JP2009009680A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に複数の電源電圧を用いる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a plurality of power supply voltages.
複数の種類の内部電源電圧を用いて動作する半導体装置が知られている。その半導体装置では、内部の回路の種類に応じて、それら複数の内部電源電圧を使い分けている。図1は、その従来の半導体装置の構成の一例を示すブロック図である。この半導体装置101は、電源電圧VDD(例示:1.5V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。メモリマクロ102、降圧回路111、降圧回路112、リファレンス電源113、ネガティブポンプ(Nポンプ)114、ポジティブポンプ(Pポンプ)115を具備している。
A semiconductor device that operates using a plurality of types of internal power supply voltages is known. In the semiconductor device, the plurality of internal power supply voltages are selectively used according to the type of internal circuit. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the conventional semiconductor device. The
メモリマクロ102は、DRAMコアであり、データを記憶するセルアレイコア103と、セルアレイコア103を制御する周辺回路104とを備える。セルアレイコア103は、マトリクス状に配置された複数のセルと、複数のセンスアンプと、ワード線駆動回路と、ビット線プリチャージ回路と、センスアンプ駆動回路とを含んでいる。周辺回路104は、デコーダ、コントローラを含んでいる。
The
降圧回路111は、上記電源電圧VDDを降圧して、ビット線プリチャージ用トランジスタのHigh側の電源電圧VPD(例示:1.2V)生成し、セルアレイコア103へ出力する。降圧回路112は、上記電源電圧VDDを降圧して、センスアンプSA用の電源電圧VSA(例示:1.0V)を生成し、セルアレイコア103へ出力する。リファレンス電源113は、上記センスアンプSA用の電源電圧VSAを降圧して、参照電圧HVDD(例示:0.5V)を生成し、セルアレイコア103へ出力する。Nポンプ114は、上記電源電圧VDDを降圧し反転して、ワード線駆動時のLow側の電圧VKK(例示:−0.4V)、及び、選択トランジスタの基板電位VBB(例示:−0.4V)を生成し、セルアレイコア103へ出力する。Pポンプ115は、上記電源電圧VDDを昇圧して、ワード線駆動時のHigh側の電源電圧VPP(例示:2.5V)を生成し、セルアレイコア103へ出力する。
The step-down
従来、半導体装置101の全体回路に供給される電源電圧VDDは、センスアンプSA用に供給される電源電圧VSAと同じかそれよりも高い電圧である。そのため、電源電圧VSAは、電源電圧VDD直接又はVDDから降圧して生成されている。ここで、汎用DRAMでは、特に、ビット線分割が少なく負荷容量が大きいので、センスアンプSAの動作電流Isaが大きい。そのため、ワード線の電流Iwordと比較すると、Iword<Isaの関係があり、電流供給能力を十分に備えるVDD電源から動作電流Isaを生成することが必須である。他の電圧生成もその傾向がある。最近は、ワード線を駆動する電源電圧VPPを電源電圧VDDから生成すると電流効率が悪いので、外部から電源電圧VPPを供給する場合も出てきている。
Conventionally, the power supply voltage VDD supplied to the entire circuit of the
複数の種類の電源電圧を用いて動作する半導体装置の例として、特開平11−213667号公報に、半導体記憶装置が開示されている。この半導体記憶装置は、入力回路及び周辺回路と、メモリアレイ部と、第1内部降圧回路と、第2内部降圧回路とを備える。メモリアレイ部は、マトリックス配置されたメモリセルを含む。第1内部降圧回路は、出力回路と外部端子から供給された電源電圧を降圧して第1内部電圧を形成する。第2内部降圧回路は、外部端子から供給された電源電圧を降圧し、かつ上記第1内部電圧より絶対値的に大きな電圧値にされた第2内部電圧を形成する。この半導体記憶装置は、上記外部端子から供給された電源電圧を上記第2内部電圧より絶対値的に大きな電圧値にされた第1電源版として動作するとき、上記メモリアレイ部には、上記第1内部降圧回路で形成された第1内部電圧を供給し、上記入力回路及び周辺回路には、上記第2内部降圧回路で形成された第2内部電圧を供給し、上記出力回路には、上記電源電圧を供給する。一方、上記外部端子から供給された電源電圧を上記第2内部電圧と等しい電圧値に設定された第2電源版として動作するとき、上記メモリアレイ部には、上記第1内部降圧回路で形成された第1内部電圧を供給し、上記第2内部降圧回路の出力を上記入力回路及び周辺回路から切り離すととともに、かかる入力回路及び周辺回路と出力回路には、上記電源電圧を供給する。 As an example of a semiconductor device that operates using a plurality of types of power supply voltages, a semiconductor memory device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-213667. The semiconductor memory device includes an input circuit and a peripheral circuit, a memory array unit, a first internal voltage down converter, and a second internal voltage down circuit. The memory array portion includes memory cells arranged in a matrix. The first internal voltage step-down circuit steps down the power supply voltage supplied from the output circuit and the external terminal to form a first internal voltage. The second internal voltage down converter steps down the power supply voltage supplied from the external terminal and forms a second internal voltage having a voltage value that is larger in absolute value than the first internal voltage. When the semiconductor memory device operates as the first power supply version in which the power supply voltage supplied from the external terminal is set to a voltage value that is larger in absolute value than the second internal voltage, the memory array section includes the first power supply version. The first internal voltage formed by one internal voltage down converter is supplied, the second internal voltage formed by the second internal voltage down circuit is supplied to the input circuit and the peripheral circuit, and the output circuit Supply power supply voltage. On the other hand, when the power supply voltage supplied from the external terminal is operated as a second power supply version set to a voltage value equal to the second internal voltage, the memory array portion is formed by the first internal voltage down converter. The first internal voltage is supplied, the output of the second internal step-down circuit is disconnected from the input circuit and the peripheral circuit, and the power supply voltage is supplied to the input circuit, the peripheral circuit and the output circuit.
近年、高速動作/低電流のために、論理回路のトランジスタのゲート酸化膜は薄膜化が進んでいる。その場合、図1の例では、論理回路の電源電圧VDDは1.0V以下に低下する。一方で、センスアンプの動作限界電圧からセンスアンプSA用の電源電圧VSAは、1.0V程度とする必要がある。ここで、一般に、電源電圧VDDは±10%の電圧変動が許容されている。低電圧化が顕著な電源電圧VDDから電源電圧VSAを生成しようとすると、電源電圧VDDが電圧変動で減少した場合、昇圧により電源電圧VSAを生成しなければならない事態が発生する。このような電源電圧VDDから昇圧で電源電圧VSAを生成する場合、電圧の生成の効率が大きく低下してしまう。一方、昇圧を行わずに電源電圧VSAとすれば、センスアンプの動作速度が低下してしまう。センスアンプの動作速度を低下させず、動作限界電圧の影響を受けずに、効率よく、電源電圧を供給可能な技術が望まれる。 In recent years, gate oxide films of logic circuit transistors have been made thinner for high-speed operation / low current. In that case, in the example of FIG. 1, the power supply voltage VDD of the logic circuit is lowered to 1.0 V or less. On the other hand, the power supply voltage VSA for the sense amplifier SA needs to be about 1.0 V from the operation limit voltage of the sense amplifier. Here, in general, the power supply voltage VDD is allowed to vary by ± 10%. If the power supply voltage VSA is to be generated from the power supply voltage VDD in which voltage reduction is significant, when the power supply voltage VDD decreases due to voltage fluctuation, a situation occurs in which the power supply voltage VSA must be generated by boosting. When the power supply voltage VSA is generated by boosting from such a power supply voltage VDD, the efficiency of voltage generation is greatly reduced. On the other hand, if the power supply voltage VSA is used without boosting, the operation speed of the sense amplifier is reduced. There is a demand for a technology that can efficiently supply a power supply voltage without reducing the operation speed of the sense amplifier and without being affected by the operation limit voltage.
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the invention. These numbers and symbols are added in parentheses in order to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、第1のメモリ(2)と電圧生成回路(5)とを具備する。第1のメモリ(2)は、メモリセル(26)と、ワード線駆動回路(21)と、センスアンプ(24)とを備える。メモリセル(26)は、ワード線(WL)とビット線(Bit)とに結合する。ワード線駆動回路(21)は、ワード線(WL)を駆動する。センスアンプ(24)は、ビット線(Bit)を経由してメモリセル(26)の情報を増幅する。電圧生成回路(5)は、外部から、第1の電圧(GND)と、第1の電圧(GND)よりも高電位の第2の電圧(VDD)と、第2の電圧(VDD)よりも高電位の第3の電圧(VPPorVPDorVSA)とが供給される。電圧生成回路(5)は、第3の電圧(VPPorVPDorVSA)を所定のモード時に降圧又は昇圧し、第2の電圧(VDD)よりも高電位の第4の電圧(VSAorVPP)を生成して、センスアンプ(24)又はワード線駆動回路(21)に供給する第1電圧調整回路(10)を備える。
本発明では、低電圧化される第2の電圧(VDD)からではなく、第2の電圧(VDD)よりも高電位の第3の電圧(VPPorVPDorVSA)から降圧又は昇圧して、第4の電圧(VSAorVPP)を生成する。それにより、第2の電圧(VDD)が低電圧側に変動しても、それに影響されること無く、センスアンプ(24)の高速動作を実現することができる。
In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention includes a first memory (2) and a voltage generation circuit (5). The first memory (2) includes a memory cell (26), a word line driving circuit (21), and a sense amplifier (24). Memory cell (26) is coupled to a word line (WL) and a bit line (Bit). The word line drive circuit (21) drives the word line (WL). The sense amplifier (24) amplifies the information in the memory cell (26) via the bit line (Bit). The voltage generation circuit (5) is externally supplied with a first voltage (GND), a second voltage (VDD) higher than the first voltage (GND), and a second voltage (VDD). A high potential third voltage (VPPorVPDorVSA) is supplied. The voltage generating circuit (5) steps down or boosts the third voltage (VPPPVPVPorVSA) in a predetermined mode to generate a fourth voltage (VSAorVPP) having a higher potential than the second voltage (VDD), and senses it. A first voltage adjusting circuit (10) for supplying to the amplifier (24) or the word line driving circuit (21) is provided.
