電位Viiを検出し、内部降圧電源電位Viiが所
定の電位まで上昇すると図6(B)に示すようなハイレ
ベルの信号Vii_okをシーケンサ26−1に供給す
る。
ii_okが供給されると、図6(C)に示すようなハ
イレベルの信号Vbl/Vcp_actをVbl/Vc
p生成部22に供給する。Vbl/Vcp生成部22は
ハイレベルの信号Vbl/Vcp_actが供給される
と、図6(D)に示すようなビット線電源電位Vbl及
びセルプレート電源電位Vcpの生成を開始する。Vb
l/Vcp生成部22は、生成したビット線電源電位V
bl及びセルプレート電源電位VcpをVbl/Vcp
電位検出部23に供給する。
電源電位Vbl及びセルプレート電源電位Vcpを検出
し、ビット線電源電位Vbl及びセルプレート電源電位
Vcpが所定の電位まで上昇すると図6(E)に示すよ
うなハイレベルの信号Vbl/Vcp_okをシーケン
サ26−1に供給する。すると、シーケンサ26−1は
図6(F)に示すようなハイレベルの信号Sq.1_o
kをシーケンサ26−2及びVnnクランプ部24に供
給する。
q.1_okが供給されると、図6(G)に示すような
ハイレベルの信号Vnn_actをVnn生成部25に
供給する。Vnn生成部25はハイレベルの信号Vnn
_actが供給されると、図6(H)に示すような負電
源電位Vnnの生成を開始する。
の信号Sq.1_okが供給されるまで図6(H)に示
すように負電源電位Vnnを接地電位Vssにクランプ
しておく。ハイレベルの信号Sq.1_okが供給され
ると、Vnnクランプ部24はビット線電源電位Vbl
及びセルプレート電源電位Vcpが所定の電位まで上昇
したと判定してクランプ動作を停止する。
に負電源電位Vnnを所定の電位に引き下げると、図6
(I)に示すようなハイレベルの信号Vnn_okをシ
ーケンサ26−2に供給する。すると、シーケンサ26
−2は図6(J)に示すようなハイレベルの信号Sq.
2_okを後段のシーケンサに供給する。前述した手順
によりすべての電源起動が終了すると、Vbl/Vcp
電位検出部23は図6(K)に示すようなハイレベルの
信号stopが供給され、Vbl/Vcp電位検出動作
を停止する。電源起動が終了した後、Vbl/Vcp電
位検出動作を停止することにより、消費電力の低減を図
ることができる。
は、ビット線電源電位Vbl及びセルプレート電源電位
Vcpが所定の電位に上昇するまで負電源電位Vnnを
接地電位Vssにクランプしておく。したがって、負電
源電位Vnnがビット線電源電位Vbl,セルプレート
電源電位Vcpの電位が立ち上がりと共に上昇すること
を回避することができ、負電源電位Vnnを所定の電位
に引き下げるまでの時間を短縮でき、電源回路の起動時
間を短縮することが可能である。
成図を示す。図7のVii電位検出部21は、N形チャ
ネルMOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタ
という)m01と,P形チャネルMOSトランジスタ
(以下、PMOSトランジスタという)m02,m03
と,抵抗R1と,インバータinv01とを含む。
Viiの電位が上昇すると、PMOSトランジスタm0
2を介して抵抗R1に電流が流れ始め、ノードn01の
電位が抵抗Rに流れる電流に応じて上昇する。内部降圧
電源電位Viiが所定の電位まで上昇するとノードn0
1の電位がハイレベルとなり、ノードn01にゲート端
子が接続されているNMOSトランジスタm01はON
される。NMOSトランジスタm01がONされるとノ
ードn02の電位がローレベルとなり、インバータin
v01の出力が図6(B)に示すようにハイレベルとな
る。
降圧電源電位Viiを検出し、内部降圧電源電位Vii
が所定の電位まで上昇するとハイレベルの信号Vii_
okを出力することができる。なお、内部降圧電源電位
Viiを検出できる回路であれば、他の回路であっても
よい。
す。図8のシーケンサ26−1は、インバータinv0
2,inv03と、NOR回路nor01,nor02
とを含む。図6(B)に示すようなハイレベルの信号V
ii_okが供給されると、インバータinv02の出
力はローレベルとなる。
となると、インバータinv03は図6(C)に示すよ
うなハイレベルの信号Vbl/Vcp_actをVbl
/Vcp生成部22に供給することができる。Vbl/
Vcp生成部22はハイレベルの信号Vbl/Vcp_
actが供給されると、ビット線電源電位Vbl及びセ
ルプレート電源電位Vcpの生成を開始する。
電源電位Vcpが所定の電位まで上昇すると図6(E)
に示すようなハイレベルの信号Vbl/Vcp_okが
Vbl/Vcp電位検出部23から供給されると、NO
R回路nor02の出力はローレベルとなる。NOR回
路nor01は一方の入力端子にインバータinv02
からローレベルの信号が供給され、他方の入力端子にN
OR回路nor02からローレベルの信号が供給される
ため、図6(F)に示すようなハイレベルの信号Sq.
