JP2005158223A - 半導体メモリ - Google Patents

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Abstract

【課題】 ダイナミックメモリセルを有する半導体メモリにおいて、昇圧電圧をゲートで受けるトランジスタのGIDL電流を削減する。
【解決手段】 昇圧電圧生成回路は、昇圧電圧をワード線の高レベル電圧として生成する。第1ワードデコーダは、アクティブ期間に、第1アドレス信号に応じて低レベル電圧または高レベル電圧を出力するとともに、スタンバイ期間に高レベル電圧を出力する。スイッチ回路は、第1ワードデコーダに高レベル電圧を供給するための高レベル電圧線を、アクティブ期間を含む第1期間に昇圧電圧線に接続し、第1期間を除く期間に内部電圧線に接続する。ワードドライバは、第1ワードデコーダからの低レベル電圧をトランジスタのゲートに受けたときにワード線に昇圧電圧を供給し、第1ワードデコーダからの高レベル電圧をゲート受けたときにワード線に低レベル電圧を出力する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ダイナミックメモリセルおよびこのメモリセルに接続されたワード線を有し、メモリセルをアクセスするときにワード線に電源電圧より高い電圧を供給する半導体メモリに関する。
近時、ダイナミックメモリセルを有する半導体メモリ(DRAMまたは擬似SRAM)は、携帯電話等の携帯機器に搭載されるワークメモリに採用されている。DRAMのメモリセルは、SRAMのメモリセルに比べて小さいため、DRAMの採用により、製品コストは削減される。一方、携帯機器に搭載される半導体メモリは、バッテリーの使用時間を長くするために、消費電力が低いことが要求される。特に、携帯電話では、待ち受け可能時間を長くするために、スタンバイ電流が低いことが重要である。DRAMおよび擬似SRAMは、携帯機器の非動作中にも定期的にメモリセルのリフレッシュ動作が必要であり、リフレッシュ動作は、スタンバイ電流を増加させる要因になっている。このため、DRAMおよび擬似SRAMでは、スタンバイ電流を削減するための様々な工夫がなされている。
例えば、ワード線の昇圧電圧を生成する昇圧電圧生成回路の動作をセルフリフレッシュモード中に停止し、昇圧電圧生成回路の出力ノード(昇圧ノード)を外部電源電圧に固定する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、昇圧電圧生成回路の動作をリフレッシュ動作(セルフリフレッシュモード中の集中リフレッシュ動作)の完了から所定の期間停止し、この期間にワード線を接地する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
一方、ダイナミックメモリセルを有する半導体メモリは、メモリセルに保持されるデータの電荷量を大きくし、読み出しマージンを向上するために、ワード線の選択電圧を電源電圧より高い昇圧電圧に設定している。ゲートに昇圧電圧が供給されるトランジスタでは、ゲート誘導ドレインリーク(GIDL;Gated Induced Drain Leakage)電流が発生しやすい。GIDL電流は、ゲート電圧に依存してトランジスタのドレイン・基板間またはソース・基板間に流れるため、ゲート電圧が高いほど大きくなる。このため、この種の半導体メモリでは、特にワードドライバ内の昇圧電圧をゲートで受けるトランジスタのGIDLによるスタンバイ電流の増加が深刻な問題になっている。特に、昇圧電圧をゲートで受けるpMOSトランジスタでは、基板(ウエル)に昇圧電圧が供給されるため、ドレイン・基板間の電圧差またはソース・基板間の電圧差が大きくなり、GIDL電流は大きくなりやすい。
一例として、pMOSトランジスタのゲート電圧(昇圧電圧)が3.2Vのときのゲート幅当たりのGIDL電流(例えば、1×10−11A/μm)は、ゲート電圧(電源電圧)が1.8VのときのGIDL電流(例えば、2×10-13A/μm)の約50倍になる。ある擬似SRAMにおいて、昇圧電圧(3.2V)をゲートで受けるワードドライバ内のpMOSトランジスタのゲート幅の総計が約1×10μmであるとき、これ等pMOSトランジスタのGIDL電流の総計は、約10μAになる。
さらに、pMOSトランジスタの基板電圧(昇圧電圧)は、GIDLにより低下する。このため、昇圧電圧を生成する昇圧電圧生成回路は、電圧の低下を補うために動作しなくてはならない。一般的に、昇圧電圧生成回路は、カップリングキャパシタをポンピングさせて昇圧電圧を生成する。1つのカップリングキャパシタで昇圧電圧を生成する1段構成
の昇圧電圧生成回路では、昇圧電圧の生成効率は、40〜50%程度である。2つのカップリングキャパシタで昇圧電圧を生成する2段構成の昇圧電圧生成回路では、昇圧電圧の生成効率は、20〜25%程度である。近時、トランジスタの微細化に伴い、外部電源電圧が低くなる傾向にあり、2段構成の昇圧電圧生成回路を搭載する半導体メモリが増えている。2段構成の昇圧電圧生成回路の生成効率を20%とするとき、10μAのGIDLを補うために、その5倍の50μAが消費される。一般的なDRAMのスタンバイ電流の規格は、100〜200μAであるため、GIDLがスタンバイ電流に与える影響は無視できない。
一方、nMOSトランジスタの基板電圧が負に設定される場合、負電圧生成回路が必要になる。しかし、その生成効率は、75〜80%程度である。このため、nMOSトランジスタで発生するGIDLによる消費電流の増加は、pMOSトランジスタで発生するGIDLによる消費電流の増加に比べ小さい。
特開平7−287980号公報 特開2003−77273号公報
従来、ダイナミックメモリセルを有し、ワード線に昇圧電圧が供給される半導体メモリにおいて、昇圧電圧をゲートで受けるトランジスタのGIDLの発生を防止する技術は、開示されていない。
上述した特許文献1では、セルフリフレッシュモード中に、昇圧電圧生成回路は停止し、昇圧電圧の供給ラインの電圧は、強制的に電源電圧に設定される。このため、リフレッシュ動作を実行するときに、昇圧電圧が所定の電圧になるまでワード線の選択動作を待つ必要があり、擬似SRAMの性能は低下してしまう。さらに、昇圧電圧生成回路が停止した後の次のメモリアクセスは、昇圧電圧生成回路の動作を再開し昇圧電圧が所定の値に上昇した後に開始しなくてはならない。この結果、特許文献1を、アクセス要求(読み出し要求および書き込み要求)とリフレッシュ要求とが競合する擬似SRAMに適用する場合、リフレッシュ後の最初のアクセスに時間が掛かってしまう。アクセス時間の製品仕様は、ワースト値に決めなくてはならないため、擬似SRAMの性能は低下してしまう。
上述した特許文献2の適用範囲は、集中リフレッシュ動作を実行するセルフリフレッシュモード中のみである。例えば、セルフリフレッシュモード中に分散リフレッシュ動作を実行するDRAMに特許文献2を適用する場合、昇圧電圧生成回路の停止期間が短くなり、かつ停止・動作の頻度も増えるため、スタンバイ電流を十分に削減できない。また、メモリアクセス要求とリフレッシュ要求とが競合する擬似SRAMおよび外部から任意のタイミングでリフレッシュ要求が供給されるDRAMに特許文献2を適用する場合、特許文献1と同様に、リフレッシュ後の最初のメモリアクセスに時間が掛かってしまう。
本発明の目的は、昇圧電圧をゲートで受けるトランジスタのGIDLを削減することにある。
本発明の別の目的は、ダイナミックメモリセルを有する半導体メモリにおいて、昇圧電圧発生回路を停止することなくスタンバイ電流を削減することにある。
本発明のさらなる別の目的は、アクセス時間を長くすることなくスタンバイ電流を削減することにある。
本発明の半導体メモリの一形態では、メモリアレイは、複数のワード線にそれぞれ接続された複数のダイナミックメモリセルを有する。昇圧電圧生成回路は、外部電源電圧を用いてこの外部電源電圧より高い一定の昇圧電圧を、ワード線の高レベル電圧として生成する。複数の第1ワードデコーダは、アクセス要求およびリフレッシュ要求に応答してメモリセルをアクセスするアクティブ期間に第1アドレス信号をデコードし、第1アドレス信号が選択を示すときに低レベル電圧を出力し、第1アドレス信号が非選択を示すときに高レベル電圧を出力する。また、第1ワードデコーダは、アクティブ期間を除く期間であるスタンバイ期間に高レベル電圧を出力する。
スイッチ回路は、第1仕様で動作中に、第1ワードデコーダに高レベル電圧を供給するための高レベル電圧線を、少なくとも前記アクティブ期間を含む第1期間に昇圧電圧生成回路の出力ノードである昇圧電圧線に接続し、第1期間を除く期間に昇圧電圧より低い電圧が供給される内部電圧線に接続する。複数のワードドライバは、ワード線にそれぞれ対応して形成され、トランジスタを有している。ワードドライバは、第1ワードデコーダからの低レベル電圧をトランジスタのゲートに受けたときにワード線に昇圧電圧を供給し、第1ワードデコーダからの高レベル電圧をゲート受けたときにワード線に低レベル電圧を出力する。
この半導体メモリでは、第1ワードデコーダは、第1期間を除く期間に、スイッチ回路の切替動作に応じて昇圧電圧より低い電圧を高レベル電圧として出力する。このため、ワードドライバのトランジスタのゲートは、第1期間を除く期間に、昇圧電圧より低い電圧を受ける。この結果、第1期間を除く期間中に発生するワードドライバのトランジスタのゲート誘導ドレインリーク電流を、ゲートで昇圧電圧を受ける場合に比べ大幅に削減できる。すなわち、半導体メモリのスタンバイ電流を大幅に削減できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、各ワードドライバは、第1ワードデコーダの出力レベルを反転して各ワード線に出力するCMOSインバータを有している。各ワードドライバのトランジスタは、CMOSインバータを構成するpMOSトランジスタである。
この半導体メモリでは、スタンバイ期間に、昇圧電圧より低い電圧が、ワードドライバのpMOSトランジスタのゲートに、高レベル電圧として供給される。しかし、ゲート電圧は、昇圧電圧より低いため、ゲート誘導ドレインリークの発生を防止できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、第1期間は、アクティブ期間であり、第1期間を除く期間は、前記スタンバイ期間である。第2ワードデコーダは、アクティブ期間に第2アドレス信号をデコードする。第2ワードデコーダは第2アドレス信号が選択を示すときにpMOSトランジスタのソースに昇圧電圧を出力し、第2アドレス信号が非選択を示すときにソースに低レベル電圧を出力する。アクティブ期間の開始時に、第2ワードデコーダは、スイッチ回路が高レベル電圧線に接続する電圧線を内部電圧線から昇圧電圧線に切り替えた後、昇圧電圧を出力する。
この半導体メモリでは、アクティブ期間の開始時に、pMOSトランジスタのゲート電圧が昇圧電圧より低い電圧から昇圧電圧に変化した後に、pMOSトランジスタのソース電圧が、低レベル電圧から昇圧電圧に変化する。このため、ゲート電圧がソース電圧より低くなることを防止でき、CMOSインバータのpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが同時にオンすることを防止できる。この結果、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、第2ワードデコーダの出力は、複数
のワードドライバのpMOSトランジスタのソースに共通に接続されている。
この半導体メモリでは、第2ワードデコーダの出力が、複数のワードドライバのpMOSトランジスタのソースに共通に接続される。このため、第2ワードデコーダから出力される昇圧電圧は、ワード線を選択するために第1ワードデコーダから低レベル電圧を受けるワードドライバに供給されるだけでなく、ワード線を非選択にするために第1ワードデコーダから高レベル電圧をゲートで受けるワードドライバにも供給される。第1ワードデコーダからの高レベル電圧が昇圧電圧に設定された後、pMOSトランジスタのソースに昇圧電圧が供給されるため、アクティブ期間の開始時において、非選択状態のワードドライバのpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが同時にオンすることを防止できる。この結果、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、第1期間は、アクティブ期間であり、第1期間を除く期間は、前記スタンバイ期間である。第2ワードデコーダは、アクティブ期間に第2アドレス信号をデコードする。第2ワードデコーダは第2アドレス信号が選択を示すときにpMOSトランジスタのソースに昇圧電圧を出力し、第2アドレス信号が非選択を示すときにソースに低レベル電圧を出力する。アクティブ期間の終了時に、スイッチ回路は、第2ワードデコーダが低レベル電圧を出力した後、高レベル電圧線に接続する電圧線を昇圧電圧線から内部電圧線に切り替える。
この半導体メモリでは、アクティブ期間の終了時に、pMOSトランジスタのソース電圧が昇圧電圧から低レベル電圧に変化した後に、pMOSトランジスタのゲート電圧が昇圧電圧から昇圧電圧より低い電圧に変化する。このため、ゲート電圧がソース電圧より低くなることを防止でき、CMOSインバータのpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが同時にオンすることを防止できる。この結果、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、昇圧電圧生成回路は、昇圧電圧と基準電圧とを比較し、昇圧電圧が基準電圧より低い期間に昇圧動作を実行する比較制御回路を有している。比較制御回路は、アクティブ期間中およびスタンバイ期間中に比較動作を続ける。