In the present invention, the fourth voltage is reduced or boosted not from the second voltage (VDD) to be lowered, but from the third voltage (VPPorpPDorVSA) having a higher potential than the second voltage (VDD). (VSAorVPP) is generated. Thereby, even if the second voltage (VDD) fluctuates to the low voltage side, it is possible to realize a high-speed operation of the sense amplifier (24) without being affected by it.
本発明の半導体装置は、ロジック回路(30)とメモリ部(20)とを具備する。ロジック回路(30)は、第1の電圧(GND)と、第1の電圧(GND)より高い第2の電圧(VDD)とを供給される。メモリ部(20)は、第1の電圧(GND)と、第2の電圧(VDD)と、第2の電圧(VDD)よりも高い第3の電圧(VPPorVPDorVSA)とが供給される。メモリ部(20)は、第1のメモリ(2)と、電圧生成回路(5)と、リフレッシュ制御回路(40)とを備える。第1のメモリ(2)は、第1の電圧(GND)と第2の電圧(VDD)とを供給される周辺回路(4)と、第1の電圧(GND)と第3の電圧(VPPorVPDorVSA)とが供給されるセルアレイコア(3)とを含む。電圧生成回路(5)は、第1の電圧(GND)と、第3の電圧(VPPorVPDorVSA)とが供給され、第3の電圧(VPPorVPDorVSA)を所定のモード時に降圧又は昇圧し、第2の電圧(VDD)よりも高電位である第4の電圧(VPPorVPDorVSA)及び第5電圧(VPPorVPDorVSA)を生成し、セルアレイコア(3)へ出力する。このとき、第3の電圧(VPPorVPDorVSA)、第4の電圧(VPPorVPDorVSA)及び第5の電圧(VPPorVPDorVSA)のうちのいずれか一つはセルアレイコア(3)のセンスアンプ(53)に、他の一つはワード線駆動回路にそれぞれ供給される。更に、第3の電圧(VPPorVPDorVSA)、第4の電圧(VPPorVPDorVSA)及び第5の電圧(VPPorVPDorVSA)のうちのいずれか一つはリフレッシュ制御回路(40)に供給される。リフレッシュ制御回路(40)は、第2の電源(VDD)の供給が停止したときセルアレイコア(3)のリフレッシュ動作を行う。
本発明では、セルアレイコア(3)及びリフレッシュ制御回路(40)は、外部供給される第1の電圧(GND)及び第3の電圧(VPPorVPDorVSA)と、それらを用いて生成される他の第4の電圧(VPPorVPDorVSA)及び第5の電圧(VPPorVPDorVSA)を用いてリフレッシュ動作を行う。すなわち、メモリセルコア(3)のリフレッシュ動作には、第2の電圧(VDD)は必要ない。したがって、第2の電圧(VDD)の供給が静止されてもメモリセルコア3のリフレッシュ動作を継続して行うことが可能となる。その結果、スリープモードやスタンバイモード等、ロジック回路(30)の動作が一時停止中に第2の電圧(VDD)を停止しても、メモリ20内に記憶され他データが失われることは無い。第2の電圧(VDD)を停止することで、半導体装置において、ロジック回路(30)や周辺回路(4)でのリーク電流に伴う電力消費を削減することが出来る。
The semiconductor device of the present invention includes a logic circuit (30) and a memory unit (20). The logic circuit (30) is supplied with a first voltage (GND) and a second voltage (VDD) higher than the first voltage (GND). The memory unit (20) is supplied with a first voltage (GND), a second voltage (VDD), and a third voltage (VPPoVPPDorVSA) higher than the second voltage (VDD). The memory unit (20) includes a first memory (2), a voltage generation circuit (5), and a refresh control circuit (40). The first memory (2) includes a peripheral circuit (4) to which a first voltage (GND) and a second voltage (VDD) are supplied, a first voltage (GND), and a third voltage (VPPPVPVPorVSA). And a cell array core (3) to be supplied. The voltage generation circuit (5) is supplied with the first voltage (GND) and the third voltage (VPPorVPDorVSA), and steps down or boosts the third voltage (VPPorVPDorVSA) in a predetermined mode to generate the second voltage. A fourth voltage (VPPorVPDorVSA) and a fifth voltage (VPPPVPorVSA) that are higher than (VDD) are generated and output to the cell array core (3). At this time, any one of the third voltage (VPPPVPVPorVSA), the fourth voltage (VPPoRPVPorVSA), and the fifth voltage (VPPPVPorVSA) is supplied to the sense amplifier (53) of the cell array core (3). One is supplied to each word line driving circuit. Furthermore, any one of the third voltage (VPPorVPDorVSA), the fourth voltage (VPPPVPVPorVSA) and the fifth voltage (VPPPVPVPorVSA) is supplied to the refresh control circuit (40). The refresh control circuit (40) performs a refresh operation of the cell array core (3) when the supply of the second power supply (VDD) is stopped.
In the present invention, the cell array core (3) and the refresh control circuit (40) are provided with the first voltage (GND) and the third voltage (VPPorpVPorVSA) supplied externally and other fourth voltages generated using them. The refresh operation is performed using the voltage (VPPorVPDorVSA) and the fifth voltage (VPPorVPDorVSA). That is, the second voltage (VDD) is not necessary for the refresh operation of the memory cell core (3). Therefore, the refresh operation of the memory cell core 3 can be continued even when the supply of the second voltage (VDD) is stopped. As a result, even if the second voltage (VDD) is stopped while the operation of the logic circuit (30) is temporarily stopped, such as in the sleep mode or the standby mode, other data stored in the
本発明により、センスアンプの動作限界電圧の影響を受けずに、効率よく、電源電圧を供給することが可能となる。 According to the present invention, the power supply voltage can be efficiently supplied without being affected by the operation limit voltage of the sense amplifier.
以下、本発明の半導体装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
図2は、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。この半導体装置1は、複数の電源電圧を用いるメモリを有し、メモリ混載型LSI(Large Scale Integration)に例示される。半導体装置1は、メモリ20とロジック回路30とを具備する。半導体装置1には、外部から電源電圧VPP、電源電圧VDD及び接地電圧GNDが供給される。メモリ20は、電源電圧VPP、電源電圧VDD及び接地電圧GNDを用いて動作する。ロジック回路は、電源電圧VDD及び接地電圧GNDを用いて動作する。
(First embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The
図3は、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を示すブロック図である。この図では、特にメモリ20を詳細に示している。この半導体装置1は、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPP(例示:2.5V)、論理回路用の電源電圧VDD(例示:0.9V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。この半導体装置1(のメモリ20)は、メモリマクロ2、及び電圧調整部5を具備している。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the
電圧調整部5は、外部から供給される電源電圧VPP、電源電圧VDD及び接地電圧GNDを用いて複数の電源電圧を生成する。そして、それら複数の電源電圧を、それぞれメモリマクロ2へ供給する。電圧調整部5は、降圧回路11、降圧回路12、リファレンス電源13、ネガティブポンプ(Nポンプ)14を備える。ただし、降圧回路11と降圧回路12とを併せて第1電圧調整回路10とも言う。降圧回路11は第2電圧調整回路と、降圧回路12は第3電圧調整回路とも言う。電圧調整部5は、電圧生成回路と考えることも出来る。
The
降圧回路11は、上記電源電圧VPPを降圧して、ビット線プリチャージ用トランジスタのHigh側の電源電圧VPD(例示:1.2V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。降圧回路12は、上記電源電圧VPPを降圧して、センスアンプSA用の電源電圧VSA(例示:1.0V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。リファレンス電源13は、上記センスアンプSA用の電源電圧VSAを降圧して、参照電圧HVDD(例示:0.5V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。Nポンプ14は、上記電源電圧VPPを降圧し反転して、ワード線駆動時のLow側の電圧VKK(例示:−0.4V)、及び、選択トランジスタの基板電位VBB(例示:−0.4V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。
The step-
メモリマクロ2は、DRAMコアに例示されるメモリ回路である。メモリマクロ2は、データを記憶するセルアレイコア3と、セルアレイコア3を制御する周辺回路4とを備える。セルアレイコア3は、電源電圧VPP、VDDと、電圧調整部5で生成された電源電圧VPD、VSA、HVDD、VKK、VBBと、接地電圧GNDとを用いて動作する。マトリクス状に配置された複数のセルと、複数のセンスアンプと、ワード線駆動回路21と、ビット線プリチャージ回路22と、センスアンプ駆動回路23とを含んでいる。更に、ロウデコーダ(図示されず)を含んでいる。ワード線駆動回路21と、ビット線プリチャージ回路22と、ロウデコーダは、ワード線駆動部WDに含まれている。周辺回路4は、セルアレイコア3の動作に用いるデコーダ、コントローラを含んでいる。メモリマクロ2における周辺回路4を含む、セルアレイコア3以外の回路は電源電圧VDDと接地電圧GNDとを用いて動作する。
The