1_okを出力する。なお、シーケンサ26−1につい
て説明したが、他のシーケンサについても同様に構成で
きる。
l/Vcp生成部22から出力されるビット線電源電位
Vbl及びセルプレート電源電位Vcpが所定の電位ま
で上昇した後で次段のシーケンサ26−2に信号Sq.
1_okを供給することで、Vbl/Vcp生成部22
等の電源電位生成部の起動順序を制御することができ
る。
成図を示す。図9のVnnクランプ部24は、NMOS
トランジスタm04,m07,m08と,PMOSトラ
ンジスタm05,m06と,インバータinv04とを
含む。図6(F)に示すような信号Sq.1_okがロ
ーレベルの場合、NMOSトランジスタm04,m08
と,PMOSトランジスタm06とがONであり、NM
OSトランジスタm07と,PMOSトランジスタm0
5とがOFFである。したがって、信号Sq.1_ok
がローレベルの場合、負電源電位Vnnと接地電位Vs
sとが低抵抗で接続され、負電源電位Vnnが接地電位
Vssにクランプされる。
1_okがハイレベルの場合、NMOSトランジスタm
04,m08と,PMOSトランジスタm06とがOF
Fであり、NMOSトランジスタm07と,PMOSト
ランジスタm05とがONである。したがって、信号S
q.1_okがハイレベルの場合、負電源電位Vnnと
接地電位Vssとが低抵抗で接続された状態が解除さ
れ、クランプが解除される。
セルプレート電源電位Vcpが所定の電位に上昇するま
で負電源電位Vnnを接地電位Vssにクランプしてお
くことができ、ビット線電源電位Vbl,セルプレート
電源電位Vcpの電位の立ち上がりと共に負電源電位V
nnが上昇することを回避することが可能である。
Vbl/Vcp電位検出部23の一例の構成図を示す。
図10のVbl/Vcp生成部22は、NMOSトラン
ジスタm9〜m11と,PMOSトランジスタm13〜
m15と,センスアンプ30,31と,抵抗R2〜R5
とを含む。また、Vbl/Vcp電位検出部23は、N
MOSトランジスタm12と,PMOSトランジスタm
16と,インバータinv05と,センスアンプ32と
を含む。
/Vcp電位検出部23とは一つにまとめて構成しても
よい。また、Vbl/Vcp生成部22はプッシュプル
型の構成となっているが、他の中間電位を生成する方法
であってもよい。
Vbl/Vcp_actがシーケンサ26−1から供給
されるとき、内部降圧電源電位Viiは既に所定の電位
まで上昇している。したがって、抵抗R2〜R5で抵抗
分圧された電位が出力されている。また、図6(C)に
示すようなハイレベルの信号Vbl/Vcp_actが
シーケンサ26−1から供給されるとき、Vbl/Vc
p生成部22はその抵抗分圧された電位に応じてビット
線電源電位Vbl及びセルプレート電源電位Vcpを出
力する。
れた電位とビット線電源電位Vbl及びセルプレート電
源電位Vcpとをセンスアンプ32で比較することによ
り、ビット線電源電位Vbl及びセルプレート電源電位
Vcpが所定の電位より高くなった場合に図6(E)に
示すようなハイレベルの信号Vbl/Vcp_okを出
力することができる。また、Vbl/Vcp電位検出部
23がVbl電位検出部及びVcp電位検出部で構成さ
れる場合、信号Vbl_ok及び信号Vcp_okの論
理積を取ることもできる。
(K)に示すようなハイレベルの信号stopがインバ
ータinv05に供給されると、PMOSトランジスタ
m16がONされる一方、NMOSトランジスタm12
がOFFされる。したがって、信号Vbl/Vcp_o
kはハイレベルで固定される。また、センスアンプ32
の電流源にNMOSトランジスタm12が接続されてい
る為、センスアンプ32の消費電力を削減することが可
能である。
実施例の構成図を示す。図11のシーケンス回路40
は、図5のシーケンサ26−1及びVbl/Vcp電位
検出部23がモニタ部41に置き換えられている点が図
5のシーケンス回路20と異なっている。以下、図11
のシーケンス回路40について図5との相違点を中心に
説明する。
8及びNMOSトランジスタm19は、Vii電位検出
部21から図6(B)に示すような信号Vii_okが
供給される。また、モニタ部41のNMOSトランジス
タm20は、Vbl/Vcp生成部22から図6(D)
に示すようなビット線電源電位Vbl及びセルプレート
電源電位Vcpが供給される。
MOSトランジスタm18がON,NMOSトランジス
タm19がOFFとなる。したがって、ノードn03の
電位がハイレベルとなり、インバータinv06の出力
がローレベルとなる。したがって、シーケンサ26−2
に供給される信号Sq.1_okはローレベルのままで
ある。
PMOSトランジスタm18がOFF,NMOSトラン
ジスタm19がONとなる。また、ビット線電源電位V
bl及びセルプレート電源電位Vcpが所定の電位まで