この半導体メモリでは、昇圧電圧生成回路の比較制御回路は、アクティブ期間中だけでなくスタンバイ期間中にも比較動作を続ける。しかし、本発明の適用により、ゲート誘導ドレインリーク電流が大幅に削減されるため、昇圧電圧(pMOSトランジスタの基板電圧)は、ほとんど低下しない。したがって、スタンバイ期間中に比較制御回路による比較動作が続いても、昇圧電圧生成回路が昇圧動作する頻度は少ない。この結果、スタンバイ期間中に、昇圧電圧生成回路の昇圧動作を強制的に停止しなくても、昇圧電圧生成回路の消費電流を削減できる。すなわち、昇圧電圧生成回路を複雑に制御することなく、スタンバイ電流を削減できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、コマンドデコーダは、外部端子を介して供給されるアクセス要求である読み出しコマンドおよび書き込みコマンドを解読する。リフレッシュ制御回路は、リフレッシュ要求であるリフレッシュコマンドを所定の周期で生成する。動作制御回路は、読み出しコマンドおよび書き込みコマンドに応答するアクセス動作と、リフレッシュコマンドに応答するリフレッシュ動作とを実行するために、メモリアレイにタイミング信号を出力する。動作制御回路は、読み出しコマンドおよび書き込みコマンドとリフレッシュコマンドとが競合するときに、アクセス動作とリフレッシュ動作との実行順を決める裁定回路を有している。
この半導体メモリでは、読み出しコマンドおよび書き込みコマンドとリフレッシュコマンドとが競合するときに、アクセス動作とリフレッシュ動作との実行順を決める裁定回路を有する半導体メモリにおいて、ゲート誘導ドレインリーク電流を大幅に削減し、スタンバイ電流を削減できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、コマンドデコーダは、通常動作モード中に、外部端子を介して供給されるアクセス要求である読み出しコマンドおよび書き込みコマンドを解読する。リフレッシュ制御回路は、アクセス要求を受け付けないセルフリフレッシュモード中に、リフレッシュ要求であるリフレッシュコマンドを所定の周期で生成する。動作制御回路は、読み出しコマンドおよび書き込みコマンドに応答するアクセス動作と、リフレッシュコマンドに応答するリフレッシュ動作とを実行するために、メモリアレイにタイミング信号を出力する。
この半導体メモリでは、セルフリフレッシュモードを有する半導体メモリにおいて、ゲート誘導ドレインリーク電流を大幅に削減し、スタンバイ電流を削減できる。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、半導体メモリは、動作モードとして、アクセス要求を受け付ける通常動作モードと、アクセス要求を受け付けず、半導体メモリの内部で発生するリフレッシュ要求に応答するリフレッシュ動作のみを実行するセルフリフレッシュモードとを有している。第1期間(高レベル電圧線を昇圧電圧線に接続する期間)は、通常動作モードおよびセルフリフレッシュモードのアクティブ期間と、通常動作モード中のスタンバイ期間である。第1期間を除く期間(高レベル電圧線を内部電圧線に接続する期間)は、セルフリフレッシュモード中のスタンバイ期間である。
この半導体メモリでは、スイッチ回路は、セルフリフレッシュモード中のみ高レベル電圧線の電圧を昇圧電圧線または内部電圧線に切り替え、通常動作モード中に電圧の切り替えを行わない。例えば、通常動作モード中にメモリセルを頻繁にアクセスするシステムにおいて、スイッチ回路のスイッチング頻度を下げることで、高レベル電圧線を昇圧電圧線および内部電圧線に交互に接続する頻度が下がる。この結果、高レベル電圧線の充放電の頻度が下がり、消費電力を削減できる。昇圧電圧の無駄な消費を減らすことで、昇圧電圧生成回路の無駄な動作を減らすことができる。一般に、昇圧電圧生成回路による昇圧電圧の生成効率は、数十%であるため、昇圧電圧の無駄な消費を減らすことによる消費電力の削減効果は大きい。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、半導体メモリは、動作モードとして、アクセス要求およびリフレッシュ要求を受け付ける通常動作モードと、アクセス要求およびリフレッシュ要求を受け付けないパワーダウンモードとを有している。第1期間は、通常動作モード期間であり、第1期間を除く期間は、前記パワーダウンモード期間である。
この半導体メモリでは、スイッチ回路は、通常動作モードとパワーダウンモードとの切り替え時以外、高レベル電圧線の電圧を切り替えない。スイッチ回路のスイッチング頻度を下げることで、上述したように、高レベル電圧線の充放電の頻度が下がり、消費電力を削減できる。特に、昇圧電圧の無駄な消費を減らすことによる消費電力の削減効果は大きい。
本発明の半導体メモリの一形態の好ましい例では、半導体メモリの動作仕様は、プログラム回路によって、第1仕様または第2仕様に設定される。スイッチ回路は、プログラム回路の設定値が第2仕様を示すときに、高レベル電圧線を昇圧電圧線に接続し続ける。すなわち、第2仕様では、スイッチ回路は、高レベル電圧線の電圧を切り替えない。例えば
、半導体メモリを搭載するシステムが、メモリセルを高い頻度でアクセスし、スタンバイ電流があまり重要でない場合、半導体メモリは、第2仕様に設定される。メモリセルのアクセス頻度が低く、スタンバイ電流を重視するシステムの場合、半導体メモリは、第1仕様に設定される。このように、システムの仕様に応じて半導体メモリの製品仕様(動作仕様)を最適に切り替えることができる。
本発明の半導体メモリでは、第1期間を除く期間中に発生するワードドライバのトランジスタのゲート誘導ドレインリーク電流を、ゲートで昇圧電圧を受ける場合に比べ大幅に削減できる。すなわち、半導体メモリのスタンバイ電流を大幅に削減できる。
ゲート誘導ドレインリーク電流が大幅に削減されるため、昇圧電圧は、ほとんど低下せず、昇圧電圧生成回路が昇圧動作する頻度は少ない。この結果、スタンバイ期間中に、昇圧電圧生成回路の昇圧動作を強制的に停止しなくても、昇圧電圧生成回路の消費電流を削減できる。
ワードドライバに一時的に昇圧電圧を供給した後、昇圧電圧より低い電圧を高レベル電圧として供給することで、ワードドライバのCMOSインバータのnMOSトランジスタは、一時的に強くオンする。したがって、アクティブ期間の終了時にワード線の電圧を迅速に非選択レベルに下げることができ、アクセス時間を短縮できる。換言すれば、アクセス時間を長くすることなくスタンバイ電流を削減できる。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図中の二重丸は、外部端子を示している。図中、太線で示した信号線は、複数本で構成されている。太線が接続されているブロックの一部は、複数の回路で構成されている。外部端子を介して供給される信号には、端子名と同じ符号を使用する。信号が伝達される信号線には、信号名と同じ符号を使用する。末尾に”Z”の付く信号は、正論理を示している。末尾に”X”の付く信号は、負論理を示している。
図1は、本発明の半導体メモリの第1の実施形態を示している。この半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用して擬似SRAMチップとして形成されている。擬似SRAMは、DRAMのメモリコアを有し、SRAMのインタフェースを有している。擬似SRAMは、外部からリフレッシュコマンドを受けることなく、チップ内部で定期的にリフレッシュ動作を実行し、メモリセルに書き込まれたデータを保持する。擬似SRAMは、例えば、携帯電話に搭載されるワークメモリに使用される。読み出し動作および書き込み動作は、外部端子を介して供給されるコマンド信号CMD(読み出しコマンドおよび書き込みコマンド)に応じて実行される。なお、擬似SRAMは、後述する第5〜第8の実施形態と異なり、動作仕様(製品仕様)は1つのみである。すなわち、擬似SRAMは、常に第1仕様で動作する。
擬似SRAMは、コマンド入力回路10、リフレッシュ制御回路12、VPP生成回路14、VII生成回路16、VNN生成回路18、アドレス入力回路20、データ入出力回路22、動作制御回路24、アドレス切替回路26およびメモリコア28を有している。なお、図1では、本発明の説明に必要な主要な信号のみを示している。接地電圧VSSは、メモリアレイARYを除くほとんどの回路に供給されている。
コマンド入力回路10(コマンドデコーダ)は、コマンド端子を介して供給されるコマンド信号CMD(例えば、チップイネーブル信号/CE、書き込みイネーブル信号/WE、出力イネーブル信号/OEなど)を受信する。コマンド入力回路10は、受信したコマ
ンド信号CMD(読み出しコマンドおよび書き込みコマンド=アクセス要求)を解読し、メモリコア28を動作させるための内部コマンド信号ICMDを出力する。
リフレッシュ制御回路12は、図示しないリフレッシュタイマおよびリフレッシュアドレスカウンタを有している。リフレッシュタイマは、所定の周期でリフレッシュ要求信号RREQ(リフレッシュコマンド)を出力する。リフレッシュアドレスカウンタは、リフレッシュ要求信号RREQに応じてカウント動作し、複数ビットからなるリフレッシュアドレス信号RFAを出力する。リフレッシュアドレス信号RFAは、後述するワード線WLを選択するためのロウアドレス信号である。
VPP生成回路14は、2つのカップリングキャパシタおよびこれ等カップリングキャパシタにそれぞれダイオード接続されたトランジスタを有し、外部端子を介して供給される電源電圧VDD(外部電源電圧)から電源電圧より高い一定の昇圧電圧VPPを生成する。すなわち、VPP生成回路14は、2段構成の昇圧電圧生成回路として動作する。昇圧電圧VPPは、ワード線WLの高レベル電圧に使用される。VPP生成回路14は、昇圧電圧VPPを抵抗分割により降圧した電圧と基準電圧とを比較し、降圧した電圧(昇圧電圧VPPを相対的に示す)が基準電圧VREFより低い期間に昇圧動作を実行する比較制御回路15を有している。比較制御回路15は、メモリセルMCをアクセスするアクティブ期間中およびアクティブ期間を除く期間であるスタンバイ期間中に比較動作を続ける。後述するように、スタンバイ期間中にワードドライバWDRVのpMOSトランジスタで発生するゲート誘導ドレインリーク電流(VPPからVNNへのリーク)は、ほとんど無視できる。このため、スタンバイ期間中にVPP生成回路14を動作させても、その動作頻度は少なく、VPP生成回路14の消費電流は僅かである。このため、VPP生成回路14をスタンバイ期間中に強制的に停止することなく、すなわち、VPP生成回路14を複雑に制御することなく、スタンバイ電流を削減できる。
VII生成回路16(内部電源電圧生成回路)は、電源電圧VDDを降圧して一定の内部電源電圧VIIを生成する。内部電源電圧VIIは、メモリアレイARYと、外部端子に接続された入力回路10、20および入出力回路22と、電圧生成回路14、16、18を除くほとんどの回路に供給されている。
VNN生成回路18(負電圧生成回路)は、1つのカップリングキャパシタおよびカップリングキャパシタにダイオード接続されたトランジスタを有し、電源電圧VDDおよび接地電圧VSSを利用して一定の負電圧VNNを生成する。負電圧VNNは、ワード線WLの低レベル電圧に使用される。
電源電圧VDDの入力仕様(製品仕様)は、例えば、1.65〜1.95Vに決められている。VPP生成回路14は、電源電圧VDDが上記範囲のときに、一定の昇圧電圧VPP(例えば、3.2V)を生成する。VII生成回路16は、電源電圧VDDが上記範囲のときに、一定の内部電源電圧VII(例えば、1.65V)を生成する。VNN生成回路18は、電源電圧VDDが上記範囲のときに、一定の負電圧VNN(例えば、−0.2V)を生成する。擬似SRAM内部の主要な回路は、電源電圧VDDに拘わらず一定の内部電源電圧VII、昇圧電圧VPPおよび負電圧VNNを受けて動作する。このため、電源電圧VDDの変化による動作タイミングのずれ(タイミングマージンの減少)を防止できる。この結果、擬似SRAMの性能を向上でき、製造歩留を向上できる。
アドレス入力回路20は、アドレス端子から供給されるアドレス信号ADDを受信し、受信した信号をロウアドレス信号RAおよびコラムアドレス信号CAとして出力する。ロウアドレス信号RAは、ワード線WLを選択するために使用される。コラムアドレス信号CAは、ビット線BLZ(またはBLX)を選択するために使用される。
データ入出力回路22は、読み出し動作時に、メモリコア28からコモンデータバスCDBを介して転送される読み出しデータをデータ端子DQ(例えば、16ビット)に出力する。データ入出力回路18は、書き込み動作時に、データ端子DQを介して供給される書き込みデータを受信し、受信したデータをコモンデータバスCDBを介してメモリコア28に転送する。
動作制御回路24は、非同期で入力される内部コマンド信号ICMDおよびリフレッシュ要求信号RREQが競合するときに、そのどちらを優先させるかを決める裁定回路25を有している。動作制御回路24は、リフレッシュコマンドに応答してリフレッシュ動作を実行するときに、リフレッシュ信号REFZを出力する。裁定回路25により、リフレッシュ動作は、擬似SRAMの外部から供給される読み出しコマンドに応答する読み出し動作または書き込みコマンドに応答する書き込み動作の合間に実行される。すなわち、リフレッシュ動作は、擬似SRAMの内部で自動的に実行される。
動作制御回路24は、裁定回路25により優先判定された内部コマンド信号ICMD(読み出しコマンドおよび書き込みコマンド)またはリフレッシュ要求信号RREQ(リフレッシュコマンド)に応答して、ワード線制御信号WLZ、ラッチイネーブル信号LEX、ビット線リセット信号BRSXなどのメモリアレイARYを動作するためのタイミング信号を出力する。また、動作制御回路24は、内部コマンド信号ICMDまたはリフレッシュ要求信号RREQに応答して、ワード線WLの選択開始タイミングおよび選択終了タイミングをそれぞれ示す動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZを出力する。メモリコア28内のコラムスイッチを選択するためのタイミング信号であるコラム線制御信号CLZは、内部コマンド信号ICMDのみに応答して出力される。ワード線制御信号WLZは、ワード線WLを選択するためのタイミング信号である。ラッチイネーブル信号LEXは、メモリコア28内のセンスアンプSAを動作するためのタイミング信号である。ビット線リセット信号BRSXは、メモリコア28内のプリチャージ回路PREを動作するためのタイミング信号である。