図4は、本発明の半導体装置の第1の実施の形態におけるセルアレイコア3の構成を示す概略図である。セルアレイコア3は、ビット線Bit(T)、Bit(N)、ワード線WL、メモリセル26、プリチャージ線PDL、センスアンプ制御線SAP、SAN、メモリセル26、ワード線駆動回路21、ビット線プリチャージ駆動回路22、センスアンプ駆動回路23、センスアンプ24、プリチャージ回路27を備える。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the cell array core 3 in the first embodiment of the semiconductor device of the present invention. The cell array core 3 includes bit lines Bit (T), Bit (N), word lines WL,
ビット線Bit(T)、Bit(N)は、Y方向に延伸している。ビット線Bit(T)、Bit(N)は周辺回路4のカラムデコーダ(図示されず)で選択される。
ワード線WLは、Y方向に垂直なX方向に延伸し、ワード線駆動回路21に接続されている。ワード線WLはワード線駆動部WDのロウデコーダ(図示されず)で選択される。
メモリセル26は、ビット線Bit(T)、Bit(N)とワード線WLとの交点に対応して設けられている。メモリセル26は、選択トランジスタQcとセル容量Csを含む。セル容量Csは、電荷を蓄積し、一方を参照電圧HVDDを供給する配線に、他方を選択トランジスタQcにそれぞれ接続されている。選択トランジスタQcは、NMOSトランジスタに例示され、ゲートをワード線WLに、ソース/ドレインの一方をビット線Bit(T)に、他方をセル容量Csにそれぞれ接続されている。選択トランジスタQcの基板電位は、VBB(例示:−0.4V)である。
Bit lines Bit (T) and Bit (N) extend in the Y direction. Bit lines Bit (T) and Bit (N) are selected by a column decoder (not shown) of the
The word line WL extends in the X direction perpendicular to the Y direction and is connected to the word
The
ワード線駆動回路21は、メモリセル26の選択トランジスタQcを駆動する電圧(信号)を供給する。すなわち、ワード線駆動回路21は、読み出し動作時又は書き込み動作時に、ワード線WLに、選択トランジスタQcのゲートをHigh状態にする電源電圧VPP(例示:2.5V)、及び、Low状態にするVKK(例示:−0.4V)を供給する。このVKKは、非選択トランジスタQcのリークを抑えるために、非選択状態のセルに負電圧のゲート電位を与えて、より強く非選択(オフ)の状態を作り出している。
The word
センスアンプ制御線SAP、SANは、X方向に延伸し、センスアンプ駆動回路23とセンスアンプ24とにそれぞれ接続されている。
センスアンプ駆動回路23は、センスアンプ24を駆動する電圧(信号)を供給する。すなわち、センスアンプ駆動回路23は、読み出し動作時に、センスアンプ24へ、センスアンプ制御線SAP、SANを介して、High側の電源電圧VSA(例示:1.0V)、Low側の接地電圧GND(例示:0V)をそれぞれ供給する。
センスアンプ24は、一組のビット線Bit(T)、Bit(N)ごとに、それらの間に設けられている。センスアンプ制御線SAP、SANとビット線Bit(T)、Bit(N)とに接続されている。センスアンプ24は、メモリセル26の読み出し動作時に、一組のビット線Bit(T)、Bit(N)間の電圧差を検出して増幅する。増幅された電位差に基づいて、メモリセル26のデータが読み出される。
The sense amplifier control lines SAP and SAN extend in the X direction and are connected to the sense
The sense
The sense amplifier 24 is provided between each pair of bit lines Bit (T) and Bit (N). The sense amplifier control lines SAP and SAN are connected to the bit lines Bit (T) and Bit (N). The sense amplifier 24 detects and amplifies a voltage difference between a pair of bit lines Bit (T) and Bit (N) during a read operation of the
図10は、センスアンプの一例を示す回路図である。センスアンプ24はトランジスタTr11〜Tr16を備える。Tr16(例示:PMOSトランジスタ)のソースに、センスアンプ制御線SAPを介してHigh側の電源電圧VSA(例示:1.0V)が供給される。また、Tr15(例示:NMOSトランジスタ)のソースに、センスアンプ制御線SANを介してLow側の接地電圧GND(例示:0V)が供給される。トランジスタTr16、Tr15のゲートには、センスアンプ24の動作を制御する信号φs、/φsが、センスアンプ駆動回路23又は他の制御回路から供給される。トランジスタTr11(例示:NMOSトランジスタ),Tr12(例示:PMOSトランジスタ)は、直列接続され、ゲートをBit(N)及びトランジスタTr13(例示:NMOSトランジスタ)と14(例示:PMOSトランジスタ)との接続点に、Tr11のソースをトランジスタTr15のドレインに、Tr12のソースをトランジスタTr16のドレインにそれぞれ接続されている。トランジスタTr13,Tr14は、直列接続され、ゲートをBit(T)及びトランジスタTr11,12の接続点に、Tr13のソースをトランジスタTr15のドレインに、Tr14のソースをトランジスタTr16のドレインにそれぞれ接続されている。
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a sense amplifier. The sense amplifier 24 includes transistors Tr11 to Tr16. A high-side power supply voltage VSA (example: 1.0 V) is supplied to the source of Tr16 (example: PMOS transistor) via the sense amplifier control line SAP. In addition, the low-side ground voltage GND (example: 0 V) is supplied to the source of Tr15 (example: NMOS transistor) via the sense amplifier control line SAN. Signals φs and / φs for controlling the operation of the sense amplifier 24 are supplied to the gates of the transistors Tr16 and Tr15 from the sense
論理回路の高速化に対応したゲート酸化膜の薄膜化に伴って低電圧化した電源電圧VDDをそのままセンスアンプ24の電源電圧VSAに用いると、センスアンプ24の読み出し速度が低下してしまう。すなわち、低電圧化した電源電圧VDDを用いると、動作速度が低下してしまう。本発明では、電源電圧VDDとは別に、電圧調整部5においてセンスアンプ24の動作限界電圧以上に設定された電源電圧VSAを用いる。それにより、電源電圧VDDに負担をかけることなく、十分な電源電圧VSAを得ることができ、高速読み出し動作を実現できる。
If the power supply voltage VDD, which has been lowered due to the thinning of the gate oxide film corresponding to the speeding up of the logic circuit, is used as it is for the power supply voltage VSA of the sense amplifier 24, the read speed of the sense amplifier 24 is lowered. That is, if the power supply voltage VDD with a reduced voltage is used, the operation speed is lowered. In the present invention, separately from the power supply voltage VDD, the power supply voltage VSA set in the
図4を参照して、プリチャージ線PDLは、X方向に延伸し、ビット線プリチャージ駆動回路22とプリチャージ回路27とにそれぞれ接続されている。
プリチャージ回路27は、一組のビット線Bit(T)、Bit(N)ごとに、それらの間に設けられている。トランジスタTr1〜Tr3(例示:NMOSトランジスタ)を備える。Tr1,Tr2は、直列接続され、ゲートをプリチャージ線PDLに、Tr1のソース/ドレインの一方をビット線Bit(T)に、Tr2のソース/ドレインの一方をBit(N)に、トランジスタTr1,Tr2の接続点を参照電圧HVDD(例示:0.5V)を共有する配線にそれぞれ接続されている。トランジスタTr3は、ゲートをプリチャージ線PDLに、ソース/ドレインをビット線Bit(T)、Bit(N)に接続されている。プリチャージ回路27は、メモリセル26の待機時に、一組のビット線Bit(T)、Bit(N)を参照電圧HVDDにプリチャージする。参照電圧HVDDは、電源電圧VSAの1/2に設定されている。プリチャージ回路27の各トランジスタは、相対的に微細化され、ゲート酸化膜も薄くなっており、High状態に、ワード線昇圧用の電源電圧VPPに対して相対的に低電圧の電源電圧VPDを用いることが出来る。
ビット線プリチャージ駆動回路22は、プリチャージ回路27を駆動する電圧(信号)を供給する。すなわち、プリチャージ線PDLに、プリチャージ回路27のトランジスタTr1〜Tr3をHigh状態にする電源電圧VPD(例示:1.2V)、及び、Low状態にする接地電圧GND(例示:0V)をそれぞれ供給する。プリチャージ回路27のトランジスタTr1、Tr2は、ソース/ドレインに参照電圧HVDDを供給されているので、プリチャージ線PDLに接続されたゲートには、トランジスタTr1,Tr2の閾値電圧(例示:0.7V)分だけ参照電圧HVDDよりも高い電源電圧VPDが必要だからである。
Referring to FIG. 4, precharge line PDL extends in the X direction and is connected to bit line
The
The bit line
図5は、本発明の半導体装置の第1の実施の形態における各電源電圧VPP、VDD、VPD、VSAの関係を示すグラフである。横軸は電源電圧VDDの大きさ、縦軸は各電源電圧VPP、VDD、VPD、VSAのいずれかの大きさを示している。各電源電圧について、相対的な関係はこの通りであるが、数値は一例である。近年の傾向として、周辺回路(論理回路)を高速化するために、周辺回路におけるトランジスタのゲート酸化膜の薄膜化が進んでいる。それに伴い、その周辺回路用の電源電圧VDDは、1.0V程度まで低下する。ただし、センスアンプには高速動作に必要な動作限界電圧があることから、所定の電圧以下に電源電圧を用いることは好ましくない。ここでは、電源電圧VDDを1.0V、電源電圧VSAを1.0Vの場合を示している。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the power supply voltages VPP, VDD, VPD, and VSA in the first embodiment of the semiconductor device of the present invention. The horizontal axis indicates the magnitude of the power supply voltage VDD, and the vertical axis indicates the magnitude of each of the power supply voltages VPP, VDD, VPD, and VSA. For each power supply voltage, the relative relationship is as described above, but the numerical value is an example. As a recent trend, in order to increase the speed of the peripheral circuit (logic circuit), the gate oxide film of the transistor in the peripheral circuit is becoming thinner. Along with this, the power supply voltage VDD for the peripheral circuit decreases to about 1.0V. However, since the sense amplifier has an operation limit voltage necessary for high-speed operation, it is not preferable to use the power supply voltage below a predetermined voltage. Here, the case where the power supply voltage VDD is 1.0 V and the power supply voltage VSA is 1.0 V is shown.
