JP2675052B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2675052B2 JP63067452A JP6745288A JP2675052B2 JP 2675052 B2 JP2675052 B2 JP 2675052B2 JP 63067452 A JP63067452 A JP 63067452A JP 6745288 A JP6745288 A JP 6745288A JP 2675052 B2 JP2675052 B2 JP 2675052B2
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真志 堀口
田中  均
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潤 衛藤
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係わり、特に、該装置内部に
おいて、外部電源電圧とは異なる内部電源電圧を使用す
る半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
超高集積回路の素子微細化にともなつて素子の耐圧は
低下する傾向にあり、これを動作させるための電源電圧
も低下させざるを得なくなつている。しかし、外部から
与える電源電圧は、従来どおりの方が使い勝手の面で望
ましい。このような要望に応える手段として、外部電源
電圧VCC(例えば、5V)をチツプ内で降下させて、その
降下させた内部電圧Vl(例えば、3V)で微細素子を用い
た回路を動作させる半導体装置がある。
これに関しては、たとえばアイ・エス・エス・シー・
シー,ダイジエスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ、
第282頁から第283頁,1984年2月(ISSCC DIGEST OF TEC
HNICAL PAPERS,PP282−283,Feb.,1984)に記述されてい
る。
第3図にこの文献に記述されている。上記技術をMOS
DRAMに適用した例を示す。1は半導体チツプ、2は周辺
回路、3は内部電圧発生回路、6はパルス発生回路、10
はメモリアレーである。パルス発生回路6は、2入力AN
D回路23,24から成る。メモリアレー10は次のような構成
である。14,15はデータ線、16,17はデータ線プリチヤー
ジのためのMOSトランジスタ(MOST)、18はセンスアン
プ、19はメモリセルで、20の蓄積容量と21のトランスフ
アーゲートより成る。
メモリアレー10は、チツプ高集積化のために16,17,21
のMOSTのような微細素子を用いているため耐圧が低い。
したがつて、外部電源電圧VCC(たとえば5V)よりも低
い内部電圧Vl(たとえば3V)のパルスで動作させてい
る。このため、内部電源電圧Vlを発生する内部電圧発生
回路3と、このVlの振幅のパルスを発生するパルス発生
回路6が設けられている。ここで、内部電源電圧Vlは外
部電源VCCから内部電圧発生回路3を通して降下させた
ものである。
メモリアレー10は、パルスφplをMOST16,17に印加す
ることによりデータ線へのプリチャージ動作を、パルス
φをトランスフアーゲート21に印加することによりメ
モリセルの記憶情報の読み出し動作を行う。このφpl
φは内部電圧Vlと周辺回路から出力される電圧振幅V
CCのタイミングパルスφpのAND出力で、電圧振幅V
lのパルスである。
以上のように、内部電圧発生回路を用いることによつ
て、外部インターフエースは従来と同じに保つたまま前
記素子耐圧低下の問題を解決している。
尚、電圧変換回路に関しては他に、特開昭63−95653
号公報がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では内部電源電圧Vlにより動作する回路
のチツプ上の配置や構成については配慮されていなかつ
た。すなわち、内部電源電圧Vlで動作する回路が複数個
ある場合の、内部電圧発生回路の配置や、その出力電圧
の配線の問題については配慮されていなかつた。
たとえば、上記従来技術を半導体メモリに適用した場
合、以下に述べるような問題が生ずる。第4図および第
5図に上記従来技術を適用した例を示す。第4図におい
て、1は半導体メモリチツプ全体、2は周辺回路、3は
内部電圧発生回路、6,7,8,9はパルス発生回路、10,11,1
2,13は微細MOSTで構成さているメモリマツトである。メ