アドレス切替回路26は、低レベルのリフレッシュ信号REFZを受けているときに(読み出し動作中、書き込み動作中またはスタンバイ期間中)、ロウアドレス信号RAを内部ロウアドレス信号IRAとして出力する。アドレス切替回路26は、高レベルのリフレッシュ信号REFZを受けているときに(リフレッシュ動作中)、リフレッシュアドレス信号RFAを内部ロウアドレス信号IRAとして出力する。すなわち、読み出し動作、書き込み動作およびスタンバイ期間では、外部から供給されるロウアドレス信号RAが選択され、リフレッシュ動作では、内部で生成されるリフレッシュアドレス信号RFAが選択される。
メモリコア28は、ゲート制御回路30、ワードデコーダWDEC、1/4デコーダQDEC、ワードドライバWDRV、センスアンプSA、プリチャージ回路PRE、メモリアレイARY、コラムデコーダCDEC、センスバッファSBおよびライトアンプWAを有している。
ゲート制御回路30は、動作開始信号OPTSZまたは動作終了信号OPTEZの活性化中(アクティブ期間=第1期間)にロウ駆動信号RDDRV(高レベル電圧線)を昇圧電圧VPPに設定し、動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZが共に非活性化されているときに(スタンバイ期間=第1期間を除く期間)、ロウ駆動信号RDDRV(高レベル電圧線)を内部電源電圧VIIに設定する。後述するように、ワード線WLの高レベル電圧は、ロウ駆動信号RDDRVの電圧により設定される。
ワードデコーダWDEC(第1ワードデコーダ)は、内部ロウアドレス信号IRAの上位ビット(但し、後述するメモリブロックの選択に使用されるビットを除く)で構成される第1アドレス信号および動作制御回路24からのタイミング信号(例えば、WLZ信号)に応じて、ロウ出力信号RDOUTを選択レベルまたは非選択レベルに設定する。このとき、選択レベルは、負電圧VNNに設定され、非選択レベルは、ロウ駆動信号RDDRVの電圧に応じて、昇圧電圧VPPまたは内部電源電圧VIIに設定される。
1/4デコーダQDEC(第2ワードデコーダ)は、内部ロウアドレス信号IRAの下位2ビットで構成される第2アドレス信号をデコードし、動作制御回路24からのタイミング信号(例えば、WLZ信号)に同期して、第2アドレス信号が選択を示すときにデコード信号WLDVを選択レベル(VPP)に設定し、第2アドレス信号が非選択を示すときにデコード信号WLDVを非選択レベル(VNN)に設定する。
ワードドライバWDRVは、ロウ出力信号RDOUTおよびデコード信号WLDVに応じて、ワード線WLを選択レベル(VPP)または非選択レベル(VNN)に設定する。
メモリアレイARYは、マトリックス状に配置された複数のダイナミックメモリセルMCと、メモリセルMCに接続された複数のワード線WLおよび複数のビット線対BLZ、BLXを有している。メモリアレイARYは、4つのメモリブロックで構成されている。メモリセルMCは、一般のDRAMのメモリセルと同じであり、データを電荷として保持するためのキャパシタ(記憶ノード)と、このキャパシタとビット線BLとの間に配置された転送トランジスタとを有している。転送トランジスタのゲートは、ワード線WLに接続されている。
センスアンプSAは、ラッチイネーブル信号LEXに同期して動作し、ラッチイネーブル信号LEXの活性化中(低レベル期間中)にビット線BLZ、BLXの電圧差を増幅する。プリチャージ回路PREは、ビット線リセット信号BRSXに同期して動作し、メモリコア24の非動作中にビット線BLZ、BLXを所定の電圧に設定する。
コラムデコーダCDECは、コラムアドレス信号CADに応じて、ビット線BLZ、BLXとデータバスDBとをそれぞれ接続するコラムスイッチを選択し、選択したコラムスイッチをコラム線制御信号CLZに同期してオンさせる。
センスバッファSBは、読み出し動作時にデータバスDB上の読み出しデータの信号量を増幅し、コモンデータバスCDBに出力する。ライトアンプWAは、書き込み動作時にコモンデータバスCDB上の書き込みデータの信号量を増幅し、データバスDBに出力する。
図2は、図1に示したメモリコア28の要部の詳細を示している。図は、メモリアレイARYの1つのメモリブロックに接続される回路を示している。すなわち、各メモリブロックは、32個のロウブロックRBLKを有している。ゲート制御回路30および1/4デコーダQDECは、ロウブロックRBLK毎に形成されている。
各ロウブロックRBLKは、64個のワードデコーダWDECと、256個のワードドライバWDRVとを有している。すなわち、4つのワードドライバWDRVが、各ワードデコーダWDECに対応して形成されている。各ロウブロックRBLKにおいて、ワードドライバWDRVは、256本のワード線WL(WL0、WL1、...、WL255)にそれぞれ対応して形成されている。読み出し動作、書き込み動作およびリフレッシュ動作において、データ端子DQ毎にワードデコーダWDECのいずれかが、ロウアドレス信号RAに応じて選択される。選択されたワードデコーダWDECは、ロウ出力信号RDO
UT(RDOUT0、RDOUT1、...)を負電圧VNNに設定する。選択されないワードデコーダWDECは、ロウ出力信号RDOUTを昇圧電圧VPPに設定する。
1/4デコーダQDECは、ロウアドレス信号RAの下位2ビット(第2アドレス信号)に応じて、デコード信号WLDV(WLDV0−3)のいずれかを負電圧VNNから昇圧電圧VPPに変化する。4つのデコード信号WLDVは、ロウブロックRBLK内の複数のワードドライバWDRVに共通に出力される。負電圧VNNのロウ出力信号RDOUTを受ける4つのワードドライバWDRVのうち、昇圧レベルVPPに設定されたデコード信号WLDVを受けるワードドライバWDRVは、ワード線WLを昇圧電圧VPPに設定する。すなわち、ロウアドレス信号RAに応じて、データ端子DQ毎に1つのワードドライバWDRVが活性化し、1つのワード線WLが選択される。そして、メモリセルMCのキャパシタとビット線BLZ(またはBLX)とが接続され、読み出し動作、書き込み動作またはリフレッシュ動作が実行される。
図3は、図1に示したゲート制御回路30、ワードデコーダWDECおよびワードドライバWDRVの詳細を示している。図中、トランジスタに付した矢印の接続先は、ウエル電圧を示している。互いに逆向きの2つの矢印があるnMOSトランジスタは、トリプルウエル構造を有している。矢印のないnMOSトランジスタの基板電圧(ウエル電圧)は、接地電圧VSSに設定されている。
ゲート制御回路30は、動作開始信号OPTSZまたは動作終了信号OPTEZのいずれかが高レベル(VII)のときに低レベル(VSS)の動作信号OPTXを出力するNOR回路30aと、動作信号OPTXが高レベル(VPP)のときに高レベル(VII)のロウ駆動信号RDDRVを出力するnMOSトランジスタ30bと、動作信号OPTXが低レベル(VSS)のときに高レベル(VPP)のロウ駆動信号RDDRVを出力するpMOSトランジスタ30cとを有している。nMOSトランジスタ30bおよびpMOSトランジスタ30cは、ワードデコーダWDECに高レベル電圧を供給するための高レベル電圧線RDDRVを、アクティブ期間(第1期間)に昇圧電圧線VPPに接続し、スタンバイ期間(第1期間を除く期間)に昇圧電圧VPPより低い内部電源電圧が供給される内部電圧線VIIに接続するスイッチ回路として動作する。
pMOSトランジスタ30cのゲートに供給される動作信号OPTXは、動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZが共に低レベル(VSS)のとき、すなわち、擬似SRAMのスタンバイ期間中に、昇圧レベルVPPに設定される。しかし、このとき、pMOSトランジスタ30cのソース、ドレインおよび基板は、それぞれ昇圧電圧VPP、内部電源電圧VII、昇圧電圧VPPに設定されており、基板・ドレイン間および基板・ソース間の電圧差は小さい。このため、ゲート誘導ドレイン電流GIDL(またはゲート誘導ソース電流GISL)はほとんど流れない。したがって、pMOSトランジスタ30cについてGIDLの対策は不要である。
ワードデコーダWDECは、昇圧線VPPと接地線VSSの間にpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタが直列に接続されロウアドレス信号RAをデコードするデコード部32aと、デコード部32aの出力に接続されたラッチ32bと、ラッチ32bの出力ノードDECOUTZがゲートに接続されたpMOSトランジスタ32cと、出力ノードDECOUTZおよびpMOSトランジスタ32cのドレインに接続されたレベル変換部32dとを有している。pMOSトランジスタ32cは、出力ノードDECOUTZが低レベルのときにロウ出力信号RDOUTのレベルを内部電源電圧VIIまたは昇圧電圧VPPに設定する。レベル変換部32dは、出力ノードDECOUTZが高レベル(VPP)のときにロウ出力信号RDOUTのレベルを負電圧VNNに設定する。
デコード部32aは、アクティブ期間中に、ロウアドレス信号RA(第1アドレス信号)のプリデコード信号RDEC(RDEC0−1)およびタイミング信号TIMZに応じてロウ出力信号RDOUTZを出力する。具体的には、デコード部32aは、プリデコード信号RDECが全て高レベルのときに、すなわち、ロウアドレス信号RAが選択を示しているとき、タイミング信号TIMZの高レベル期間に同期して活性化され、出力ノードDECOUTZを高レベル(VPP)にする。このとき、ワードデコーダWDECは、ロウ出力信号RDOUTを負電圧VNN(低レベル電圧)に設定する。
デコード部32aは、アクティブ期間中に、プリデコード信号RDECのいずれかが低レベルのときに、すなわち、ロウアドレス信号RAが非選択を示しているとき、出力ノードDECOUTZを低レベル(VSS)に維持する。このとき、ワードデコーダWDECは、ロウ出力信号RDOUTを昇圧電圧VPP(高レベル電圧)に設定する。
また、擬似SRAMのスタンバイ期間中、全てのデコード部32aの出力ノードDECOUTZは、低レベル(VSS)に維持される。このとき、ワードデコーダWDECは、ロウ出力信号RDOUTをロウ駆動信号RDDRVの電圧と同じ内部電源電圧VII(高レベル電圧)に設定する。スタンバイ期間中に、pMOSトランジスタ32cのゲートは、接地電圧VSSを受ける。したがって、pMOSトランジスタ32cについてGIDLの対策は不要である。
ワードドライバWDRVは、高レベル(デコード信号WLDVのVPPレベルまたはVIIレベル)または低レベル(VNN)をワード線WL(WL0−3)に出力するCMOSインバータ34aと、ワード線WLをワードリセット信号WLRST(WLRST0−3)に応じて負電圧線VNNに接続するnMOSトランジスタ34bとを有している。ワードドライバWDRVは、ワードデコーダWDECから負電圧VNN(低レベル電圧)をpMOSトランジスタ34cのゲートに受けたときにワード線WLに昇圧電圧VPPを供給し、ワードデコーダWDECからの昇圧電圧VPPまたは内部電源電圧VII(ともに高レベル電圧)をゲートで受けたときにワード線WLに負電圧VNN(低レベル電圧)を出力する。
ワード線WLは、ワードリセット信号WLRSTが高レベル(VII)の期間、非選択レベル(VNN)に固定される。ワードリセット信号WLRSTは、デコード信号WLDVの逆相の信号であり、ワードドライバWDRV内でそれぞれ生成される。本発明では、CMOSインバータ34aのpMOSトランジスタ34cのゲートは、擬似SRAMのスタンバイ期間中に内部電源電圧VIIを受ける。このため、スタンバイ期間中のGIDL電流は、従来に比べ大幅に削減される(例えば、1×10−11A/μmから2×10−13A/μmに削減される)。
従来の擬似SRAMでは、ゲート制御回路30が存在しないため、ワードドライバWDECのpMOSトランジスタ32cのソースは、昇圧線VPPに直接接続されていた。このため、全てのロウ出力信号RDOUTは、スタンバイ期間中に昇圧電圧VPPに設定され、全てのワードドライバWDRVのpMOSトランジスタ34cのゲートに昇圧電圧VPPが供給されていた。pMOSトランジスタ34cの基板は、昇圧電圧VPPに固定されている。pMOSトランジスタ34cのソース(WLDV)およびドレイン(WL)は、スタンバイ期間中に負電圧VNNにそれぞれ設定される。このため、従来は、pMOSトランジスタ34cのゲート誘導ドレインリーク(以下、GIDL)により、スタンバイ電流が50μA程度増加していた。本発明では、pMOSトランジスタ34cのGIDLは、無視できる程度に小さいため、スタンバイ電流を従来に比べ約50μA削減できる。
図4は、第1の実施形態において擬似SRAMのスタンバイ期間中にリフレッシュ動作
が実行される例を示している。図中のスタンバイ期間STBは、外部コマンド(読み出しアクセス要求または書き込みアクセス要求)が供給されず、擬似SRAM内部でのリフレッシュ要求が発生せず、図3に示したワードデコーダWDECのデコーダ部32aが非活性化されている期間を示している。アクティブ期間ACTは、外部コマンドが供給されまたはリフレッシュコマンドが発生し、ワードデコーダWDECのデコーダ部32aのいずれかが活性化される期間を示している。
スタンバイ期間STBでは、図3に示したNOR回路30aは、低レベル(VSS)の動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZを受け(図4(a))、高レベル(VPP)の動作信号OPTXを出力する(図4(b))。高レベルの動作信号OPTXによりnMOSトランジスタ30bがオンし、ロウ駆動信号RDDRVは内部電源電圧VIIに保持される(図4(c))。デコード部32aの出力ノードDECOUTZは、スタンバイ期間中に低レベルに保持されるため、ワードデコーダWDECのpMOSトランジスタ32cはオンする。このオンにより、全てのロウ出力信号RDOUTのレベルは、内部電源電圧VIIに保持される(図4(d、e))。したがって、上述したように、ロウ出力信号RDOUTをゲートで受けるpMOSトランジスタ34cにおいて、GIDLはほとんど発生しない。