一般に、半導体装置の動作電圧は、±10%の電圧変動が許容される。従って、電源電圧VDDを1.0Vとすると、変動範囲は0.9V以上1.1Vとなる。供給される電源電圧VPP(2.5V)は、この変動範囲において一定である。電源電圧VPPに基づいて生成される電源電圧VSA(1.0V)も、基本的に一定であり、電源電圧VDDが1.0Vまでは一定(VSA>VDDmin)である。ただし、電源電圧VDDが1.0V以上では電源電圧VDDと等しく上昇する。高VDD時の耐圧と電流対策のためである。電源電圧VDDの変動範囲内において、電源電圧VSAは降圧により得ることができる。電源電圧VPPに基づいて生成される電圧VPD(1.2V)も、同様にこの変動範囲において一定である。 Generally, the operating voltage of a semiconductor device is allowed to vary by ± 10%. Therefore, when the power supply voltage VDD is 1.0 V, the fluctuation range is 0.9 V or more and 1.1 V. The supplied power supply voltage VPP (2.5 V) is constant in this fluctuation range. The power supply voltage VSA (1.0 V) generated based on the power supply voltage VPP is also basically constant, and is constant until the power supply voltage VDD is 1.0 V (VSA> VDDmin). However, when the power supply voltage VDD is 1.0 V or higher, it rises equally to the power supply voltage VDD. This is for the withstand voltage and current countermeasure at the time of high VDD. Within the fluctuation range of the power supply voltage VDD, the power supply voltage VSA can be obtained by step-down. Similarly, the voltage VPD (1.2 V) generated based on the power supply voltage VPP is also constant within this fluctuation range.
本発明の半導体装置1は、ワード線WLの昇圧用に外部から供給される高電圧の電源電圧VPPを降圧することにより、センスアンプ24用の低電圧の電源電圧VSAを生成している。
従来の場合と同様に電源電圧VSAを電源電圧VDDから生成しようとすると、例えば図5の例では、電源電圧VDDが0.9Vに変動した場合、0.1V以上昇圧する必要が生じて非効率である。また、昇圧を行わない場合、電源電圧VSAが動作限界電圧より低くなりセンスアンプ24の動作速度が低下してしまう。本発明では、論理回路の高速化(ゲート酸化膜の薄膜化)に伴い低電圧化される電源電圧VDDからではなく、高電圧の電源電圧VPPから降圧により電源電圧VSAを生成することにより、電源電圧VDDが低電圧側に変動しても、センスアンプ24の高速動作を実現することができる。
The
If the power supply voltage VSA is to be generated from the power supply voltage VDD as in the conventional case, for example, in the example of FIG. 5, when the power supply voltage VDD fluctuates to 0.9V, it is necessary to boost the voltage by 0.1V or more. It is. Further, when boosting is not performed, the power supply voltage VSA becomes lower than the operation limit voltage, and the operation speed of the sense amplifier 24 is reduced. In the present invention, the power supply voltage VSA is generated by stepping down from the high-voltage power supply voltage VPP, not from the power-supply voltage VDD that is lowered as the logic circuit speeds up (thinning the gate oxide film). Even if the voltage VDD fluctuates to the low voltage side, the high speed operation of the sense amplifier 24 can be realized.
既述のように、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPPは相対的に高電圧であり、ワード線の電流Iwordがセンスアンプ24の動作電流Isaに近づく製品もある。特に、メモリマクロ2の種類(例示:eDRAM)によっては、ワード線方向(図4におけるX方向)が長く、ビット線方向(図4におけるY方向)が短くなる傾向がある。よって、IwordがIsaに追いつき、あるいは、追い越す製品も存在する。すなわち、全消費電流に占めるIwordの割合が増加しているために、電源電圧VPPを外部から供給されることは、メモリセルにとっては非常に効果的である。 As described above, there is a product in which the power supply voltage VPP for boosting the word line WL is relatively high and the word line current Iword approaches the operating current Isa of the sense amplifier 24. In particular, depending on the type of memory macro 2 (example: eDRAM), the word line direction (X direction in FIG. 4) tends to be long and the bit line direction (Y direction in FIG. 4) tends to be short. Therefore, there are products in which Iword catches up with Isa or overtakes it. That is, since the ratio of Iword in the total current consumption is increased, it is very effective for the memory cell to supply the power supply voltage VPP from the outside.
次に、本発明の半導体装置1の動作について説明する。
半導体装置1は、電源電圧VDD及び接地電圧GNDに加えて、第3の電圧(ここでは電源電圧VPP)を外部から供給される。電圧調整部5は、電源電圧VDD、接地電圧GND及び電源電圧VPPに基づいて、各電源電圧VPD、VKK/VBB、VSA、HVDDを生成し、セルアレイコア3へ出力する。セルアレイコア3は、各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDD、GNDに基づいて動作する。また、周辺回路4は、電源電圧VDD、GNDに基づいて動作する。
Next, the operation of the
In addition to the power supply voltage VDD and the ground voltage GND, the
本発明により、ワード線WLの昇圧用の電源電圧VPPを外部から供給し、それを降圧してセンスアンプ用の電源電圧VSAを生成することで、電源電圧VDDの変動に影響されずに、電源電圧VSAを生成することが出来る。これにより、効率的に電源電圧VSAを供給することが出来、安定的で高速な動作を行うことが出来る。 According to the present invention, the power supply voltage VPP for boosting the word line WL is supplied from the outside, and the power supply voltage VSA for the sense amplifier is generated by stepping down the power supply voltage without being affected by fluctuations in the power supply voltage VDD. The voltage VSA can be generated. As a result, the power supply voltage VSA can be efficiently supplied, and a stable and high-speed operation can be performed.
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の半導体装置の第2の実施の形態の構成を示すブロック図である。本図については、メモリ20がメモリ20bに置き換わる他は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。図6は、本発明の半導体装置の第2の実施の形態の他の構成を示すブロック図である。この図では、特にメモリ20bを詳細に示している。本実施の形態では、電源電圧VPPではなく、電源電圧VPDを外部から供給している点で、第1の実施の形態と異なる。すなわち、この半導体装置1bは、ビット線プリチャージ用トランジスタのHigh側の電源電圧VPD(例示:1.2V)、論理回路用の電源電圧VDD(例示:0.9V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。この半導体装置1b(のメモリ20b)は、メモリマクロ2、及び電圧調整部5bを具備している。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Since this figure is the same as that of the first embodiment except that the
電圧調整部5bは、外部から供給される電源電圧VPD、電源電圧VDD及び接地電圧GNDを用いて複数の電源電圧を生成する。そして、それら複数の電源電圧を、それぞれメモリマクロ2へ供給する。電圧調整部5bは、昇圧回路11a、降圧回路12、リファレンス電源13、ネガティブポンプ(Nポンプ)14を備える。ただし、昇圧回路11aと降圧回路12を併せて第1電圧調整回路10bとも言う。昇圧回路11aは第2電圧調整回路と、降圧回路12は第3電圧調整回路とも言う。電圧調整部5bは、電圧生成回路と考えることも出来る。
The
昇圧回路11aは、上記電源電圧VPDを昇圧して、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPP(例示:2.5V)生成し、セルアレイコア3へ出力する。降圧回路12は、上記電源電圧VPDを降圧して、センスアンプSA用の電源電圧VSA(例示:1.0V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。リファレンス電源13は、上記センスアンプSA用の電源電圧VSAを降圧して、参照電圧HVDD(例示:0.5V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。Nポンプ14は、上記電源電圧VPDを降圧し反転して、ワード線駆動時のLow側の電圧VKK(例示:−0.4V)、及び、選択トランジスタの基板電位VBB(例示:−0.4V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。
The
その他については、電源電圧VPPではなく電源電圧VPDから他の電源電圧が生成されている他は、図3に関する第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。 Others are the same as those in the first embodiment with respect to FIG. 3 except that other power supply voltages are generated from the power supply voltage VPD instead of the power supply voltage VPP, and thus the description thereof is omitted.
次に、本発明の半導体装置1bの動作について説明する。
半導体装置1は、電源電圧VDD及び接地電圧GNDに加えて、第3の電圧(ここでは電源電圧VPD)を外部から供給される。電圧調整部5bは、電源電圧VDD、接地電圧GND及び電源電圧VPDに基づいて、各電源電圧VPP、VKK/VBB、VSA、HVDDを生成し、セルアレイコア3へ出力する。セルアレイコア3は、各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDD、GNDに基づいて動作する。また、周辺回路4は、電源電圧VDD、GNDに基づいて動作する。
Next, the operation of the
In addition to the power supply voltage VDD and the ground voltage GND, the
本発明により、ビット線プリチャージ用の電源電圧VPDを外部から供給し、それを降圧してセンスアンプ用の電源電圧VSAを生成することで、電源電圧VDDの変動に影響されずに、電源電圧VSAを生成することが出来る。これにより、効率的に電源電圧VSAを供給することが出来、安定的で高速な動作を行うことが出来る。 According to the present invention, the power supply voltage VPD for precharging the bit line is supplied from the outside, and the power supply voltage VSA for the sense amplifier is generated by stepping down the power supply voltage VSD without affecting the fluctuation of the power supply voltage VDD. VSA can be generated. As a result, the power supply voltage VSA can be efficiently supplied, and a stable and high-speed operation can be performed.