上昇すると、NMOSトランジスタm20がONとな
る。したがって、ノードn03の電位がローレベルとな
り、インバータinv06の出力がハイレベルとなる。
ケンサ26−1及びVbl/Vcp電位検出部23と同
様な効果を有している。なお、NMOSトランジスタm
19,m20の閾値は、ビット線電源電位Vbl及びセ
ルプレート電源電位Vcpより大きいものとする。ま
た、PMOSトランジスタm17はノードn04が不定
なるのを防いでいる。
例えば図12に示すように半導体装置に用いることがで
きる。図12は、本発明のシーケンス回路を用いた一実
施例の半導体装置50を示す。
と,周辺回路52と,DRAMコア53とを有する。半
導体装置50は、電源回路51を利用して内部降圧電源
電位Viiから負電源電位Vnn,ビット線電源電位V
bl,セルプレート電源電位Vcpなどの電源を生成し
利用する。本発明のシーケンス回路20,40は例えば
電源回路51に組み込まれて利用される。
Vcp電位検出部23,Vnnクランプ部24,シーケ
ンサ26は起動回路54に含ませることができる。ま
た、Vbl/Vcp生成部22,Vnn生成部25は各
種生成回路55に含ませることができる。
ンサ26−1は、ビット線電源電位Vblとセルプレー
ト電源電位Vcpのいずれかが対応する所定のレベルに
達した時に信号Sq.1_okを出力する構成であって
も良い。
1の回路及び検出回路はVbl/Vcp電位検出部23
に相当し、第2の回路はVnnクランプ回路24に相当
し、第3の回路はシーケンサ26に相当する。
を所定電位(例えば、グランドレベル)にクランプする
ので、ワード線をリセットするための負電源電圧の上昇
を避け、この結果消費電力を減少させることができる。
例の構成図である。
量結合の一例について説明する図である。
電位Vbl,セルプレート電源電位Vcpの電位変化の
一例について説明する図である。
ある。
である。
位検出部の一例の構成図である。
図である。
半導体装置である。
14)
ケンサ26−1及びVbl/Vcp電位検出部23と同
様な効果を有している。なお、NMOSトランジスタm
20の閾値は、ビット線電源電位Vbl及びセルプレー
ト電源電位Vcpより小さいものとする。また、PMO
Sトランジスタm17はノードn04が不定になるのを
防いでいる。
Claims (7)
- 【請求項1】 電源回路の起動順序を制御するシーケン
ス回路において、 メモリセルのキャパシタ又はビット線を充電する第1の
電源電圧の電位を検出する第1の回路と、 第1の電源電圧の電位が第1の所定電位に達する間は、
ワード線をリセットするための第2の電源電圧を第2の
所定電位にクランプする第2の回路と、 第1の電源電圧が第1の所定電位に達した後にクランプ
を解除して前記第2の電源電圧を生成させる第3の回路
とを有することを特徴とするシーケンス回路。 - 【請求項2】 前記第3の回路は、第2の電源電圧が立
ち上がった後に前記第1の回路を不活性化することを特
徴とする請求項1記載のシーケンス回路。 - 【請求項3】 非選択時に負電位にリセットされるワー
ド線を有する半導体装置において、 電源起動時、メモリセルに供給する所定の電源電圧が所
定の電位に達するまでは、ワード線を所定電位にクラン
プするシーケンス回路を具備することを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項4】 前記シーケンス回路は、前記所定の電源
電圧が所定の電位に達した後に、前記負電位を生成する
回路を起動して前記ワード線をリセットすることを特徴
とする請求項3記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記半導体装置は、メモリセルに供給す
る前記所定の電源電圧の電位を検出する検出回路を具備
し、前記シーケンス回路は前記所定の電源電圧が所定の
電位に達した後に、前記検出回路を不活性化することを
特徴とする請求項3又は4記載の半導体装置。 - 【請求項6】 メモリセルに供給する前記所定の電源電
圧は、メモリセルのキャパシタを充電する第1の電源電
圧と、メモリセルに接続されるビット線を充電する第2
の電源電圧とを含むことを特徴とする請求項3ないし5
のいずれか一項記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記半導体装置は、前記第1及び第2の
電源電圧の電位を検出する検出回路を具備し、前記シー
ケンス回路は前記第1及び第2の電源電圧のいずれか一
方がそれぞれの所定の電位に達した後に、前記負電位を
生成する回路を起動して前記ワード線をリセットするこ
とを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
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