次に、スタンバイ期間中に、図1に示したリフレッシュ制御回路12からリフレッシュ要求信号RREQが出力される(図4(f))。動作制御回路24は、外部コマンドを受けていないため、リフレッシュ要求信号RREQに応答してリフレッシュ信号REFZ、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZ、タイミング信号TIMZ(WLZ)および図示しないラッチイネーブル信号LEXおよびビット線リセット信号BRSXを出力する(図4(g、h、i、j))。
リフレッシュ制御回路12は、リフレッシュ要求信号RREQに同期してリフレッシュアドレス信号RFAをカウントアップする(図4(k))。アドレス切替回路26は、リフレッシュアドレス信号RFA(RF2)を内部ロウアドレス信号IRAとして出力する(図4(l))。
ゲート制御回路30は、動作開始信号OPTSZまたは動作終了信号OPTEZが高レベルの間、ロウ駆動信号RDDRVを内部電源電圧VIIから昇圧電圧VPPに切り替える(図4(m))。スタンバイ期間STBにおいて、全てのワードデコーダWDECの出力ノードDECOUTZは、低レベルであり、pMOSトランジスタ32cはオンしている。このため、全てのロウ出力信号RDOUTは、ロウ駆動信号RDDRVの昇圧電圧VPPへの変化に応答して、内部電源電圧VIIから昇圧電圧VPPに変化する(図4(n、o))。リフレッシュアドレス信号RFAにより選択されたワードデコーダWDECは、タイミング信号TIMZに同期して、デコード部32aの出力ノードDECOUTZを高レベル(VPP)に変化する(図4(p))。選択されたワードデコーダWDECは、出力ノードDECOUTZの変化に応答してロウ出力信号RDOUTを低レベル(VNN)に変化する(図4(q))。
1/4デコーダQDECは、内部ロウアドレス信号IRAの下位2ビットに対応するデコード信号WLDVの1つ(例えばWLDV0)を低レベル(VNN)から高レベル(VPP)に変化する(図4(r))。高レベルのデコード信号WLDVを受けるワードドライバWDRVは、ワードリセット信号WLRSTを、デコード信号WLDVに同期して非活性化し、ワード線WLのリセット状態を解除する(図4(s))。低レベルのロウ出力信号RDOUTを受ける4つのワードドライバWDRVのうち、高レベル(VPP)のデコード信号WLDVを受けるワードドライバWDRVは、図中に太い破線で示すように、デコード信号WLDVに同期してワード線WL(例えば、WL0)を昇圧電圧VPPに変化し、リフレッシュ動作を実行する(図4(t))。
なお、アクティブ期間ACTの開始時において、1/4デコーダQDECは、ゲート制御回路30がワードデコーダWDECの高レベル電圧線RDDRVに接続する電圧線を内部電圧線VIIから昇圧電圧線VPPに切り替えた後(上述した符号(m))、昇圧電圧VPPを出力する(上述した符号(r))。このため、ワードドライバWDRVのpMOSトランジスタ34cのソース電圧は、pMOSトランジスタ34cのゲート電圧が内部電源電圧VIIから昇圧電圧VPPに変化した後に、負電圧VNN(低レベル電圧)から昇圧電圧VPPに変化する。pMOSトランジスタ34cとともにCMOSインバータを構成するnMOSトランジスタは、ゲートで内部電源電圧VIIを受けてオンしている。したがって、pMOSトランジスタ34cのゲート電圧がソース電圧より低くなることを防止することで、CMOSインバータのpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが同時にオンすることを防止できる。この結果、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
低レベルのロウ出力信号RDOUTを受ける4つのワードドライバWDRVのうち、低レベル(L;VNN)のデコード信号WLDVを受ける3つのワードドライバWDRVは、ワードリセット信号WLRSTを高レベル(H;VII)に保持し(図4(u))、ワード線WLを負電圧VNNに保持する(図4(v))。このため、リフレッシュ動作は実行されない。
リフレッシュアドレス信号RFAにより選択されないワードデコーダWDECは、デコード部32aの出力ノードDECOUTZを低レベル(L;VSS)に維持する(図4(w))。このため、pMOSトランジスタ32cはオンし、非選択のワードデコーダWDECから出力されるロウ出力信号RDOUTは、高レベル(VPP)に保持される(図4(x))。高レベルのロウ出力信号RDOUTを受けるワードドライバWDRVのうち低レベルのデコード信号WLDVを受けるワードドライバWDRVは、ワードリセット信号WLRSTを高レベル(H;VII)に保持し(図4(y))、ワード線WLを負電圧VNNに保持する(図4(z))。一方、図2に示したように、デコード信号WLDVは、複数のワードドライバWDRVに共通して供給される。このため、高レベルのロウ出力信号RDOUTおよび高レベルのデコード信号WLDVを受けるワードドライバWDRVが存在する(符号(z)の周りの破線)。このワードドライバWDRVについても、上述と同様に、pMOSトランジスタ34cのゲート電圧がソース電圧より低くなることを防止でき、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
1/4デコーダQDECは、デコード信号WLDVを昇圧電圧VPPに変化してから所定時間後に、デコード信号WLDVを負電圧VNNに変化させる(図4(z1))。デコード信号WLDVの負電圧VNNは、オンしているpMOSトランジスタ34cを介して、選択されていたワード線WLに伝達され、ワード線WLの電圧は徐々に低下する(図4(z2))。この後、ワードリセット信号WLRSTが負電圧VNNから内部電源電圧VIIに変化し(図4(z3))、nMOSトランジスタ34bがオンし、ワード線WLは迅速かつ確実に負電圧VNNにリセットされる。
ワードデコーダWDECは、タイミング信号TIMZの低レベルへの変化に応答して(図4(z4))、出力ノードDECOUTZを接地電圧VSSに変化する(図4(z5))。このとき、動作終了信号OPTEZは、高レベルを維持しており、ロウ駆動信号RDDRVは、昇圧電圧VPPに維持されている。このため、ワードデコーダWDECのpMOSトランジスタ32cはオンし、ロウ出力信号RDOUTは、負電圧VNNから昇圧電圧VPPに変化する(図4(z6))。
ロウ出力信号RDOUTの昇圧電圧VPPへの変化により、ワードドライバWDRVの
CMOSインバータ34aを構成するnMOSトランジスタは一時的に強くオンする。このため、ワード線WLのリセット動作はより迅速になる。この後、動作終了信号OPTEZが低レベルに変化することで(図4(z7))、ロウ駆動信号RDDRVは、昇圧電圧VPPから内部電源電圧VIIに変化する(図4(z8))ロウ出力信号RDOUTは、ロウ駆動信号RDDRVの変化に応答して昇圧電圧VPPから内部電源電圧VIIに変化する(図4(z9、z10))。そして、アクティブ期間ACTが終了し、再びスタンバイ期間STBになる。このように、アクティブ期間ACTの終了時に、ワードデコーダWDECの出力ノードDECOUTZを低レベルに変化させ、ロウ出力信号RDOUTを低レベルから高レベルに変化させた後に、ロウ駆動信号RDDRVを昇圧電圧VPPから内部電源電圧VIIに変化することで、ワードドライバWDRVのCMOSインバータ34aを構成するnMOSトランジスタを、一時的に強くオンできる。したがって、アクティブ期間ACTの終了時に、ワード線WLの電圧を迅速かつ確実に非選択レベルに下げることができる。この結果、ワード線WLのリセット動作期間を短縮でき、アクセス時間を短縮できる。また、アクティブ期間ACTが連続して発生する場合(アクセス要求が連続して供給される場合)に、ワード線WLのリセット不足によりワード線が多重選択されることを防止できる。すなわち、擬似SRAMの誤動作を防止できる。
なお、アクティブ期間ACTの終了時において、ゲート制御回路30は、1/4デコーダQDECがデコード信号WLDVを負電圧VNNに変化した後(上述した符号(z1))、ワードデコーダWDECの高レベル電圧線RDDRVに接続する電圧線を昇圧電圧線VPPから内部電源電圧VIIに設定する(上述した符号(z8))。このため、pMOSトランジスタ34cのゲート電圧は、pMOSトランジスタ34cのソース電圧が昇圧電圧VPPから負電圧VNNに変化した後に、昇圧電圧VPPから内部電源電圧VIIに変化する。したがって、pMOSトランジスタ34cのゲート電圧がソース電圧より低くなることを防止でき、CMOSインバータのpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが同時にオンすることを防止できる。この結果、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
図5は、第1の実施形態における擬似SRAMのスタンバイ期間中の動作の概要を示している。外部コマンド(読み出し要求または書き込み要求)が供給されないとき、擬似SRAMは、リフレッシュ要求が発生するときを除きスタンバイ状態を保持する。リフレッシュ要求信号RREQが発生したとき、擬似SRAMは、図4に示したように、リフレッシュアドレス信号RFAに対応するワード線WLを選択し、リフレッシュ動作を実行する。この際、ビット線リセット信号BRSXおよびセンスアンプ活性化信号LEXも出力される。
リフレッシュ要求信号RREQは、例えば、16μs毎に出力される。リフレッシュ要求信号RREQに対応するリフレッシュ動作(図中のアクティブ期間ACT)は、数十ns(例えば80ns)である。このため、スタンバイ期間STBとアクティブ期間ACTの比は、200:1になる。したがって、所定期間内で占有率の大きいスタンバイ期間STBにおいて、GIDL電流を削減する効果は大きい。
図6は、第1の実施形態において擬似SRAMのスタンバイ期間中にアクセス動作(読み出し動作または書き込み動作)が実行される例を示している。上述した図4と同じ動作については、詳細な説明は省略する。
読み出し動作および書き込み動作は、読み出しコマンドRDおよび書き込みコマンドWRがコマンド端子CMDに供給され、アドレス信号RA、CAがアドレス端子ADDに供給されることで実行される(図6(a、b))。動作制御回路24は、内部コマンド信号ICMDに応答して、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZ、タイミング信
号TIMZ(WLZ)および図示しないラッチイネーブル信号LEXおよびビット線リセット信号BRSXを出力する(図6(c、d、e))。その後の動作は、図4と同じである。このように、擬似SRAMがアクセスコマンドRD、WRに応答してメモリアクセスを実行するときにも、メモリアクセス以外のスタンバイ期間STBにおいて、図4と同様に、GIDL電流が削減される。
以上、本実施形態では、ワードドライバWDRVのpMOSトランジスタ34cのゲートは、スタンバイ期間STBに、昇圧電圧VPPより低い内部電源電圧VIIを受ける。このため、スタンバイ期間中に発生するpMOSトランジスタ34cのゲート誘導ドレインリーク電流を、従来に比べ大幅に削減できる。すなわち、擬似SRAMのスタンバイ電流を大幅に削減できる。
アクティブ期間ACTの開始時および終了時において、ワードドライバWDRVのpMOSトランジスタ34cのゲート電圧がソース電圧より低くなることを防止でき、CMOSインバータのpMOSトランジスタとnMOSトランジスタとが同時にオンすることを防止できる。この結果、ソース・ドレイン間に貫通電流が流れることを防止できる。
アクティブ期間ACTの終了時に、ワードドライバWDRVのCMOSインバータ34aの入力に、一時的に昇圧電圧VPPを供給することで、CMOSインバータ34aのnMOSトランジスタを一時的に強くオンできる。したがって、アクティブ期間の終了時にワード線WLの電圧を迅速に非選択レベルに下げることができる。この結果、ワード線WLのリセット動作期間を短縮でき、アクセス時間を短縮できる。また、アクティブ期間ACTが連続して発生する場合(アクセス要求が連続して供給される場合)に、ワード線WLのリセット不足によりワード線WLが多重選択されることを防止できる。すなわち、擬似SRAMの誤動作を防止できる。
VPP生成回路14により生成される一定の昇圧電圧VPPおよびVII生成回路16により生成される一定の内部電源電圧VIIを、ロウ駆動信号RDDRVの高レベル電圧に用いることで、一定の高レベル電圧をワードドライバWDRVに供給できる。この結果、ワードドライバWDRVの動作タイミングおよび動作マージンを常に一定にできる。
ゲート誘導ドレインリーク電流が大幅に削減されるため、昇圧電圧VPP(pMOSトランジスタ34cの基板電圧)は、ほとんど低下しない。したがって、VPP生成回路14による昇圧動作の頻度を下げることができる。この結果、スタンバイ期間中に、VPP生成回路14の昇圧動作を停止しなくても、スタンバイ電流を削減できる。
図7は、本発明の半導体メモリの第2の実施形態を示している。第1の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してセルフリフレッシュ機能を有するDRAMチップとして形成されている。DRAMは、通常動作モード中に、外部コマンドCMDに応答して読み出し動作、書き込み動作またはリフレッシュ動作(オートリフレッシュ)を実行する。DRAMは、セルフリフレッシュモード中に、リフレッシュ制御回路12Aが定期的に出力するリフレッシュ要求信号RREQに応答してリフレッシュ動作を実行する。DRAMは、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータに搭載されるワークメモリに使用される。なお、DRAMは、第1の実施形態と同様に、動作仕様は1つのみである。すなわち、DRAMは、常に第1仕様で動作する。