(第3の実施の形態)
図2は、本発明の半導体装置の第3の実施の形態の構成を示すブロック図である。本図については、メモリ20がメモリ20cに置き換わる他は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。図7は、本発明の半導体装置の第3の実施の形態の更に他の構成を示すブロック図である。この図では、特にメモリ20cを詳細に示している。本実施の形態では、電源電圧VPPではなく、電源電圧VSAを外部から供給している点で、第1の実施の形態と異なる。すなわち、この半導体装置1cは、センスアンプSA用の電源電圧VSA(例示:1.0V)、論理回路用の電源電圧VDD(例示:0.9V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。この半導体装置1c(のメモリ20c)は、メモリマクロ2、及び電圧調整部5cを具備している。
(Third embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Since this figure is the same as that of the first embodiment except that the
電圧調整部5cは、外部から供給される電源電圧VSA、電源電圧VDD及び接地電圧GNDを用いて複数の電源電圧を生成する。そして、それら複数の電源電圧を、それぞれメモリマクロ2へ供給する。電圧調整部5cは、昇圧回路11a、昇圧回路12a、リファレンス電源13、ネガティブポンプ(Nポンプ)14を備える。ただし、昇圧回路11aと昇圧回路12aを併せて第1電圧調整回路10cとも言う。昇圧回路11aは第2電圧調整回路と、昇圧回路12aは第3電圧調整回路とも言う。電圧調整部5cは、電圧生成回路と考えることも出来る。
The
昇圧回路11aは、上記電源電圧VSAを昇圧して、ビット線プリチャージ用トランジスタのHigh側の電源電圧VPD(例示:1.2V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。昇圧回路12aは、上記電源電圧VSAを昇圧して、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPP(例示:2.5V)生成し、セルアレイコア3へ出力する。リファレンス電源13は、上記電源電圧VSAを降圧して、参照電圧HVDD(例示:0.5V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。Nポンプ14は、上記電源電圧VSAを降圧し反転して、ワード線駆動時のLow側の電圧VKK(例示:−0.4V)、及び、選択トランジスタの基板電位VBB(例示:−0.4V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。
The
その他については、電源電圧VPPではなく電源電圧VSAから他の電源電圧が生成されている他は、図3に関する第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。 Others are the same as those in the first embodiment with respect to FIG. 3 except that other power supply voltages are generated from the power supply voltage VSA instead of the power supply voltage VPP, and the description thereof is omitted.
次に、本発明の半導体装置1cの動作について説明する。
半導体装置1は、電源電圧VDD及び接地電圧GNDに加えて、第3の電圧(ここでは電源電圧VSA)を外部から供給される。電圧調整部5cは、電源電圧VDD、接地電圧GND及び電源電圧VSAに基づいて、各電源電圧VPP、VPD,VKK/VBB、HVDDを生成し、セルアレイコア3へ出力する。セルアレイコア3は、各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDD、GNDに基づいて動作する。また、周辺回路4は、電源電圧VDD、GNDに基づいて動作する。
Next, the operation of the
In addition to the power supply voltage VDD and the ground voltage GND, the
本発明により、センスアンプSA用の電源電圧VSAを外部から供給し用いることで、電源電圧VDDの変動に影響されずに、電源電圧VSAを用いることが出来る。これにより、効率的に電源電圧VSAを供給することが出来、安定的で高速な動作を行うことが出来る。 According to the present invention, the power supply voltage VSA for the sense amplifier SA is supplied and used from the outside, so that the power supply voltage VSA can be used without being affected by fluctuations in the power supply voltage VDD. As a result, the power supply voltage VSA can be efficiently supplied, and a stable and high-speed operation can be performed.
(第4の実施の形態)
図2は、本発明の半導体装置の第4の実施の形態の構成を示すブロック図である。本図については、メモリ20がメモリ20aに置き換わる他は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。図8は、本発明の半導体装置の第4の実施の形態の構成を示すブロック図である。この図では、特にメモリ20aを詳細に示している。この半導体装置1aは、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPP(例示:2.5V)、論理回路用の電源電圧VDD(例示:0.9V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。この半導体装置1は、DRAMマクロ2a、SRAMマクロ6、及び電圧調整部5を具備している。
(Fourth embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention. Since this figure is the same as that of the first embodiment except that the
DRAMマクロ2a(DRAMセルアレイコア3aを含む)、及び電圧調整部5は、第1の実施の形態のメモリマクロ2(セルアレイコア3を含む)、及び電圧調整部5と同じであるので、その説明を省略する。
Since the
SRAMマクロ6は、複数のSRAMセルを有するメモリ回路である。SRAMマクロ6は、データを記憶するSRAMセルアレイコア7と、SRAMセルアレイコア7を制御する周辺回路8とを備える。周辺回路8は、電源電圧VDDと接地電圧GNDとで動作する。周辺回路8は、SRAMセルアレイコア7の動作に用いるデコーダ、コントローラ等を含んでいる。SRAMセルアレイコア7は、電源電圧VDDと、電圧調整部5で生成された電源電圧VSAと同じ電源電圧VSRAMと、接地電圧VDDとを用いて動作する。マトリクス状に配置された複数のSRAMセル、複数のビット線、複数のワード線等を含んでいる。
なお、この第4の実施の形態では外部から電源電圧VPPが供給される場合であるため、電圧調整部5を通してVSA及びVSRAMがSRAMセルアレイコアに供給されている。しかし、第3の実施の実施の形態のように、外部から電源電圧VSAが供給される場合、その入力される電源電圧VSAを、電圧調整部5を介することなく、そのままVSRAMとしてSRAMセルアレイコアに入力しても構わない。
The
In the fourth embodiment, since the power supply voltage VPP is supplied from the outside, VSA and VSRAM are supplied to the SRAM cell array core through the
図11は、SRAMセルの一例を示す回路図である。このSRAMセルはトランジスタTr21〜Tr24(例示:NMOSトランジスタ)及びトランジスタTr25〜Tr26(例示:PMOSトランジスタ)を備える。トランジスタTr25〜Tr26は、ソースに電源電圧VSRAMを供給される。トランジスタTr25のドレインは、トランジスタTr21のソース/ドレインの一方と、トランジスタTr24のゲートと、トランジスタTr23のドレインとに接続される。トランジスタTr25のゲートは、トランジスタTr24のゲートに接続される。トランジスタTr26のドレインは、トランジスタTr22のソース/ドレインの一方と、トランジスタTr23のゲートと、トランジスタTr24のドレインとに接続されている。トランジスタTr26のゲートは、トランジスタTr23のゲートに接続される。トランジスタTr23〜Tr24は、ソースに接地電位GNDを供給される。トランジスタTr21のゲートはワード線WLに、ソース/ドレインの他方は、ビット線Bit(T)にそれぞれ接続されている。トランジスタTr22のゲートはワード線WLに、ソース/ドレインの他方は、ビット線Bit(N)にそれぞれ接続されている。 FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of an SRAM cell. This SRAM cell includes transistors Tr21 to Tr24 (example: NMOS transistor) and transistors Tr25 to Tr26 (example: PMOS transistor). The transistors Tr25 to Tr26 are supplied with the power supply voltage V SRAM at their sources. The drain of the transistor Tr25 is connected to one of the source / drain of the transistor Tr21, the gate of the transistor Tr24, and the drain of the transistor Tr23. The gate of the transistor Tr25 is connected to the gate of the transistor Tr24. The drain of the transistor Tr26 is connected to one of the source / drain of the transistor Tr22, the gate of the transistor Tr23, and the drain of the transistor Tr24. The gate of the transistor Tr26 is connected to the gate of the transistor Tr23. The transistors Tr23 to Tr24 are supplied with the ground potential GND at their sources. The gate of the transistor Tr21 is connected to the word line WL, and the other of the source / drain is connected to the bit line Bit (T). The gate of the transistor Tr22 is connected to the word line WL, and the other of the source / drain is connected to the bit line Bit (N).
このSRAMセルと図10のDRAMのセンスアンプ24とは、回路構成がほぼ同様である(FF回路)。したがって、DRAMセルアレイコア3aのセンスアンプ24に低電圧化による動作限界が発生するのと同様に、SRAMセルにも、論理回路の高速化に対応したゲート酸化膜の薄膜化に伴う電源電圧VDDの低電圧化に影響される。すなわち、低電圧化した電源電圧VDDを用いると、動作速度が低下してしまうという問題が発生する。SRAMセルに対しても、電源電圧VDDとは別に、電圧調整部5においてセンスアンプ24の動作限界電圧以上に設定された電源電圧VSAを、SRAMセルの駆動用の電源電圧VSRAMとして供給する。すなわち、図4の場合、VDD=0.9Vに対してVSA=VSRAM=1.0V)に設定する。このようにすることで、電源電圧VDDの低電圧化に対するSRAMセルの動作速度への影響を排除することができる。
The SRAM cell and the sense amplifier 24 of the DRAM of FIG. 10 have substantially the same circuit configuration (FF circuit). Therefore, in the same manner that the operation limit due to the lower voltage occurs in the sense amplifier 24 of the DRAM cell array core 3a, the power supply voltage VDD accompanying the thinning of the gate oxide film corresponding to the higher speed of the logic circuit is applied to the SRAM cell. Influenced by low voltage. That is, when the power supply voltage VDD with a reduced voltage is used, there arises a problem that the operation speed is lowered. Also for the SRAM cell, separately from the power supply voltage VDD, the power supply voltage VSA set by the
なお、DRAMセルアレイコア3aのセンスアンプ24に供給される電源電圧VSAであればSRAMセルの駆動用の電源電圧VSRAMとして供給できるので、上記第2の実施の形態〜第3の実施の形態のいずれであっても、第4の実施の形態に適用可能である。 Since the power supply voltage VSA supplied to the sense amplifier 24 of the DRAM cell array core 3a can be supplied as the power supply voltage V SRAM for driving the SRAM cell, the second embodiment to the third embodiment described above. Any of them is applicable to the fourth embodiment.
本発明により、第1の実施の形態〜第3の実施の形態の効果を得ることができるとともに、SRAMセルにおいても、論理回路の微細化による電源電圧VDDの低電圧化に対し、安定的で高速な動作を行うことが出来る。 According to the present invention, the effects of the first to third embodiments can be obtained, and the SRAM cell is stable against the reduction of the power supply voltage VDD due to the miniaturization of the logic circuit. High-speed operation can be performed.