モリマツトは、微細素子を使用しているために内部電源
電圧Vlで動作させる。内部電圧発生回路3とパルス発生
回路6〜9はこのための回路である。内部電圧発生回路
3は内部電圧Vlを発生し、パルス発生回路6〜9はこの
内部電源電圧Vlの振幅のパルスφp1p2p3p4
それぞれ発生する。
この例では、パルス発生回路6〜9の4個に対して、
内部電圧発生回路3は1個だけである。したがつて、こ
の内部電圧発生回路3によつて発生したが内部電源電圧
Vlを各パルス発生回路に供給するためには、チツプの上
辺から下辺にわたる長い配線が必要であり、配線に寄生
するインピーダンスが大きくなつて雑音発生の原因とな
る。そこで、このインピーダンスを小さくするために配
線幅を太くすると、これによるチツプ上の占有面積が増
すという問題が生じる。
第5図は配線が長くなるという第4図の例における問
題を避けるために、各パルス発生回路に1個ずつの内部
電圧発生回路3,4,24,5を設けた例である。こうすれば、
パルス発生回路6〜9と各内部電圧発生回路3,4,24,5と
の距離を最小にすることができるが、パルス発生回路の
数と同数の内部電圧発生回路が必要となる。したがつ
て、内部電圧発生回路のチツプにおける占有面積および
該回路による消費電流が第4図の例に比べて増加する。
もし、内部電圧発生回路の負荷回路となるパルス発生回
路の数nが更に多くなつた場合には、この占有面積と消
費電力は、高集積化、低消費電力にとつて重大な問題と
なる。
本発明の目的は、上記の問題を解決し、低雑音、低占
有面積、低消費電力の内部電圧発生回路を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、内部電圧発生回路とその出力を電源とし
て用いるパルス発生回路などの負荷回路とを近接して配
置し、アドレス信号などの制御信号による選択と非選択
の関係にある負荷回路で1個の内部電圧発生回路を共有
する構成とすることにより達成される。
たとえば、上記複数の内部回路は半導体メモリであ
り、上記制御信号は該半導体メモリのアドレス信号であ
る場合において発明は極めて有効である。
〔作用〕
内部電圧発生回路とその出力を電源として用いるパル
ス発生回路などの負荷回路とを近接して配置することに
より、これらの間の配線インピーダンスを減らすことが
でき、これによつて発生する雑音のレベルを抑えること
ができる。
また、アドレス信号などの制御信号による選択と非選
択の関係にある負荷回路で1個の内部電圧発生回路を共
有することにより、内部電圧発生回路の数を減らすこと
ができる。従つて該回路のチツプ占有面積と該回路で消
費される電力分を低減することができる。ここで、負荷
回路のうち選択、非選択の状態にある回路数がそれぞれ
m個、l個ある場合、内部電圧発生回路の駆動能力は、
m個分で十分である。すなわち、共有することによつて
駆動能力を増加させる必要はない。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図,第2図により説明
する。ここでは、半導体メモリに本発明を適用した例に
ついて説明するが、本発明は他の半導体装置にも適用で
きる。第1図において、1はチツプ全体を示し、2は周
辺回路、3,4,5は内部電源電圧Vlを発生する内部電圧発
生回路、6,7,8,9はこの内部電圧発生回路の出力を電源
として用いて電圧振幅Vlのパルスφp1p2p3p4
を発生するパルス発生回路、10,11,12,13は、それぞれ
φp1p2p3p4によつて動作する微細素子を用い
たメモリマツトである。第2図は、これらの回路の動作
タイミングを示す図である。
本半導体メモリチツプには、単一の外部電源VCC(た
とえば5V)の電圧が印加されている。内部電圧発生回路
3,4,5からは、VCCから降下させた内部電源電圧Vl(たと
えば3V)が出力され、パルス発生回路6,7,8,9にそれぞ
れ入力されている。そして、パルス発生回路には、第2
図に示すタイミングパルスφと、アドレス信号aiおよ
びaiと逆相の▲▼が入力されている。
周辺回路は、外部アドレスレス信号Aiを受けて内部ア
ドレス信号aiおよびaiを、外部制御信号(ここではロウ
アドレスストローブ信号▲▼、カラムアドレスス
トローブ信号▲▼、および書込みエネーブル信号
▲▼)を受けて内部のタイミングパルスφを発生
する。該回路は、チツプの集積度にはあまり影響しない
のであえて微細素子を用いる必要がないこと、および外
部インターフエースの都合により、外部電源電圧VCC