DRAMは、第1の実施形態の半導体メモリのコマンド入力回路10、リフレッシュ制御回路12、VPP生成回路14、VII生成回路16、VNN生成回路28および動作
制御回路24の代わりに、コマンド入力回路10A、リフレッシュ制御回路12A、VPP生成回路14A、VII生成回路16A、VNN生成回路28Aおよび動作制御回路24Aを有している。その他の構成は、第1の実施形態とほぼ同じである。
コマンド入力回路10A(コマンドデコーダ)は、通常動作モード中に、コマンド端子を介して供給されるコマンド信号CMD(例えば、ロウアドレスストローブ信号/RAS、コラムアドレスストローブ信号/CAS、書き込みイネーブル信号/WEなど)を受信する。コマンド入力回路10Aは、受信したコマンド信号CMD(読み出しコマンド、書き込みコマンド、オートリフレッシュコマンド)を解読し、メモリコア28を動作させるための内部コマンド信号ICMDを出力する。
リフレッシュ制御回路12Aは、図示しないリフレッシュタイマおよびリフレッシュアドレスカウンタを有している。リフレッシュタイマは、通常動作モード中に動作を停止する。リフレッシュアドレスカウンタは、通常動作モード中に、コマンド入力回路10Aからのオートリフレッシュコマンド信号AREFに応答してリフレッシュアドレス信号RFAをカウントアップする。リフレッシュタイマは、アクセス要求(読み出しコマンド、書き込みコマンド)およびオートリフレッシュコマンドを受け付けないセルフリフレッシュモード中に所定の周期でリフレッシュ要求信号RREQ(リフレッシュコマンド)を出力する。リフレッシュアドレスカウンタは、リフレッシュ要求信号RREQに応じてカウント動作し、リフレッシュアドレス信号RFAを出力する。
VPP生成回路14A、VII生成回路16AおよびVNN生成回路28Aの機能は、第1の実施形態のVPP生成回路14、VII生成回路16およびVNN生成回路28とほぼ同じである。
動作制御回路24Aは、通常動作モード中に、コマンド入力回路10Aから読み出しコマンド、書き込みコマンドまたはリフレッシュコマンドを受けたときに、メモリコア28に読み出し動作、書き込み動作またはリフレッシュ動作を実行させるためのタイミング信号を出力する。動作制御回路24Aは、セルフリフレッシュモード中に、リフレッシュ要求信号RREQを受けたときに、メモリコア28にリフレッシュ動作を実行させるためのタイミング信号を出力する。動作制御回路24Aの動作は、第1の実施形態(図4、図6)と同じである。但し、この実施形態では、読み出し要求または書き込み要求と、リフレッシュ要求とが競合することはない。このため、動作制御回路24Aは、裁定回路を持たない。
ゲート制御回路30の動作は、第1の実施形態と同じである。すなわち、ゲート制御回路30は、高レベル電圧線RDDRVを、アクティブ期間(第1期間)に昇圧電圧線VPPに接続し、スタンバイ期間(第1期間を除く期間)に内部電圧線VIIに接続する。
この実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、セルフリフレッシュモードを有するDRAMにおいても、GIDLを大幅に削減し、スタンバイ電流(セルフリフレッシュ電流)を削減できる。
図8は、本発明の半導体メモリの第3の実施形態を示している。第1および第2の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してセルフリフレッシュ機能を有するDRAMチップとして形成されている。DRAMは、第2の実施形態の動作制御回路24Aおよびゲート制御回路30の代わりに、動作制御回路24Bおよびゲート制御回路30Bを有している。その他の構成は、第2の実施形態と同じである。すなわち、DRAMの動作仕様は1つのみであり、DRAMは常
に第1仕様で動作する。
動作制御回路24Bは、リフレッシュ制御回路12Aが発生するリフレッシュ要求信号RREQに応答するリフレッシュ動作のみを実行し、アクセス要求を受け付けないセルフリフレッシュモード中に、低レベルのセルフリフレッシュモード信号SREFXを出力する。動作制御回路24Bは、アクセス要求(読み出しコマンド、書き込みコマンド、オートリフレッシュコマンド)を受け付ける通常動作モード中に、高レベルのセルフリフレッシュモード信号SREFXを出力する。動作制御回路24Bのその他の機能は、上述した第2の実施形態の動作制御回路24Aと同じである。
ゲート制御回路30Bは、セルフリフレッシュモード中のアクティブ期間と通常動作モード期間とである第1期間に、ロウ駆動信号RDDRV(高レベル電圧線)を昇圧電圧VPPに設定する。ゲート制御回路30Bは、第1期間を除く期間であるセルフリフレッシュモード中のスタンバイ期間に、ロウ駆動信号RDDRVを内部電源電圧VIIに設定する。ゲート制御回路30Bのその他の機能は、上述した第1および2の実施形態のゲート制御回路30と同じである。
図9は、図8に示したゲート制御回路30B、ワードデコーダWDECおよびワードドライバWDRVの詳細を示している。ワードデコーダWDECおよびワードドライバWDRVは、上述した第1の実施形態(図3)と同じである。
ゲート制御回路30Bは、第1の実施形態のゲート制御回路30のNOR回路30aの代わりに、NOR回路30dを有している。その他の構成は、ゲート制御回路30と同じである。NOR回路30dは、3つの入力を有しており、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZまたはセルフリフレッシュモード信号SREFXのいずれかが高レベルのときに、低レベル(VSS)の動作信号OPTXを出力し、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZおよびセルフリフレッシュモード信号SREFXが共に低レベルのときに、高レベル(VPP)の動作信号OPTXを出力する。このため、セルフリフレッシュモード信号SREFXが高レベルに保持される通常動作モード中、動作信号OPTXは、低レベルに保持される。したがって、高レベル電圧線RDDRVは、通常動作モード中に昇圧電圧VPPに固定される。
図10は、第3の実施形態におけるDRAMの動作の概要を示している。上述した図4および図5と同じ動作については、詳細な説明を省略する。この例では、DRAMは、通常動作モード中にセルフリフレッシュコマンドを受けてセルフリフレッシュモードに移行し、セルフリフレッシュモード中にセルフリフレッシュ解除コマンドを受けて通常動作モードに移行する。
通常動作モード中、セルフリフレッシュモード信号SREFXは、高レベルに保持されるため、動作信号OPTXは、低レベルに固定される。このため、図9に示したnMOSトランジスタ30b、pMOSトランジスタ30c(スイッチ回路)のオン、オフが切り替わることはなく、高レベル電圧線RDDRVは、昇圧電圧VPPに固定される。したがって、スイッチ回路30b、30cの切替動作に伴う電力の消費はない。
具体的には、NOR回路30dは、スイッチ回路30b、30cを駆動しないため、電力をほとんど消費しない。また、高レベル電圧線RDDRVの充放電が発生しないため、充放電のための電力は発生しない。したがって、昇圧電圧VPPの無駄な使用が抑えられ、昇圧電圧発生回路14Aの動作頻度は下がる。この結果、昇圧電圧発生回路14Aの消費電力も下がる。DRAMを搭載するシステムが、アクセス要求を頻繁に発生する場合、GIDLによる消費電力の増加よりも、スイッチ回路30b、30cの切り替えによる消
費電力の増加の方が増える場合がある。このようなシステムでは、通常動作モード中に、高レベル電圧線RDDRVの電圧の切り替えを行わず、高レベル電圧線RDDRVを昇圧電圧VPPに保持した方が、消費電力を削減できる。
一方、セルフリフレッシュモード中、セルフリフレッシュモード信号SREFXは、低レベルに保持される。このため、動作信号OPTXは、スタンバイ期間(動作開始信号OPTSZまたは動作終了信号OPTEZが高レベルの期間)に低レベルに固定され、セルフリフレッシュ動作が実行されるアクティブ期間(動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZが共に低レベルの期間)のみ高レベルに固定される。すなわち、この実施形態では、スイッチ回路30b、30cは、セルフリフレッシュモード中のリフレッシュ動作時のみ切替動作を行う。
セルフリフレッシュ動作は、数十μs毎に実行され、動作頻度は低い。このため、スイッチ回路30b、30cの動作に伴い増加する消費電力の影響は、ほとんどない。高レベル電圧線RDDRVおよびロウ出力信号RDOUTは、セルフリフレッシュ動作の実行期間を除き、内部電源電圧VIIに保持される。このため、セルフリフレッシュモード中のGIDL電流を削減できる。
図11は、第3の実施形態において通常動作モード中にアクセス動作が実行される例を示している。上述した図6と同じ動作については詳細な説明を省略する。この例では、高レベル電圧線RDDRVは、通常動作モード中に昇圧電圧VPPに固定される。このため、ロウ出力信号RDOUTの高レベル電圧は、昇圧電圧VPPのみである。その他の動作は、図6と同じである。
この実施形態においても、上述した第1および第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、通常動作モード中に高レベル電圧線RDDRVを昇圧電圧VPPに固定することで、スイッチ回路30b、30cは、通常動作モード中の切り替え動作をしない。したがって、高レベル電圧線RDDRVの充放電の頻度が下がり、消費電力を削減できる。特に、本発明を、通常動作モード中にメモリセルを頻繁にアクセスするシステムに搭載されるDRAMに適用することで、高い効果を得られる。さらに、セルフリフレッシュモード中にGIDL電流を削減できるため、スタンバイ電流を削減できる。
昇圧電圧VPPの無駄な消費を減らすことで、昇圧電圧生成回路14Aの無駄な動作を減らすことができる。一般に、昇圧電圧生成回路14Aによる昇圧電圧の生成効率は、数十%であるため、昇圧電圧VPPの無駄な消費を減らすことによる消費電力の削減効果は大きい。
図12は、本発明の半導体メモリの第4の実施形態を示している。第1および第2の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してセルフリフレッシュ機能を有するDRAMチップとして形成されている。DRAMは、第2の実施形態のコマンド入力回路10A、動作制御回路24Aおよびゲート制御回路30の代わりに、コマンド入力回路10C、動作制御回路24Cおよびゲート制御回路30Bを有している。その他の構成は、第2の実施形態と同じである。すなわち、DRAMの動作仕様は1つのみであり、DRAMは常に第1仕様で動作する。
コマンド入力回路10Cは、コマンド端子CMDを介してパワーダウンコマンドを受けたときに、パワーダウンコマンド信号(内部コマンド信号ICMDの1つ)を活性化し、パワーダウン解除コマンドを受けたときに、パワーダウンコマンド信号を非活性化する機
能を有している。コマンド入力回路10Cのその他の機能は、図7に示したコマンド入力回路10Aと同じである。
パワーダウンコマンドは、DRAMを搭載するシステムが、DRAMのスタンバイ期間を長く続けるときに、スタンバイ電流を削減するために発生する。DRAMは、パワーダウンコマンドに応答して、チップを通常動作モードからアクセス要求を受け付けず、リフレッシュ動作も実行しないパワーダウンモードに移行する。また、DRAMは、パワーダウン解除コマンドに応答して、チップをパワーダウンモードから通常動作モードに移行する。パワーダウンモードでは、例えば、アドレス信号ADDおよびデータ信号DQの入力バッファの入力動作が禁止される。入力バッファのリーク電流を削減することで、スタンバイ電流が削減される。
動作制御回路24Cは、パワーダウンコマンド信号の活性化中にパワーダウンモード信号PDXを低レベルに活性化する機能を有している。パワーダウンモード信号PDXは、ゲート制御回路30Bに供給される。動作制御回路24Cのその他の機能は、図7に示した動作制御回路24Aと同じである。
図13は、図12に示したゲート制御回路30B、ワードデコーダWDECおよびワードドライバWDRVの詳細を示している。これ等回路の構成は、上述した第3の実施形態(図9)と同じである。但し、この実施形態では、ゲート制御回路30Bは、セルフリフレッシュモード信号SREFXの代わりにパワーダウンモード信号PDXを受けている。
このため、ゲート制御回路30Bは、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZまたはパワーダウンモード信号PDXのいずれかが高レベルのときに、低レベル(VSS)の動作信号OPTXを出力し、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZおよびパワーダウンモード信号PDXが共に低レベルのときに、高レベル(VPP)の動作信号OPTXを出力する。このため、パワーダウンモード信号PDXが高レベルに保持される通常動作モード中(第1期間中)に、動作信号OPTXは、低レベルに保持され、高レベル電圧線RDDRVは、昇圧電圧VPPに固定される。パワーダウンモード信号PDXが低レベルに保持されるパワーダウンモード中(第1期間を除く期間中)に、動作開始信号OPTSZ、動作終了信号OPTEZは活性化されないため、動作信号OPTXは、高レベルに保持され、高レベル電圧線RDDRVは、内部電源電圧VIIに固定される。
図14は、第4の実施形態におけるDRAMの動作の概要を示している。上述した図10と同じ動作については、詳細な説明を省略する。この例では、DRAMは、通常動作モード中にパワーダウンコマンドを受けてパワーダウンモードに移行し、パワーダウンモード中にパワーダウン解除コマンドを受けて通常動作モードに移行する。パワーダウンモードの最大期間TPD1は、リフレッシュ動作を挿入する必要のない最大期間であり、通常数十μsである。