図9は、第1の実施の形態〜第3の実施の形態をまとめた表である。外部入力の電源をそれぞれVPP、VPD、及びVSAとした場合、内部においてVPP、VPD、及びVSAがどのように生成されるかを示している。例えば、外部入力の電源をVPPとした場合(第1の実施の形態)、VPPは外部から供給され、内部においてVPDは外部VPPの降圧により、及びVSAは外部VPPの降圧により、それぞれ生成される。外部入力の電源をVPDとした場合(第2の実施の形態)、VPDは外部から供給され、内部においてVPPは外部VPPの昇圧により、及びVSAは外部VPDの降圧により、それぞれ生成される。外部入力の電源をVSAとした場合(第3の実施の形態)、VSAは外部から供給され、内部においてVPPは外部VSAの昇圧により、及びVPDは外部VSAの昇圧により、それぞれ生成される。なお、第4の実施の形態についても、上記第1の実施の形態〜第3の実施の形態が全て対応する。 FIG. 9 is a table summarizing the first to third embodiments. This shows how VPP, VPD, and VSA are generated internally when the external input power supply is VPP, VPD, and VSA, respectively. For example, when the external input power supply is VPP (first embodiment), VPP is supplied from the outside, VPD is generated internally by the step-down of the external VPP, and VSA is generated by the step-down of the external VPP. . When the external input power source is VPD (second embodiment), VPD is supplied from the outside, VPP is generated by boosting the external VPP, and VSA is generated by stepping down the external VPD. When the external input power source is VSA (third embodiment), VSA is supplied from the outside, VPP is generated by boosting the external VSA, and VPD is generated by boosting the external VSA. Note that all of the first to third embodiments also correspond to the fourth embodiment.
(第5の実施の形態)
図2は、本発明の半導体装置の第5の実施の形態の構成を示すブロック図である。本図については、メモリ20がメモリ20dに置き換わる他は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。図12は、本発明の半導体装置の第5の実施の形態の構成を示すブロック図である。この図では、特にメモリ20dを詳細に示している。本実施の形態では、外部から供給される電源電圧の一つが、予め設定された特定の電源電圧(例示:VPP)ではなく、製造後に決定される点で、第1の実施の形態〜第3の実施の形態と異なる。すなわち、この半導体装置1dは、セルアレイコア3用の電源電圧V0と、論理回路用の電源電圧VDD(例示:0.9V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。ここで、電源電圧V0は、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPP(例示:2.5V)、ビット線プリチャージ用トランジスタのHigh側の電源電圧VPD(例示:1.2V)、及びセンスアンプSA用の電源電圧VSA(例示:1.0V)のいずれかである。製造後に所定の方法で電源電圧V0の値が設定される。そして、設定に対応して、電源電圧V0の昇圧又は降圧が選択される。この半導体装置1d(のメモリ20d)は、メモリマクロ2、及び電圧調整部5dを具備している。
(Fifth embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. Since this figure is the same as that of the first embodiment except that the
図13は、本発明の半導体装置の第5の実施の形態における電圧調整部の構成を示すブロック図である。電圧調整部5dは、第1電圧選択部16、昇圧回路12a、昇圧回路11a、降圧回路11、降圧回路12、第2電圧選択部17、Nポンプ14、リファレンス電源13を備える。
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the voltage adjusting unit in the fifth embodiment of the semiconductor device of the present invention. The
第1電圧選択部16は、昇圧回路12a、昇圧回路11a、降圧回路12及び降圧回路11のうちからいずれか二つを選択する。そして、選択された2つの回路に対して、供給された電源電圧V0を供給する。
具体的には、第1電圧選択部16は、まず、電源電圧V0が電源電圧VPP(例示:2.5V)、電源電圧VPD(例示:1.2V)及び電源電圧VSA(例示:1.0V)のいずれであるかを判断する。判断の方法としては、例えば、予め2つの基準電圧Vref1,Vref2(VSA<Vref1<VPD<Vref2<VPP)を設定しておき、それと電源電圧V0とを比較する方法が考えられる。又は、例えば、外部からメモリ20dに入力される制御信号S0に電源電圧の種類を示す信号を入れる方法が考えられる。
次に、第1電圧選択部16は、上記判断に基づいて、以下のように電源電圧V0を出力する。電源電圧V0が電源電圧VPPの場合、第1の実施の形態と同様に降圧回路11及び降圧回路12に電源電圧V0を出力する。電源電圧V0が電源電圧VPDの場合、第2の実施の形態と同様に昇圧回路11aと降圧回路12に電源電圧V0を出力する。電源電圧V0が電源電圧VSAの場合、第3の実施の形態と同様に昇圧回路11aと昇圧回路12aに電源電圧V0を出力する。第1電圧選択部16は、更に、電源電圧V0を第2電圧選択部17に直接出力する。
The first
Specifically, the first
Next, the first
昇圧回路12a及び昇圧回路11aは、供給された電源電圧V0を昇圧し、第2電圧選択部17に出力する。また、降圧回路12及び降圧回路11は、供給された電源電圧V0を降圧し、第2電圧選択部17に出力する。これらの動作は、第1の実施の形態〜第3の実施の形態に記載したとおりである。
The
第2電圧選択部17は、選択された2つの回路から出力された2つの電圧及び第1電圧選択部16から直接出力された電源電圧V0を、大きい順に電源電圧VPP、VPD、VSAとしてセルアレイコア3へ出力する。大きい順を判断する方法としては、例えば、上述のような基準電圧と比較する方法や、制御信号S0に含まれる電源電圧の種類を示す信号に基づいて判断する方法が考えられる。
The second
なお、第1電圧選択部16及び第2電圧選択部17は、半導体装置1dの製造後、制御信号S0により変更不可能に(固定的に)それらの電圧の出力先を設定されても良いし、後の制御信号S0の入力により変更可能に設定されてもよい。変更不可能な設定方法としては、例えばヒューズや書き換え不可能な記憶素子に設定をプログラムする方法が考えられる。変更可能な設定方法としては、書き換え可能な記憶素子に設定をプログラムする方法が考えられる。
Note that the first
Nポンプ14は、電源電圧VPPを降圧し反転して、ワード線駆動時のLow側の電圧VKK(例示:−0.4V)、及び、選択トランジスタの基板電位VBB(例示:−0.4V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。ただし、電源電圧VPDやVSAを入力としても良い。リファレンス電源13は、電源電圧VSAを降圧して、参照電圧HVDD(例示:0.5V)を生成し、セルアレイコア3へ出力する。
The N pump 14 steps down and inverts the power supply voltage VPP, and drives the low-side voltage VKK (example: −0.4 V) when driving the word line, and the substrate potential VBB (example: −0.4 V) of the selection transistor. Are generated and output to the cell array core 3. However, the power supply voltages VPD and VSA may be input. The
その他については、電源電圧VPPではなく電源電圧V0から他の電源電圧が生成されている他は、図3に関する第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。 Others are the same as those in the first embodiment related to FIG. 3 except that other power supply voltages are generated from the power supply voltage V0 instead of the power supply voltage VPP, and thus the description thereof is omitted.
次に、本発明の半導体装置1dの動作について説明する。
半導体装置1は、電源電圧VDD及び接地電圧GNDに加えて、第3の電圧(ここでは電源電圧V0)を外部から供給される。電圧調整部5dは、電源電圧V0の種類や大きさ等を参照して、電源電圧VDD、接地電圧GND及び電源電圧V0に基づいて、各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDDを生成する。具体的には、第1電圧選択部16は、電源電圧V0の種類や大きさ等を参照して、電源電圧V0の昇圧/降圧を選択する。そして、その選択に基づいて、昇圧回路12a、11a、降圧回路12、11のいずれか2つに電源電圧V0を出力する。昇圧回路12a、11aは電源電圧V0が供給された場合には当該電源電圧V0を昇圧する。降圧回路12、11は電源電圧V0が供給された場合には当該電源電圧V0を降圧する。第2電圧選択部17は、選択された2つの回路から昇圧/降圧された電源電圧V0を受け取り、第1電圧選択部16から電源電圧V0を直接受け取る。そして、それらの大きさ等を参照して、最大のものを電源電圧VPPとして、真ん中のものを電源電圧VPDとして、最小のものを電源電圧VSAとしてセルアレイコア3へ出力する。Nポンプ14を経由した電源電圧VPP(VPD、VSAでも可)は、VKK/VBBとしてセルアレイコア3へ出力される。リファレンス電源13を経由した電源電圧VSAは、HVDDとしてセルアレイコア3へ出力される。セルアレイコア3は、各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDD、GNDに基づいて動作する。また、周辺回路4は、電源電圧VDD、GNDに基づいて動作する。
Next, the operation of the
The
本発明により、第1の実施の形態〜第3の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。加えて、本発明により、半導体装置の製造後に、供給される電源電圧V0の種類を決定することが出来る。それにより、半導体装置の使用の自由度を高めることができる。 According to the present invention, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained. In addition, according to the present invention, the type of the power supply voltage V0 to be supplied can be determined after the semiconductor device is manufactured. Thereby, the freedom degree of use of a semiconductor device can be raised.
(第6の実施の形態)
図2は、本発明の半導体装置の第6の実施の形態の構成を示すブロック図である。本図については、メモリ20がメモリ20eに置き換わる他は、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. Since this figure is the same as that of the first embodiment except that the
図14は、本発明の半導体装置の第6の実施の形態の構成を示すブロック図である。この図では、特にメモリ20eを詳細に示している。この半導体装置1eは、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPP(例示:2.5V)、論理回路用の電源電圧VDD(例示:0.9V)及び接地電圧GND(例示:0V)を外部から供給されている。この半導体装置1e(のメモリ20e)は、メモリマクロ2、及び電圧調整部5、降圧回路9及びリフレッシュ制御回路40を具備している。
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the sixth embodiment of the semiconductor device of the present invention. In this figure, the memory 20e is particularly shown in detail. The
近年、低消費電力の要求から、ロジック回路やメモリでの電源電圧VDDの低減が進んでいる。電源電圧VDDを低下させると、トランジスタの動作時に流れる電流(アクティブ電流)が低減して、消費電力を低下させることが出来るからである。しかし、電源電圧VDDを低下させると、トランジスタのパフォーマンスの低下(動作速度の低下)が起こり得る。パフォーマンスの低下を防止するためには、トランジスタの閾値電圧を低下させることが有効である。しかし、閾値電圧を低下させると、リーク電流の増加を引き起こし、結果として消費電力を高めるおそれがある。リーク電流の増加を抑制するためには、ロジック回路の非動作時に、電源電圧VDDの供給を一時停止させることが考えられる。ただし、メモリとしてDRAMを用いている場合、単に電源電圧VDDの供給を一時停止させると、リフレッシュ動作が出来なくなり、記憶したデータが消滅してしまう。 In recent years, power supply voltage VDD in logic circuits and memories has been reduced due to the demand for low power consumption. This is because when the power supply voltage VDD is lowered, a current (active current) that flows during the operation of the transistor is reduced, so that power consumption can be reduced. However, when the power supply voltage VDD is lowered, the performance of the transistor (decrease in operating speed) may occur. In order to prevent performance degradation, it is effective to lower the threshold voltage of the transistor. However, when the threshold voltage is lowered, an increase in leakage current may occur, resulting in an increase in power consumption. In order to suppress an increase in leakage current, it is conceivable to temporarily stop the supply of the power supply voltage VDD when the logic circuit is not operating. However, in the case where a DRAM is used as the memory, if the supply of the power supply voltage VDD is merely temporarily stopped, the refresh operation cannot be performed and the stored data is lost.