直接動作させているが、もちろん、内部電源電圧Vlで動
作させてもよい。
メモリは、アドレスによつて選択されたマツトのみが
動作する。この例では、ai=“0"(▲▼=“1")の
ときマツト10と12が選択(11と13は非選択)、ai=“1"
(▲▼=“0")のときマツト11と13が選択(10と12
は非選択の状態となる。そのために、選択されたマツト
用のパルスのみが出力される。
すなわち、第2図に示すように、ai=“0"のときは、
パルス発生回路6と8がタイミングパルスφによりφ
p1p3を出力してマツト10と12を、逆に、ai=“1"の
ときは、パルス発生回路7と9がパルスφにより
φp2p4を出力してマツト11と13を動作させる。
本実施例の特徴は、各内部電圧発生回路をパルス発生
回路に近接して配置し、しかも、パルス発生回路7と8
とで内部電圧発生回路4を共有していることである。そ
のため、第4図の例に比べて配線が短くなり、配線によ
るインピーダンスが低く、これによつて発生する雑音の
レベルを抑えることができる。また、第5図に比べて、
内部電圧発生回路数が1個減り、これによつて、チツプ
占有面積と消費電力の低減が実現できる。しかも、パル
ス発生回路7と8は同時には動作しないので、内部電圧
発生回路4は1個のパルス発生回路のみを駆動できれば
よく、駆動能力を2倍にする必要はない。
ここで、内部電圧発生回路の具体的な実施例について
は、たとえば特願昭57−220083、および文献アイ・エス
・エス・シー・シー、ダイジエスト・オブ・テクニカル
・ペーパーズ、第282頁から第283頁(1984年2月)、
(ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS,PP282−283,Fe
b.,1984)において詳しく論じられている。
また、パルス発生回路5〜8は、たとえば第6図に示
した回路で実現できる。第6図(a)において、25はP
チヤネルMOSトランジスタT1,T2と、NチヤネルMOSトラ
ンジスタT3,T4から成る2入力AND回路である。該回路は
VCCにより動作し、その入力はタイミングパルスφ
アドレス信号ai(または▲▼)である。26は、Pチ
ヤネルMOSトランジスタT5とNチヤネルMOSトランジスタ
T6から成るインバータであり、Vlで動作する。すなわ
ち、同図(b)の如くaiが“1"(電位VCC)のときにφ
が入力されると、内部電源Vlの振幅のパルスφが集
力される。なお、NAND回路の電源は、周辺回路の電源と
同じ外部電源VCCを用いているが、内部電源電圧Vlで動
作させてもよい。ただしこのときは内部電圧発生回路の
負荷が該NAND回路分だけ増加する。
第7図は、第1図の実施例に比べて、内部電圧発生回
路の数をさらに1個減らした例である。アドレス信号ai
(あるいは▲▼)、タイミングパルスφ、および
パルスφp1p2p3p4は、第1図および第2図で
説明したものと同様である。
本実施例では、パルス発生回路6と7とで内部電圧発
生回路3を、パルス発生回路8と9とで内部電圧発生回
路5をそれぞれ共有している。そのため内部電圧発生回
路がさらに1個減り、これによるチツプ占有面積と消費
電力の低減ができる。ここで、第2図に示すように、パ
ルス発生回路6と7、同8と9はそれぞれ同時には動作
しない。したがつて、内部電圧発生回路3と5は、それ
ぞれ1個のパルス発生回路のみを駆動できればよく、駆
動能力を2倍にする必要はない。
第8図は、メモリマツトが8個の場合に本発明を適用
した実施例である。ここで、1は半導体チツプ、2は周
辺回路、3,4は内部電圧発生回路6〜9,27〜30はパルス
発生回路、10〜13,31〜34はメモリマツトである。本実
施例では、8個のメモリマツトのうち、2個がアドレス
信号aiおよびajによつて選択され、選択されたメモリマ
ツトのみが動作する。すなわち、aiaj=“00"のときメ
モリマツト10と29、aiaj=“01"のとき11と30,aiaj
“10"のとき12と31,aiaj=“11"のとき13と32が選択さ
れる。そのため、選択されたメモリマツト用パルスφpk
(k=1〜8)のみが出力される。
すなわち、第9図に示したように、アドレス信号aiaj
=“00"のとき、パルスφp1p5が、aiaj=“01"のとき
φp2とφp6,aiaj=“10"のときφp3とφp7,aiaj=“11"
のときφp4とφp8がそれぞれ出力される。なおこのパル
スφpk(k=1〜8)は、タイミングパルスφのタイ