通常道サード中の動作は、上述した図10と同じである。パワーダウンモード中、アクセス動作およびリフレッシュ動作は実行されない。すなわち、スタンバイ期間が続く。このため、高レベル電圧線RDDRVおよびロウ出力信号RDOUTは、パワーダウンモード中に内部電源電圧VIIに固定される。したがって、パワーダウンモード中のGIDL電流を削減できる。
この実施形態においても、上述した第1〜第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、パワーダウンモード中に、高レベル電圧線RDDRVを内部電圧線VIIに固定することで、パワーダウンモード中の消費電力(スタンバイ電流)を削減できる。スイッチ回路30b、30cは、通常動作モード中の切り替え動作を
しない。このため、特に、本発明を、通常動作モード中にメモリセルに頻繁にアクセスし、かつパワーダウンモードを必要とするシステムに搭載されるDRAMに適用することで、高い効果を得られる。
図15は、本発明の半導体メモリの第5の実施形態を示している。第1〜第4の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してセルフリフレッシュ機能を有するDRAMチップとして形成されている。DRAMは、第2の実施形態のコマンド入力回路10A、動作制御回路24Aおよびゲート制御回路30の代わりに、コマンド入力回路10D、動作制御回路24Dおよびゲート制御回路30Dを有している。また、新たにプログラム回路32が形成されている。その他の構成は、第2の実施形態と同じである。
コマンド入力回路10Dは、セルフリフレッシュコマンド、セルフリフレッシュ解除コマンド、パワーダウンコマンドおよびパワーダウン解除コマンドを受ける機能を有している。コマンド入力回路10Dのその他の機能は、図7に示したコマンド入力回路10Aと同じである。
動作制御回路24Dは、セルフリフレッシュコマンド、セルフリフレッシュ解除コマンド、パワーダウンコマンドおよびパワーダウン解除コマンドに応じて、セルフリフレッシュモード信号SREFXおよびパワーダウンモード信号PDXをそれぞれ活性化または非活性化する機能を有している。動作制御回路24Dのその他の機能は、図7に示した動作制御回路24Aと同じである。
プログラム回路32は、DRAMの製造工程で予め設定されるプログラム値に応じて複数ビットからなる設定信号SETを出力する。DRAMは、プログラム回路32の設定値に応じて、機能の異なる複数種の製品のいずれかとして製造され、出荷される。プログラム回路32の詳細は、図16で説明する。
ゲート制御回路30Dは、プログラム回路32からの設定信号SETに応じて、DRAMが後述する第1仕様で動作しているときのスタンバイ期間に、高レベル電圧線RDDRVを昇圧電圧VPPまたは内部電源電圧VIIに設定する。
図16は、図15に示したプログラム回路32の詳細を示している。プログラム回路32は、DRAMの製造工程中に論理が固定されるヒューズ信号FS1、FS0を出力するROM回路32aと、ヒューズ信号FS1、FS0をデコードし、設定信号SET(SET11、SET10、SET01、SET00)を出力するデコーダ32bとを有している。ROM回路32aは、2つのROM部32c、32dを有している。各ROM部32c、32dは、内部電源線VIIと接地線VSSの間に直列に接続されたヒューズおよびnMOSトランジスタと、ヒューズおよびnMOSトランジスタの接続ノードに接続されたインバータを有している。nMOSトランジスタは、そのゲートを内部電源線VIIに接続することで常時オンしており、高抵抗として作用する。
ヒューズが存在するROM部(32cまたは32d)は、低レベルのヒューズ信号(FS1またはFS0)を出力する。ヒューズが溶断されたROM部(32cまたは32d)は、高レベルのヒューズ信号(FS1またはFS0)を出力する。DRAMの製造工程において、製造仕様に応じて2つのヒューズをそれぞれ溶断または未溶断とすることで、デコーダ32bは、セット信号SETのいずれかのみを低レベルに設定する。セット信号SETの高レベル電圧および低レベル電圧は、昇圧電圧VPPおよび接地電圧VSSにそれぞれ設定される。なお、設定信号SET11、SET10、SET01、SET00の末
尾の数字は、ヒューズ信号FS1、FS0の論理を示している。例えば、ヒューズ信号FS1、FS0の論理が2進数で”10”のとき、設定信号SET10が低レベルを維持し、他の設定信号SET11、SET01、SET00は高レベルを維持する。
図17は、図15に示したゲート制御回路30Dの詳細を示している。ゲート制御回路30Dは、第3の実施形態のゲート制御回路30Bにモード選択回路34を追加して形成されている。モード選択回路34の出力ノードMODEXは、動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZとともに、ゲート制御回路30BのNOR回路30dに入力されている。
モード選択回路34は、低レベルの設定信号SET11、SET10、SET01、SET00を受けている間にそれぞれオンするスイッチ34a、34b、34c、34dを有している。各スイッチ34a、34b、34c、34dはCMOS伝達ゲートで構成されている。モード選択回路34は、プログラム回路32に設定された情報に応じて、出力ノードMODEXを昇圧線VPPまたは接地線VSSに接続し、あるいは、出力ノードMODEXにセルフリフレッシュモード信号SREFXまたはパワーダウンモード信号PDXを供給する。
図18は、図17に示したゲート制御回路30Dの動作を示している。プログラム回路32により設定信号SET11が低レベルに活性化される場合、出力ノードMODEXは、昇圧電圧VPPに設定される。このとき、高レベル電圧線RDDRVは、動作モード(通常動作モード、セルフリフレッシュモード、パワーダウンモード)に関わらず常に昇圧電圧VPPに設定される。設定信号SET10が低レベルに活性化される場合、出力ノードMODEXは、接地電圧VSSに設定される。このとき、高レベル電圧線RDDRVは、アクティブ期間ACTに昇圧電圧VPPに設定され、スタンバイ期間STBに内部電源電圧VIIに設定される。
設定信号SET01が低レベルに活性化される場合、出力ノードMODEXは、セルフリフレッシュモード信号SREFXの信号線に接続される。このとき、高レベル電圧線RDDRVは、上述した第3の実施形態と同様に、セルフリフレッシュモードのスタンバイ期間STBのみ内部電源電圧VIIに設定され、他の期間に昇圧電圧VPPに設定される。設定信号SET00が低レベルに活性化される場合、出力ノードMODEXは、パワーダウンモード信号PDXの信号線に接続される。このとき、高レベル電圧線RDDRVは、上述した第4の実施形態と同様に、パワーダウンモード中に内部電源電圧VIIに設定され、他の期間に昇圧電圧VPPに設定される。
例えば、設定信号SET11が低レベルに活性化されるようにプログラム回路32を予めプログラムしておくことで、高レベル電圧線RDDRVの電圧の切り替えが発生しないDRAMを製造できる。このDRAMは、頻繁にアクセス要求を発生するシステム向けに出荷される。設定信号SET10が低レベルに活性化されるようにプログラム回路32を予めプログラムしておくことで、高レベル電圧線RDDRVが、アクティブ期間ACTに昇圧電圧VPPに切り替えられ、スタンバイ期間STBに内部電源電圧VIIに切り替えられるDRAMを製造できる。このDRAMは、アクセス要求の発生頻度が低く、かつ、セルフリフレッシュモード中の消費電力を小さくしたいシステム向けに出荷される。
設定信号SET01が低レベルに活性化されるようにプログラム回路32を予めプログラムしておくことで、第3の実施形態(図10)と同様に、セルフリフレッシュモードのスタンバイ期間STBのみ、高レベル電圧線RDDRVが内部電源電圧VIIに切り替えられるDRAMを製造できる。このDRAMは、頻繁にアクセス要求を発生し、かつ、セルフリフレッシュモード中の消費電力を小さくしたいシステム向けに出荷される。設定信
号SET00が低レベルに活性化されるようにプログラム回路32を予めプログラムしておくことで、第4の実施形態(図14)と同様に、高レベル電圧線RDDRVが、パワーダウンモード中のみ、内部電源電圧VIIに切り替えられるDRAMを製造できる。このように、この実施形態では、プログラム回路32の設定値に応じて、1つのDRAMチップから動作仕様(製品仕様)の異なる4つのDRAMを製造できる。
この例では、設定信号SET11が低レベルに活性化される場合、DRAMの動作仕様は、高レベル電圧線RDDRVを昇圧電圧線VPPに接続し続ける第2仕様になる。設定信号SET10、SET01、SET00のいずれかが低レベルに活性化される場合、DRAMの動作仕様は、高レベル電圧線RDDRVを昇圧電圧線VPPまたは内部電圧線VIIに切り替える第1仕様になる。
図19は、第5の実施形態におけるDRAMの動作の例を示している。この例は、プログラム回路32により設定信号SET11が低レベルに活性化され、高レベル電圧線RDDRVが常に昇圧電圧VPPを保持するDRAMの動作を示している。
図20は、第5の実施形態におけるDRAMの動作の別の例を示している。この例は、プログラム回路32により設定信号SET10が低レベルに活性化され、高レベル電圧線RDDRVがアクティブ期間ACTのみ昇圧電圧VPPに設定され、スタンバイ期間STBに内部電源電圧VIIに設定されるDRAMの動作を示している。
この実施形態においても、上述した第1〜第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、プログラム回路32により、DRAMの製品仕様を変えることができる。このため、DRAMを搭載するシステムの動作仕様に応じて、プログラム回路32をプログラムすることで、システムのそれぞれに最適なDRAMを提供できる。例えば、半導体メモリを搭載するシステムが、メモリセルを高い頻度でアクセスし、スタンバイ電流があまり重要でない場合、半導体メモリは、第2仕様に設定される。メモリセルのアクセス頻度が低く、スタンバイ電流を重視するシステムの場合、半導体メモリは、第1仕様に設定される。1つの製品の設計コストで複数種の製品を設計、製造できるため、DRAMの開発コスト、開発期間を削減できる。
図21は、本発明の半導体メモリの第6の実施形態を示している。第1〜第5の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してセルフリフレッシュ機能を有するDRAMチップとして形成されている。DRAMは、第5の実施形態のコマンド入力回路10Dおよびプログラム回路32の代わりに、コマンド入力回路10Eおよびモードレジスタ36を有している。その他の構成は、第5の実施形態と同じである。
コマンド入力回路10Eは、モードレジスタ設定コマンドを受ける機能を有している。コマンド入力回路10Eのその他の機能は、図15に示したコマンド入力回路10Dと同じである。
モードレジスタ36は、コマンド入力回路10Eを介して供給されるモードレジスタ設定信号MRSに応じて内部のレジスタが書き換えられる。モードレジスタ36の設定内容は、設定信号SETとしてゲート制御回路30Dに出力される。設定信号SETの論理とDRAMの動作モードとの関係は、上述した図18と同じである。すなわち、このDRAMでは、DRAMの製造後にモードレジスタ36を書き換えることで、機能の異なる複数種の製品仕様(図18に示した4つの動作仕様)のいずれかに設定できる。
この実施形態においても、上述した第1〜第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、例えば、モードレジスタをユーザに開放することで、ユーザが、システムの使用に応じてDRAMの動作仕様を最適に切り替えることができる。
図22は、本発明の半導体メモリの第7の実施形態を示している。第1〜第5の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してセルフリフレッシュ機能を有するDRAMチップとして形成されている。DRAMは、第5の実施形態のプログラム回路32の代わりに、配線接続部38を有している。その他の構成は、第5の実施形態と同じである。
配線接続部38は、例えば、金属配線層を使用して4つの導電膜CLが形成される(図では、4つのうち2つのみを示している)。導電膜CLは、半導体製造工程で使用するホトマスクのパターン形状に対応して半導体基板上の所定の位置に形成される。導電膜CLの一端は、セット信号SET(SET11、SET10、SET01、SET00)の信号線に接続され、導電膜CLの他端は、ホトマスクのパターン形状に応じて、昇圧電圧線VPPまたは接地線VSSに接続される。
セット信号SET11、SET10、SET01、SET00のいずかは、DRAMを製造工程(配線工程)において、接地電圧VSSに設定され、残りのセット信号は昇圧電圧VPPに設定される。すなわち、DRAMの製造中に形成される導電膜CLの形状(接続先)に応じて、DRAMは、機能の異なる複数種の製品(図18に示した4つの動作仕様)のいずれかとして製造され、出荷される。
この実施形態においても、上述した第1〜第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、DRAMの製造工程で使用するホトマスクの切り替えにより、DRAMの製品仕様を変更できる。
図23は、本発明の半導体メモリの第8の実施形態を示している。第1〜第5の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態の半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用して擬似SRAMチップとして形成されている。擬似SRAMは、第1の実施形態のゲート制御回路30の代わりに、ゲート制御回路30Gを有している。また、新たに、プログラム回路32Gを有している。その他の構成は、第5の実施形態と同じである。