本実施の形態では、セルアレイコア3でのリフレッシュ動作(Self−Refresh動作)を継続的に行うことと、電源電圧VDDを一時的に停止することとを同時に可能としている。それにより、リフレッシュ動作によりメモリ20eに記憶したデータの消滅を防止しながら、電源電圧VDDの一時停止によりロジック回路30や周辺回路4のトランジスタでのリーク電流による電力消費を削減することができる。
In the present embodiment, the refresh operation (Self-Refresh operation) in the cell array core 3 can be continuously performed and the power supply voltage VDD can be temporarily stopped. Thereby, power consumption due to leakage current in the transistors of the
以下、この半導体装置1e(メモリ20e)について詳細に説明する。
降圧回路9は、ワード線WL昇圧用の電源電圧VPPを降圧して、電圧調整部5用の電源電圧Vxを生成する。電圧調整部5は、電源電圧VDDの代わりに電源電圧Vxにより動作する。ただし、電源電圧Vxの供給は、電源電圧VDDの供給停止時(後述)のみとしても良い。その場合、通常の電圧調整部5の動作では、電源電圧VDDが供給される。
Hereinafter, the
The step-down
電圧調整部5は、電源電圧Vxで動作する他は、第1の実施の形態と同様である。すなわち、外部から供給される電源電圧VPP、電源電圧Vx及び接地電圧GNDを用いて複数の電源電圧を生成する。そして、それら複数の電源電圧を、それぞれメモリマクロ2へ供給する。その詳細は、省略する。
The
メモリマクロ2は、DRAMコアに例示されるメモリ回路である。メモリマクロ2は、データを記憶するセルアレイコア3と、セルアレイコア3を制御する周辺回路4とを備える。
The
セルアレイコア3は、電源電圧VPPと、電圧調整部5で生成された電源電圧VPD、VSA、HVDD、VKK、VBBと、接地電圧GNDとを用いて動作する。セルアレイコア3は、セルアレイ(Cell)51とワード線駆動部(WD)52、センスアンプ部(SA)53を備える。セルアレイ51は、複数のワード線WLと、複数のビット線BLと、複数のワード線WLと複数のビット線BL(Bit)との交点に対応してマトリクス状に配置された複数のセル26を有する。ワード線駆動部52は、ワード線駆動回路21と、ビット線プリチャージ回路22と、ロウデコーダ(図示されず)を有する。センスアンプ部53は、複数のセンスアンプと、センスアンプ駆動回路23とを有する。
The cell array core 3 operates using the power supply voltage VPP, the power supply voltages VPD, VSA, HVDD, VKK, and VBB generated by the
周辺回路4は、セルアレイコア3の動作に用いるコントローラ61と、カラムデコーダ62と、I/O部63とを含んでいる。メモリマクロ2における周辺回路4を含む、セルアレイコア3以外の回路は電源電圧VDDと接地電圧GNDとを用いて動作する。
The
図4のセルアレイコア3の構成、図5の各電源電圧VPP、VDD、VPD、VSAの関係及び図10のセンスアンプの一例の構成については、第1の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。 The configuration of the cell array core 3 in FIG. 4, the relationship between the power supply voltages VPP, VDD, VPD, and VSA in FIG. 5 and the configuration of an example of the sense amplifier in FIG. 10 are the same as those in the first embodiment and will be described. Is omitted.
リフレッシュ制御回路40は、電源電圧VDDの供給停止時にセルアレイコア3のリフレッシュ動作を行う。リフレッシュ制御回路40は、電圧調整部5で生成される電源電圧VSAを用いて動作する。ただし、図中の破線で示されるように電圧調整部5で生成される電源電圧VPDで動作するようにしても良いし、電源電圧VPPで動作するようにしても良い。その場合、例えば、リフレッシュ制御回路40を構成する素子の特性を使用する電源電圧に対応させておく。リフレッシュ制御回路40は、タイマ41とアドレスカウンタ42とレジスタ43を備える。
The
タイマ41は、リフレッシュ動作を要求する信号を所定の周期でワード線駆動部52に出力する。アドレスカウンタ42は、リフレッシュ動作を実行するロウアドレスをワード線駆動部52に出力する。ワード線駆動部52は、所定の周期で出力されるタイマ41からの信号に応答して、アドレスカウンタ42からのロウアドレスに対応する行についてリフレッシュ動作を実行する。1行のリフレッシュ動作が終了すると、アドレスカウンタ42は、次のリフレッシュに備えて次のロウアドレスをワード線駆動部52へ出力する。
The
レジスタ43は、セルアレイ51のうちのリフレッシュ動作を行う範囲を示す情報を格納している。すなわち、レジスタ43は、リフレッシュ動作を行うロウアドレスの範囲(例示:xx行〜yy行)を示す情報を格納している。アドレスカウンタ42は、レジスタ43の情報に示されたロウアドレスの範囲(例示:xx行〜yy行)のロウアドレスを、リフレッシュ動作において出力する。その結果、リフレッシュ動作を行うロウアドレスの範囲が、例えば行全体の100%/50%/25%の場合、セルアレイ51の100%/50%/25%の範囲についてリフレッシュ動作が行われる。なお、常に100%の範囲でリフレッシュ動作を行う場合には、レジスタ43は無くても良い。
The
本実施の形態では、電圧調整部5は、外部供給される電源電圧VPPと接地電圧GNDとを用いて動作する。そのため、電圧調整部5は、リフレッシュ動作に必要な他の電源電圧VPD、VKK/VBB、VSA、HVDDを、電源電圧VDDを用いること無く生成することが出来る。したがって、メモリセルコア3のリフレッシュ動作に必要な各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDDの供給には、電源電圧VDDは必要なくなる。加えて、リフレッシュ制御回路40も、外部供給される電源電圧VPP又は電圧調整部5で生成された電源電圧と接地電圧GNDを用いて動作する。したがって、リフレッシュ制御回路40のリフレッシュ動作には、電源電圧VDDは必要なくなる。以上から、本実施の形態では、電源電圧VDDの供給が静止されてもメモリセルコア3のリフレッシュ動作を係属して行うことが可能となる。その結果、スリープモードやスタンバイモード等、ロジック回路30の動作が一時停止中のような電源電圧VDDが不要な状況が生じた場合、メモリ20内に記憶されたデータが失われることは無く、電源電圧VDDを停止することが出来る。電源電圧VDDを停止することで、半導体装置1dにおいて、ロジック回路30や周辺回路4でのリーク電流に伴う電力消費を削減することが出来る。
In the present embodiment,
また、レジスタ43を用いることにより、リフレッシュ動作の対象を、セルアレイ51全体ではなく、セルアレイ51の部分に対して実行することが出来る。リフレッシュ動作をセルアレイ51の部分だけに絞ることにより、リフレッシュ動作に係る電力の消費を抑えることが出来る。すなわち、半導体装置1dの電力消費を更に減少させることが可能となる。
Further, by using the
次に、本発明の半導体装置1eの動作について説明する。
半導体装置1eは、スリープモードやスタンバイモード等、ロジック回路30を用いない場合、電源電圧VDDの供給を停止する。電源電圧VDDで動作するロジック回路30や周辺回路4は動作を停止する。それらのトランジスタにリーク電流が流れず、消費電力が低減される。一方、電圧調整部5は、電源電圧VPP、接地電圧GND、及び降圧回路9からの電源電圧Vxを供給される。電圧調整部5は、電源電圧VPP、接地電圧GND及び電源電圧Vxに基づいて、各電源電圧VPD、VKK/VBB、VSA、HVDDを生成する。各電源電圧VPP、VPD、VKK/VBB、VSA、HVDD及び接地電圧GNDは、セルアレイコア3へ出力される。セルアレイコア3は、それらの電源電圧により動作可能である。リフレッシュ制御回路40には、電源電圧VPP、VPD、VSAのいずれかが供給される。リフレッシュ制御回路40は、その電源電圧により動作可能である。セルアレイコア3は、タイマ41からの信号のタイミングで、アドレスカウンタ42からのロウアドレスで示されるワード線WL上のメモリセル26に対して、リフレッシュ動作を実行する。
Next, the operation of the
The
本発明により、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
加えて、リフレッシュ動作によりメモリに記憶したデータの消滅を防止しながら、電源電圧VDDの一時停止によりロジック回路や周辺回路のトランジスタでのリーク電流による電力消費を削減することができる。
According to the present invention, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
In addition, power consumption due to leakage current in the logic circuit and peripheral circuit transistors can be reduced by temporarily stopping the power supply voltage VDD while preventing the data stored in the memory from being erased by the refresh operation.