ミングで出力されるパルスであり、その振幅は内部電源
電圧Vlである。
本実施例は、メモリマツトを動作させるための4個の
パルス発生回路を1個の内部電圧発生回路で共有して、
内部電圧発生回路数を全部で2個にした例である。この
ように、複数のパルス発生回路が、それよりも少ない内
部電圧発生回路数を共有するように構成することによ
り、回路数を大幅に減らすことができ、チツプ占有面積
と消費電力の低減化が達成される。
〔発明の効果〕 本発明によれば、内部電圧を電源として用いる負荷回
路がチツプ内に複数個ある場合、各内部電圧発生回路か
ら各負荷回路までの配線を短くすることができるので、
雑音レベルを低く抑えることができる。また、内部電圧
発生回路の駆動能力を増加させることなく回路数を減ら
すことができるので、占有面積および消費電力を低減す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1,7,8図は本発明の実施例の半導体メモリの構成を示
す平面図、第2図は第1図のパルスタイミング図、第9
図は第8図のパルスタイミング図、第3図,第4図,第
5図は従来の半導体メモリの構成を示す平面図、第6図
はパルス発生回路の一実施例を示す回路図である。 1……半導体チツプ、2……周辺回路、3〜5,24……内
部電圧発生回路、6〜9,27〜30……パルス発生回路、10
〜13,31〜34……メモリマツト、14,15……データ線、1
6,17,21……微細MOST、18……センスアンプ、19……メ
モリセル、20……蓄積容量、22,23……AND回路、25……
NAND回路、26……インバータ回路、T1,T2,T5……Pチヤ
ネルMOST、T3,T4,T6……NチヤネルMOST。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀口 真志 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田中 均 東京都小平市上水本町1448番地 日立超 エル・エス・アイ・エンジニアリング株 式会社内 (72)発明者 池永 伸一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 衛藤 潤 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 青木 正和 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 清男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−102498(JP,A) 実開 昭49−125634(JP,U) 実開 昭53−71338(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部電源端子と、 上記外部電源端子から供給される外部電圧を内部電圧に
    変換すべく設けられその内部電圧出力が互いに接続され
    ていない第1および第2の内部電圧発生回路と、 上記内部電圧を電源とし、制御信号が第1の状態にある
    とき動作状態となり第2状態にあるとき非動作状態とな
    る第1および第2の回路と、 上記内部電圧を電源とし、上記制御信号が上記第2の状
    態にあるとき動作状態となり上記第1の状態にあるとき
    非動作状態となる第3および第4の回路とを有し、 上記第1の内部電圧発生回路は上記第2の内部電圧発生
    回路よりも上記第1および第3の回路の近傍に配置さ
    れ、上記第2の内部電圧発生回路は上記第1の内部電圧
    発生回路よりも上記第2および第4の回路の近傍に配置
    され、 上記第1の回路と上記第3の回路とは上記第1の内部電
    圧発生回路を共有し、上記第2の回路と上記第4の回路
    とは上記第2の内部電圧発生回路を共有していることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】上記第1の回路と上記第3の回路とは上記
    第1の内部電圧発生回路に関して対称の位置に配置さ
    れ、上記第2の回路と上記第4の回路とは上記第2の内
    部電圧発生回路に対して対称の位置に配置されているこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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