プログラム回路32Gは、上述した第5の実施形態(図16)のROM回路32aと同じ回路で構成されており、内蔵するヒューズを擬似SRAMの製造工程中に溶断することで、高レベルまたは低レベルの設定信号SET1を出力する。ゲート制御回路30Gは、プログラム回路32Gからの設定信号SET1の論理に応じて、高レベル電圧線RDDRVを昇圧電圧VPPまたは内部電源電圧VIIに設定する。DRAMは、プログラム回路32Gの設定値に応じて、機能の異なる複数種の製品のいずれかとして製造され、出荷される。
図24は、図23に示したゲート制御回路30Gの詳細を示している。ゲート制御回路30Gは、第3の実施形態のゲート制御回路30Bにモード選択回路40を追加して形成されている。モード選択回路40の出力ノードMODEXは、動作開始信号OPTSZおよび動作終了信号OPTEZとともに、ゲート制御回路30BのNOR回路30dに入力されている。
モード選択回路40は、高レベルの設定信号SETを受けている間にオンするスイッチ40aと、低レベルの設定信号SET1を受けている間にオンするスイッチ40bとを有している。スイッチ40a、40bはCMOS伝達ゲートで構成されている。モード選択回路40は、プログラム回路32Gに設定された情報に応じて、出力ノードMODEXを昇圧線VPPまたは接地線VSSに接続する。出力ノードMODEXが接地電圧VSSのとき、擬似SRAMは、第1の実施形態と同じ動作をする。出力ノードMODEXが昇圧電圧VPPのとき、高レベル電圧線RDDRVは、常に昇圧電圧VPPに設定される。このとき、擬似SRAMは、第3の実施形態の通常動作モード中と同様に動作する。
図25は、第8の実施形態における擬似SRAMの動作の概要を示している。プログラム回路32Gにより設定信号SET1が低レベルに設定されているとき、擬似SRAMは、第1の実施形態と同様に動作する。すなわち、高レベル電圧線RDDRVは、スタンバイ期間STBに内部電源電圧VIIに設定され、アクティブ期間ACTに昇圧電圧VPPに設定される。
設定信号SET1が高レベルに設定されているとき、擬似SRAMは、リフレッシュ要求RREQが発生しないことを除き、第3の実施形態の通常動作モード中と同様に動作する。すなわち、高レベル電圧線RDDRVは、常に昇圧電圧VPPに設定される。
例えば、プログラム回路32Gにより設定信号SET1が高レベルに設定された擬似SRAMは、アクセス要求を頻繁に発生するシステムに搭載される。プログラム回路32Gにより設定信号SET1が低レベルに設定された擬似SRAMは、アクセス要求を頻繁に発生しないシステムに搭載される。このように、システムの特徴に合わせて擬似SRAMを製造することで、第5の実施形態と同様の効果が得られる。
この実施形態においても、上述した第1〜第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述した実施形態では、本発明を疑似SRAMチップまたはDRAMチップに適用した例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明を疑似SRAMコアまたはDRAMコアが搭載されるシステムLSIに適用してもよい。
上述した第2実施形態では、本発明をオートリフレッシュ機能を有するDRAMに適用した例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明をリフレッシュアドレスと共にリフレッシュコマンドを受けるDRAMに適用してもよい。
上述した第5および第8の実施形態では、プログラム回路32、32Gをヒューズを用いて形成する例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、プログラム回路をヒューズでなくEEPROMまたはFERAMのメモリセルを用いて形成してもよい。この場合、第6の実施形態のモードレジスタ36と同様に、プログラムされた情報をチップの製造後に書き換えることができる。
上述した第5の実施形態では、本発明を、3種類の第1仕様(設定信号SET10、SET01、SET00をそれぞれ低レベルに固定する場合)を有するDRAMに適用する例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明を、3種類の第1仕様のいずれかと第2仕様とを切り替え可能なDRAMに適用しても、同様の効果を得ることができる。
以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
(付記1)
複数のワード線にそれぞれ接続された複数のダイナミックメモリセルを有するメモリアレイと、
外部電源電圧を用いてこの外部電源電圧より高い一定の昇圧電圧を、前記ワード線の高レベル電圧として生成する昇圧電圧生成回路と、
アクセス要求およびリフレッシュ要求に応答して前記メモリセルをアクセスするアクティブ期間に第1アドレス信号をデコードし、前記第1アドレス信号が選択を示すときに低レベル電圧を出力し、前記第1アドレス信号が非選択を示すときに高レベル電圧を出力するとともに、前記アクティブ期間を除く期間であるスタンバイ期間に高レベル電圧を出力する複数の第1ワードデコーダと、
第1仕様で動作中に、前記第1ワードデコーダに前記高レベル電圧を供給するための高レベル電圧線を、少なくとも前記アクティブ期間を含む第1期間に前記昇圧電圧生成回路の出力ノードである昇圧電圧線に接続し、前記第1期間を除く期間に前記昇圧電圧より低い電圧が供給される内部電圧線に接続するスイッチ回路と、
前記ワード線にそれぞれ対応して形成され、トランジスタを有し、前記第1ワードデコーダからの低レベル電圧を前記トランジスタのゲートに受けたときに前記ワード線に前記昇圧電圧を供給し、前記第1ワードデコーダからの高レベル電圧を前記ゲートで受けたときに前記ワード線に低レベル電圧を出力する複数のワードドライバとを備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記2)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
前記各ワードドライバは、前記第1ワードデコーダの出力レベルを反転して前記各ワード線に出力するCMOSインバータを備え、
前記各ワードドライバの前記トランジスタは、前記CMOSインバータを構成するpMOSトランジスタであることを特徴とする半導体メモリ。
(付記3)
付記2記載の半導体メモリにおいて、
前記アクティブ期間に第2アドレス信号をデコードし、前記第2アドレス信号が選択を示すときに前記pMOSトランジスタのソースに前記昇圧電圧を出力し、前記第2アドレス信号が非選択を示すときに前記ソースに低レベル電圧を出力する第2ワードデコーダを備え、
前記第1期間は、前記アクティブ期間であり、
前記第1期間を除く期間は、前記スタンバイ期間であり、
前記アクティブ期間の開始時に、前記第2ワードデコーダは、前記スイッチ回路が前記高レベル電圧線に接続する電圧線を前記内部電圧線から前記昇圧電圧線に切り替えた後、前記昇圧電圧を出力することを特徴とする半導体メモリ。
(付記4)
付記3記載の半導体メモリにおいて、
前記第2ワードデコーダの出力は、複数の前記ワードドライバのpMOSトランジスタのソースに共通に接続されていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記5)
付記3記載の半導体メモリにおいて、
前記第1アドレス信号は、前記ワード線の選択に用いられるロウアドレス信号の上位ビットで構成され、前記第2アドレス信号は、前記ロウアドレス信号の下位ビットで構成されることを特徴とする半導体メモリ。
(付記6)
付記2記載の半導体メモリにおいて、
前記アクティブ期間に第2アドレス信号をデコードし、前記第2アドレス信号が選択を示すときに前記pMOSトランジスタのソースに前記昇圧電圧を出力し、前記第2アドレ
ス信号が非選択を示すときに前記ソースに低レベル電圧を出力する第2ワードデコーダを備え、
前記第1期間は、前記アクティブ期間であり、
前記第1期間を除く期間は、前記スタンバイ期間であり、
前記アクティブ期間の終了時に、前記スイッチ回路は、前記第2ワードデコーダが低レベル電圧を出力した後、前記高レベル電圧線に接続する電圧線を前記昇圧電圧線から前記内部電圧線に切り替えることを特徴とする半導体メモリ。
(付記7)
付記6記載の半導体メモリにおいて、
前記アクティブ期間の終了時に、前記スイッチ回路は、前記第1ワードデコーダが出力電圧を低レベル電圧から高レベル電圧に変化させた後、前記高レベル電圧線に接続する電圧線を前記昇圧電圧線から前記内部電圧線に切り替えることを特徴とする半導体メモリ。(付記8)
付記6記載の半導体メモリにおいて、
前記第1アドレス信号は、前記ワード線の選択に用いられるロウアドレス信号の上位ビットで構成され、前記第2アドレス信号は、前記ロウアドレス信号の下位ビットで構成されることを特徴とする半導体メモリ。
(付記9)
付記2記載の半導体メモリにおいて、
前記外部電源電圧を用いて一定の負電圧を生成する負電圧生成回路を備え、
前記CMOSインバータのnMOSトランジスタは、ソースで前記負電圧を受けていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記10)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
前記外部電源電圧を用いて前記外部電源電圧より低い一定の内部電源電圧を、前記昇圧電圧より低い電圧として生成する内部電源電圧生成回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記11)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
前記各ワードドライバは、前記第1ワードデコーダの出力レベルを反転して前記各ワード線に出力するCMOSインバータを備え、
前記各ワードドライバの前記トランジスタは、前記CMOSインバータを構成し、基板で前記昇圧電圧を受けるpMOSトランジスタであり、
前記昇圧電圧生成回路は、前記昇圧電圧と基準電圧とを比較し、前記昇圧電圧が前記基準電圧より低い期間に昇圧動作を実行する比較制御回路を備え、
前記比較制御回路は、前記アクティブ期間中および前記スタンバイ期間中に比較動作を続けることを特徴とする半導体メモリ。
(付記12)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
外部端子を介して供給される前記アクセス要求である読み出しコマンドおよび書き込みコマンドを解読するコマンドデコーダと、
前記リフレッシュ要求であるリフレッシュコマンドを所定の周期で生成するリフレッシュ制御回路と、
前記読み出しコマンドおよび前記書き込みコマンドに応答するアクセス動作と、前記リフレッシュコマンドに応答するリフレッシュ動作とを実行するために、前記メモリアレイを動作するためのタイミング信号を出力する動作制御回路とを備え、
前記動作制御回路は、前記読み出しコマンドおよび前記書き込みコマンドと前記リフレッシュコマンドとが競合するときに、前記アクセス動作と前記リフレッシュ動作とのどちらを優先させるかを決める裁定回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記13)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
通常動作モード中に、外部端子を介して供給される前記アクセス要求である読み出しコマンドおよび書き込みコマンドを解読するコマンドデコーダと、
前記アクセス要求を受け付けないセルフリフレッシュモード中に、前記リフレッシュ要求であるリフレッシュコマンドを所定の周期で生成するリフレッシュ制御回路と、
前記読み出しコマンドおよび前記書き込みコマンドに応答するアクセス動作と、前記リフレッシュコマンドに応答するリフレッシュ動作とを実行するために、前記メモリアレイを動作するためのタイミング信号を出力する動作制御回路とを備えていることを特徴とする半導体メモリ。
(付記14)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
動作モードとして、前記アクセス要求を受け付ける通常動作モードと、前記アクセス要求を受け付けず、半導体メモリの内部で発生する前記リフレッシュ要求に応答するリフレッシュ動作のみを実行するセルフリフレッシュモードとを備え、
前記第1期間は、前記セルフリフレッシュモード中の前記アクティブ期間および前記通常動作モードの期間であり、
前記第1期間を除く期間は、前記セルフリフレッシュモード中の前記スタンバイ期間であることを特徴とする半導体メモリ。
(付記15)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
動作モードとして、前記アクセス要求および前記リフレッシュ要求を受け付ける通常動作モードと、前記アクセス要求および前記リフレッシュ要求を受け付けないパワーダウンモードとを備え、
前記第1期間は、前記通常動作モードの期間であり、
前記第1期間を除く期間は、前記パワーダウンモードの期間であることを特徴とする半導体メモリ。
(付記16)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
半導体メモリの動作仕様を、前記第1仕様または第2仕様に設定するためのプログラム回路を備え、
前記スイッチ回路は、前記プログラム回路の設定値が前記第2仕様を示すときに、前記高レベル電圧線を前記昇圧電圧線に接続し続けることを特徴とする半導体メモリ。
(付記17)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
半導体メモリの動作仕様を、前記第1仕様または第2仕様に設定するためのモードレジスタを備え、
前記スイッチ回路は、前記モードレジスタの設定値が前記第2仕様を示すときに、前記高レベル電圧線を前記昇圧電圧線に接続し続けることを特徴とする半導体メモリ。
(付記18)
付記1記載の半導体メモリにおいて、