図14に示す半導体装置1eでは、第1の実施の形態と同様に、外部から電源電圧としてVPPを供給されていた。しかし、第2の実施の形態と同様に、外部から電源電圧としてVPDを供給されても良い。それを示しているのが図15である。図15は、本発明の半導体装置の第6の実施の形態の他の構成を示すブロック図である。全体図はメモリ20がメモリ20fに置き換わった図2である。この半導体装置1f(メモリ20fを含む)において、外部から供給される電源電圧がVPDであること、電圧調整部が第2の実施の形態と同様の電圧調整部5bであること、降圧回路9aが電源電圧VPDから電源電圧Vxを生成していること、以外は図14の場合と同様であるので、その説明を省略する。この場合にも、図14の場合と同様の効果を得ることが出来る。
In the
図14に示す半導体装置1eでは、第1の実施の形態と同様に、外部から電源電圧としてVPPを供給されていた。しかし、第3の実施の形態と同様に、外部から電源電圧としてVSAを供給されても良い。それを示しているのが図16である。図16は、本発明の半導体装置の第6の実施の形態の更に他の構成を示すブロック図である。全体図はメモリ20がメモリ20gに置き換わった図2である。この半導体装置1g(メモリ20gを含む)において、外部から供給される電源電圧がVSAであること、電圧調整部が第3の実施の形態と同様の電圧調整部5cであること、降圧回路9bが電源電圧VSAから電源電圧Vxを生成していること、以外は図14の場合と同様であるので、その説明を省略する。この場合にも、図14の場合と同様の効果を得ることが出来る。
In the
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and it is obvious that the embodiments can be appropriately modified or changed within the scope of the technical idea of the present invention.
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、101 半導体装置
2、102 メモリマクロ
2a DRAMマクロ
3、103 セルアレイコア
3a DRAMセルアレイコア
4、104 周辺回路
5、5b、5c、5d 電圧調整部
6 SRAMマクロ
7 SRAMセルアレイコア
8 周辺回路
9、9a、9b 降圧回路
11、12、111、112 降圧回路
11a、12a 昇圧回路
13、113 リファレンス電源
14、114 ネガティブポンプ(Nポンプ)
16 第1電圧選択部
17 第2電圧選択部
20、20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g メモリ
30 ロジック回路
51 セルアレイ
52 ワード線駆動部
53 センスアンプ部
61 コントローラ
62 カラムデコーダ
63 I/O部
115 ポジティブポンプ(Pポンプ)
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 101
16 First
Claims (11)
第1の電圧と、前記第1の電圧よりも高電位の第2の電圧と、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧とが供給される電圧生成回路と
を具備し、
前記第1のメモリは、
ワード線とビット線とに結合するメモリセルと、
前記ワード線を駆動するワード線駆動回路と、
前記ビット線を経由して前記メモリセルの情報を増幅するセンスアンプとを備え、
前記電圧生成回路は、
前記第3の電圧を所定のモード時に降圧又は昇圧し、前記第2の電圧よりも高電位の第4の電圧を生成して、前記センスアンプ又は前記ワード線駆動回路に供給する第1電圧調整回路を備える
半導体装置。 A first memory;
A voltage generation circuit to which a first voltage, a second voltage higher than the first voltage, and a third voltage higher than the second voltage are supplied;
The first memory is
A memory cell coupled to the word line and the bit line;
A word line driving circuit for driving the word line;
A sense amplifier that amplifies the information of the memory cell via the bit line;
The voltage generation circuit includes:
The third voltage is stepped down or boosted in a predetermined mode to generate a fourth voltage having a higher potential than the second voltage, and supplied to the sense amplifier or the word line driving circuit. A semiconductor device provided with a circuit.
前記第1のメモリは、DRAMである
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first memory is a DRAM semiconductor device.
前記第1電圧調整回路は、
前記第3の電圧を降圧し、前記第3の電圧と前記第4の電圧との間の第5の電圧を生成して、前記プリチャージ回路に供給する第2電圧調整回路と、
前記第3の電圧を降圧し、前記第4の電圧を生成して、前記センスアンプに供給する第3電圧調整回路と
を含む
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first voltage adjustment circuit includes:
A second voltage adjusting circuit that steps down the third voltage, generates a fifth voltage between the third voltage and the fourth voltage, and supplies the fifth voltage to the precharge circuit;
A third voltage adjusting circuit that steps down the third voltage, generates the fourth voltage, and supplies the fourth voltage to the sense amplifier.
前記第1電圧調整回路は、
前記第3の電圧を降圧し、前記第3の電圧と前記第2の電圧との間の第5の電圧を生成して、前記センスアンプに供給する第3電圧調整回路と、
前記第3の電圧を昇圧し、前記第4の電圧を生成して、前記ワード線駆動回路に供給する第2電圧調整回路と
を含む
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first voltage adjustment circuit includes:
A third voltage adjusting circuit that steps down the third voltage, generates a fifth voltage between the third voltage and the second voltage, and supplies the fifth voltage to the sense amplifier;
And a second voltage adjusting circuit that boosts the third voltage, generates the fourth voltage, and supplies the fourth voltage to the word line driving circuit.
前記第1電圧調整回路は、
前記第3の電圧を昇圧し、前記第3の電圧と前記第4の電圧との間の第5の電圧を生成して、前記プリチャージ回路に供給する第2電圧調整回路と、
前記第3の電圧を昇圧し、前記第4の電圧を生成して、前記ワード線駆動回路に供給する第3電圧調整回路と
を含む
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first voltage adjustment circuit includes:
A second voltage adjusting circuit that boosts the third voltage, generates a fifth voltage between the third voltage and the fourth voltage, and supplies the fifth voltage to the precharge circuit;
And a third voltage adjusting circuit that boosts the third voltage, generates the fourth voltage, and supplies the fourth voltage to the word line driving circuit.
第2のメモリとしてのSRAMを更に具備し、
前記第1電圧調整回路は、前記第4の電圧を前記SRAMのセンスアンプに更に供給する
半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
An SRAM as a second memory;
The first voltage adjustment circuit further supplies the fourth voltage to a sense amplifier of the SRAM.
前記ワード線を駆動するワード線駆動回路と、
前記メモリセルが接続されるビット線と、
前記メモリセルの情報を読み出すセンスアンプと、
電圧生成回路とを備え、
前記電圧生成回路は、
第1の電圧と、
前記第1の電圧よりも高電位の第2の電圧と、
前記第2の電圧よりも高電位の第3の電圧と
を供給され、
前記第3の電圧を所定モード時に昇圧あるいは降圧して、第4の電圧及び第5の電圧を生成して、それぞれを前記センスアンプ又は前記ワード線駆動回路のいずれかいに供給することを特徴とする
半導体装置。 A word line input to a memory cell in the memory chip;
A word line driving circuit for driving the word line;
A bit line to which the memory cell is connected;
A sense amplifier for reading information of the memory cell;
A voltage generation circuit,
The voltage generation circuit includes:
A first voltage;
A second voltage having a higher potential than the first voltage;
A third voltage higher than the second voltage, and
The third voltage is stepped up or stepped down in a predetermined mode to generate a fourth voltage and a fifth voltage, and each is supplied to either the sense amplifier or the word line driving circuit. Semiconductor device.
前記電圧生成回路は、
前記第3の電圧又は制御信号に基づいて、前記第4の電圧及び前記第5の電圧を生成するために、前記第3の電圧を昇圧するか又は降圧するかを選択する選択部を備える
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein:
The voltage generation circuit includes:
A semiconductor device comprising: a selection unit that selects whether the third voltage is stepped up or stepped down to generate the fourth voltage and the fifth voltage based on the third voltage or the control signal. apparatus.
ロジック回路を更に備え、
前記第1の電圧及び前記第2の電圧は、少なくとも前記ロジック回路の電源電圧として用いられる
半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8,
A logic circuit;
The first voltage and the second voltage are used as at least a power supply voltage of the logic circuit.
前記第1の電圧と、前記第2の電圧と、前記第2の電圧よりも高い第3の電圧とが供給されるメモリ部とを具備し、
前記メモリ部は、
第1のメモリと、
電圧生成回路と、
リフレッシュ制御回路とを備え、
前記第1のメモリは、
前記第1の電圧と、前記第2の電圧とを供給される周辺回路と、
前記第1の電圧と、前記第3の電圧とが供給されるセルアレイコアとを含み、
前記電圧生成回路は、
前記第1の電圧と、前記第3の電圧とが供給され、前記第3の電圧を所定のモード時に降圧又は昇圧し、前記第2の電圧よりも高電位である第4の電圧及び第5電圧を生成してセルアレイコアに出力し、
前記第3の電圧、前記第4の電圧及び前記第5の電圧のうちのいずれか一つは前記セルアレイのセンスアンプに、他の一つはワード線駆動回路にそれぞれ供給され、
前記第3の電圧、前記第4の電圧及び前記第5の電圧のうちのいずれか一つは前記リフレッシュ制御回路に供給され、
前記リフレッシュ制御回路は、
前記第2の電源の供給が停止したとき前記セルアレイコアのリフレッシュ動作を行う
半導体装置。 A logic circuit supplied with a first voltage and a second voltage higher than the first voltage;
A memory unit to which the first voltage, the second voltage, and a third voltage higher than the second voltage are supplied;
The memory unit is
A first memory;
A voltage generation circuit;
A refresh control circuit,
The first memory is
A peripheral circuit supplied with the first voltage and the second voltage;
A cell array core to which the first voltage and the third voltage are supplied;
The voltage generation circuit includes:
The first voltage and the third voltage are supplied, and the third voltage is stepped down or boosted in a predetermined mode, and a fourth voltage and a fifth voltage that are higher than the second voltage. Generate voltage and output to cell array core,
Any one of the third voltage, the fourth voltage, and the fifth voltage is supplied to a sense amplifier of the cell array, and the other is supplied to a word line driving circuit.
Any one of the third voltage, the fourth voltage, and the fifth voltage is supplied to the refresh control circuit,
The refresh control circuit includes:
A semiconductor device that performs a refresh operation of the cell array core when the supply of the second power is stopped.
前記リフレッシュ制御回路は、前記セルアレイコアのうち、所定の部分についてのみ前記リフレッシュ動作を行う
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10.
The refresh control circuit performs the refresh operation only on a predetermined portion of the cell array core.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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