半導体メモリの動作仕様は、半導体製造工程で使用するホトマスクのパターン形状に対応して半導体基板上の所定の位置に形成される導電膜の接続先の電圧に応じて、前記第1仕様または第2仕様に設定され、
前記スイッチ回路は、前記導電膜の接続先の電圧が前記第2仕様を示すときに、前記高レベル電圧線を前記昇圧電圧線に接続し続けることを特徴とする半導体メモリ。
付記7の半導体メモリでは、アクティブ期間の終了時に、スイッチ回路は、第1ワードデコーダが出力電圧を低レベル電圧から高レベル電圧に変化させた後、高レベル電圧線に接続する電圧線を昇圧電圧線から内部電圧線に切り替える。
この半導体メモリでは、アクティブ期間の終了時に、第1ワードデコーダは、ワードドライバに一時的に昇圧電圧を供給した後、昇圧電圧より低い電圧を高レベル電圧として供給する。このため、ワードドライバのCMOSインバータのnMOSトランジスタは、一時的に強くオンする。したがって、アクティブ期間の終了時にワード線の電圧を迅速に非選択レベルに下げることができる。この結果、ワード線のリセット動作期間を短縮でき、アクセス時間を短縮できる。また、アクティブ期間が連続して発生する場合(アクセス要求が連続して供給される場合)に、ワード線のリセット不足によりワード線が多重選択されることを防止できる。すなわち、半導体メモリの誤動作を防止できる。
付記10の半導体メモリでは、内部電源電圧生成回路は、外部電源電圧を用いて外部電源電圧より低い一定の内部電源電圧を昇圧電圧より低い電圧として生成する。
この半導体メモリでは、内部電源電圧生成回路により生成される一定の内部電源電圧を、昇圧電圧より低い電圧として使用することで、変動の少ない高レベル電圧をワードドライバに供給できる。
付記17の半導体メモリでは、半導体メモリの仕様は、モードレジスタによって、第1仕様または第2仕様に設定される。スイッチ回路は、モードレジスタの設定値が第2仕様を示すときに、高レベル電圧線を昇圧電圧線に接続し続ける。すなわち、第2仕様では、スイッチ回路は、高レベル電圧線の電圧を切り替えない。したがって、上述のプログラム回路を有する半導体メモリと同様に、システムの仕様に応じて半導体メモリの動作仕様を最適に切り替えることができる。また、モードレジスタをユーザに開放することで、ユーザが、半導体メモリの製品仕様(動作仕様)を最適に切り替えることができる。
付記18の半導体メモリでは、半導体メモリの動作仕様(製品仕様)は、半導体製造工程で使用するホトマスクのパターン形状に対応して半導体基板上の所定の位置に形成される導電膜の接続先の電圧に応じて、第1仕様または第2仕様に設定される。スイッチ回路は、導電膜の接続先の電圧が第2仕様を示すときに、高レベル電圧線を前記昇圧電圧線に接続し続ける。この例においても、システムの仕様に応じて半導体メモリの動作仕様を最適に切り替えることができる。
以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
本発明の半導体メモリの第1の実施形態を示すブロック図である。 図1に示したメモリコアの要部の詳細を示すブロック図である。 図1に示したゲート制御回路、ワードデコーダおよびワードドライバの詳細を示すブロック図である。 第1の実施形態において擬似SRAMのスタンバイ期間中にリフレッシュ動作が実行される例を示すタイミング図である。 第1の実施形態における擬似SRAMのスタンバイ期間中の動作の概要を示すタイミング図である。 第1の実施形態において擬似SRAMのスタンバイ期間中にアクセス動作が実行される例を示すタイミング図である。 本発明の半導体メモリの第2の実施形態を示すブロック図である。 本発明の半導体メモリの第3の実施形態を示すブロック図である。 図8に示したゲート制御回路、ワードデコーダおよびワードドライバの詳細を示すブロック図である。 第3の実施形態におけるDRAMの動作の概要を示すタイミング図である。 第3の実施形態において通常動作モード中にアクセス動作が実行される例を示すタイミング図である。 本発明の半導体メモリの第4の実施形態を示すブロック図である。 図12に示したゲート制御回路、ワードデコーダおよびワードドライバの詳細を示すブロック図である。 第4の実施形態におけるDRAMの動作の概要を示すタイミング図である。 本発明の半導体メモリの第5の実施形態を示すブロック図である。 図15に示したプログラム回路の詳細を示す回路図である。 図15に示したゲート制御回路の詳細を示す回路図である。 図17に示したゲート制御回路の動作を示す説明図である。 第5の実施形態におけるDRAMの動作の例を示すタイミング図である。 第5の実施形態におけるDRAMの動作の別の例を示すタイミング図である。 本発明の半導体メモリの第6の実施形態を示すブロック図である。 本発明の半導体メモリの第7の実施形態を示すブロック図である。 本発明の半導体メモリの第8の実施形態を示すブロック図である。 図23に示したゲート制御回路の詳細を示す回路図である。 第8の実施形態における擬似SRAMの動作の概要を示すタイミング図である。
符号の説明
10、10A、10E コマンド入力回路
12、12A、12B リフレッシュ制御回路
14、14A VPP生成回路
15 比較制御回路
16、16a VII生成回路
18、18A VNN生成回路
20 アドレス入力回路
22 データ入出力回路
24、24A、24B、24C、24D 動作制御回路
25 裁定回路
26 アドレス切替回路
28 メモリコア
30、30B、30D、30G ゲート制御回路
32、32G プログラム回路
34 モード選択回路
36 モードレジスタ
38 配線接続部
ACT アクティブ期間
ADD アドレス信号
ARY メモリアレイ
BLZ、BLX ビット線
BRSX ビット線リセット信号
CA コラムアドレス信号
CL 導電膜
CDB コモンデータバス
CDEC コラムデコーダ
DECOUTZ 出力ノード
CMD コマンド信号
DQ データ端子
ICMD 内部コマンド信号
IRA 内部ロウアドレス信号
LEX ラッチイネーブル信号
MC ダイナミックメモリセル
OPTEZ 動作終了信号
OPTSZ 動作開始信号
OPTX 動作信号
PRE プリチャージ回路
QDEC 1/4デコーダ
RA ロウアドレス信号
RDDRV ロウ駆動信号
RDOUT ロウ出力信号
REFZ リフレッシュ信号
RFA リフレッシュアドレス信号
RREQ リフレッシュ要求信号
SA センスアンプ
SB センスバッファ
STB スタンバイ期間
TIMZ タイミング信号
VDD 電源電圧
VII 内部電源電圧
VNN 負電圧
VPP 昇圧電圧
WA ライトアンプ
WDEC ワードデコーダ
WDRV ワードドライバ
WL ワード線
WLDV デコード信号
WLRST ワードリセット信号
WLZ ワード線制御信号

Claims (10)

  1. 複数のワード線にそれぞれ接続された複数のダイナミックメモリセルを有するメモリアレイと、
    外部電源電圧を用いてこの外部電源電圧より高い一定の昇圧電圧を、前記ワード線の高レベル電圧として生成する昇圧電圧生成回路と、
    アクセス要求およびリフレッシュ要求に応答して前記メモリセルをアクセスするアクティブ期間に第1アドレス信号をデコードし、前記第1アドレス信号が選択を示すときに低レベル電圧を出力し、前記第1アドレス信号が非選択を示すときに高レベル電圧を出力するとともに、前記アクティブ期間を除く期間であるスタンバイ期間に高レベル電圧を出力する複数の第1ワードデコーダと、
    第1仕様で動作中に、前記第1ワードデコーダに前記高レベル電圧を供給するための高レベル電圧線を、少なくとも前記アクティブ期間を含む第1期間に前記昇圧電圧生成回路の出力ノードである昇圧電圧線に接続し、前記第1期間を除く期間に前記昇圧電圧より低い電圧が供給される内部電圧線に接続するスイッチ回路と、
    前記ワード線にそれぞれ対応して形成され、トランジスタを有し、前記第1ワードデコーダからの低レベル電圧を前記トランジスタのゲートに受けたときに前記ワード線に前記昇圧電圧を供給し、前記第1ワードデコーダからの高レベル電圧を前記ゲートで受けたときに前記ワード線に低レベル電圧を出力する複数のワードドライバとを備えていることを特徴とする半導体メモリ。
  2. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記各ワードドライバは、前記第1ワードデコーダの出力レベルを反転して前記各ワード線に出力するCMOSインバータを備え、
    前記各ワードドライバの前記トランジスタは、前記CMOSインバータを構成するpMOSトランジスタであることを特徴とする半導体メモリ。
  3. 請求項2記載の半導体メモリにおいて、
    前記アクティブ期間に第2アドレス信号をデコードし、前記第2アドレス信号が選択を示すときに前記pMOSトランジスタのソースに前記昇圧電圧を出力し、前記第2アドレス信号が非選択を示すときに前記ソースに低レベル電圧を出力する第2ワードデコーダを備え、
    前記第1期間は、前記アクティブ期間であり、
    前記第1期間を除く期間は、前記スタンバイ期間であり、
    前記アクティブ期間の開始時に、前記第2ワードデコーダは、前記スイッチ回路が前記高レベル電圧線に接続する電圧線を前記内部電圧線から前記昇圧電圧線に切り替えた後、前記昇圧電圧を出力することを特徴とする半導体メモリ。
  4. 請求項2記載の半導体メモリにおいて、
    前記アクティブ期間に第2アドレス信号をデコードし、前記第2アドレス信号が選択を示すときに前記pMOSトランジスタのソースに前記昇圧電圧を出力し、前記第2アドレス信号が非選択を示すときに前記ソースに低レベル電圧を出力する第2ワードデコーダを備え、
    前記第1期間は、前記アクティブ期間であり、
    前記第1期間を除く期間は、前記スタンバイ期間であり、
    前記アクティブ期間の終了時に、前記スイッチ回路は、前記第2ワードデコーダが低レベル電圧を出力した後、前記高レベル電圧線に接続する電圧線を前記昇圧電圧線から前記内部電圧線に切り替えることを特徴とする半導体メモリ。
  5. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    前記各ワードドライバは、前記第1ワードデコーダの出力レベルを反転して前記各ワード線に出力するCMOSインバータを備え、
    前記各ワードドライバの前記トランジスタは、前記CMOSインバータを構成し、基板で前記昇圧電圧を受けるpMOSトランジスタであり、
    前記昇圧電圧生成回路は、前記昇圧電圧と基準電圧とを比較し、前記昇圧電圧が前記基準電圧より低い期間に昇圧動作を実行する比較制御回路を備え、
    前記比較制御回路は、前記アクティブ期間中および前記スタンバイ期間中に比較動作を続けることを特徴とする半導体メモリ。
  6. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    外部端子を介して供給される前記アクセス要求である読み出しコマンドおよび書き込みコマンドを解読するコマンドデコーダと、
    前記リフレッシュ要求であるリフレッシュコマンドを所定の周期で生成するリフレッシュ制御回路と、
    前記読み出しコマンドおよび前記書き込みコマンドに応答するアクセス動作と、前記リフレッシュコマンドに応答するリフレッシュ動作とを実行するために、前記メモリアレイを動作するためのタイミング信号を出力する動作制御回路とを備え、
    前記動作制御回路は、前記読み出しコマンドおよび前記書き込みコマンドと前記リフレッシュコマンドとが競合するときに、前記アクセス動作と前記リフレッシュ動作とのどちらを優先させるかを決める裁定回路を備えていることを特徴とする半導体メモリ。
  7. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    通常動作モード中に、外部端子を介して供給される前記アクセス要求である読み出しコマンドおよび書き込みコマンドを解読するコマンドデコーダと、
    前記アクセス要求を受け付けないセルフリフレッシュモード中に、前記リフレッシュ要求であるリフレッシュコマンドを所定の周期で生成するリフレッシュ制御回路と、
    前記読み出しコマンドおよび前記書き込みコマンドに応答するアクセス動作と、前記リフレッシュコマンドに応答するリフレッシュ動作とを実行するために、前記メモリアレイを動作するためのタイミング信号を出力する動作制御回路とを備えていることを特徴とする半導体メモリ。
  8. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    動作モードとして、前記アクセス要求を受け付ける通常動作モードと、前記アクセス要求を受け付けず、半導体メモリの内部で発生する前記リフレッシュ要求に応答するリフレッシュ動作のみを実行するセルフリフレッシュモードとを備え、
    前記第1期間は、前記セルフリフレッシュモード中の前記アクティブ期間および前記通常動作モードの期間であり、
    前記第1期間を除く期間は、前記セルフリフレッシュモード中の前記スタンバイ期間であることを特徴とする半導体メモリ。
  9. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    動作モードとして、前記アクセス要求および前記リフレッシュ要求を受け付ける通常動作モードと、前記アクセス要求および前記リフレッシュ要求を受け付けないパワーダウンモードとを備え、
    前記第1期間は、前記通常動作モードの期間であり、
    前記第1期間を除く期間は、前記パワーダウンモードの期間であることを特徴とする半導体メモリ。
  10. 請求項1記載の半導体メモリにおいて、
    半導体メモリの動作仕様を、前記第1仕様または第2仕様に設定するためのプログラム
    回路を備え、
    前記スイッチ回路は、前記プログラム回路の設定値が前記第2仕様を示すときに、前記高レベル電圧線を前記昇圧電圧線に接続し続けることを特徴とする半導体メモリ。
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