JP2725627B2 - ダイナミック型半導体記憶装置 - Google Patents

ダイナミック型半導体記憶装置

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JP2725627B2 JP7068697A JP6869795A JP2725627B2 JP 2725627 B2 JP2725627 B2 JP 2725627B2 JP 7068697 A JP7068697 A JP 7068697A JP 6869795 A JP6869795 A JP 6869795A JP 2725627 B2 JP2725627 B2 JP 2725627B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセルフリフレッシュ機能
を内蔵したダイナミック型半導体記憶装置(以降DRA
Mと記す)に関し、特に消費電流の軽減を目的としてセ
ルフリフレッシュ期間中にバイアス手段を間欠動作させ
るダイナミック型半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】DRAMは、キャパシタに電荷を蓄積す
ることで情報を記憶するメモリであり、セルトランジス
タのリークなどによってその蓄積電荷が徐々に失われる
ため、ある一定期間ごとに電荷を再書込する必要があ
る。このような再書込動作はリフレッシュと呼ばれてい
る。一回のリフレッシュで、ある行アドレスに対応した
メモリセルがリフレッシュされるので、全てのメモリセ
ルをリフレッシュするにはそのDRAMの持つ行アドレ
スの回数リフレッシュを繰り返す必要がある。
【0003】現在のDRAMにおいて、リフレッシュの
方法にはいくつかのモードがあるが、その一つのモード
としてセルフリフレッシュモードがある。このモードは
DRAMのクロックピンのひとつであるCASを他のク
ロックピンであるRASよりも早くイネーブルにして、
その状態を保持することでエントリし、DRAM内部に
あるタイマとリフレッシュアドレスカウンタなどによっ
て、自動的に一定期の周期で行アドレスを順次変えなが
らリフレッシュが繰り返し行われる。
【0004】また、このモードはDRAMに書き込まれ
た情報を長期間保持しておくために使われるものであ
り、DRAMがパーソナルコンピュータなどに用いられ
た場合、時間的な割合のほとんどが情報保持、すなわち
このセルフリフレッシュモードにエントリしている場合
が多い。このため、現在多く利用されているバッテリバ
ックアップ式の携帯型パーソナルコンピュータにおいて
は、特にこのモードにおける消費電流が極めて小さいこ
とが要求される。
【0005】この理由より、セルフリフレッシュモード
にエントリしている間、リフレッシュの周期に合わせて
バイアス手段を間欠動作させることで消費電流を軽減す
る方法が開発されている。たとえば特開平2−1564
98のリフレッシュ機能内臓ダイナミック型半導体記憶
装置では、セルフリフレッシュモードにおいて、リフレ
ッシュを活性化させる活性化信号がイネーブル状態にあ
る時間よりも短い時間のみ基板バイアス発生回路を動作
させる構成をしており、その結果リフレッシュの行われ
るタイミングを含む短い期間のみ基板バイアス発生回路
が動作するようになっている。
【0006】図5及び図6を用いて、従来のセルフリフ
レッシュモードにおけるバイアス手段の間欠動作の方法
を説明する。図5は、上記従来技術のブロック図であ
り、図6は図5にあてはめて示した従来の信号波形図で
ある。図5、図6に示すように、CASがRASより早
くイネーブルになりその状態をある期間保持するRA
S,CAS制御回路(1)によってセルフリフレッシュ
モード信号(Φ1)がイネーブルになってセルフリフレ
ッシュモードにエントリする。その結果リフレッシュ制
御回路(2)によりタイマ活性化信号(Φ2)がイネー
ブルになり、数us程度の長周期で発振動作するタイマ
(3)が動作を始める。
【0007】また、タイマ出力信号(T0)をバイナリ
カウンタ(4)でカウントし、(T0)のカウント信号
(T0)〜(Tm)がある数値に達するとリフレッシュ
指示信号(Φ3)に1ショット信号を発生させる。RA
S,CAS制御信号は(Φ3)の1ショットを受け内部
RAS信号(ΦRAS)を発生させる。(ΦRAS)は
約100nsの時間幅の信号であり、また、セルフリフ
レッシュモード以外では外部クロック信号RASを直接
取り込んだ信号であって、行アドレス入力回路(6)、
行デコーダ(7)以外にもセンスアンプ制御回路(図示
せず)等多くの回路に入力される信号である。
【0008】リフレッシュアドレスカウンタ(5)によ
って(Φ3)をカウントして作られる内部行アドレス信
号(a0)〜(an)が、行アドレス入力回路に取り込
まれ、その行アドレスに対応したメモリセルがリフレッ
シュされる。さらに、(Φ3)の1ショットを受けてバ
イアス手段活性化信号(ΦA)がイネーブルになる。
(ΦA)がイネーブルになっている期間は、図6に示す
例では(T0)の立ち上がるまでの数us程度である。
【0009】従って、電源系回路(9)は、数usの期
間のみ活性化され、他の期間は非活性化であり、この期
間は電流を消費しない状態になっている。リフレッシュ
は数十us〜数百us周期で行われるので、電源系回路
が活性になっている時間的割合は小さく、活性化期間を
間欠制御しない場合に比べ電源系回路の消費電流は大幅
に軽減される。セルフリフレッシュモードにおいて、リ
フレッシュの行われる時以外の期間は、タイマなど極一
部の回路を除いた殆どの回路が非動作状態になっている
ため、電気系回路は動作する必要がないのでこのような
間欠制御が可能なのである。
【0010】電源系回路とは、基板バイアス発生回路や
昇圧回路、さらに降圧回路、セル対極電圧発生回路等が
含まれる。通常その内、基板バイアス発生回路や昇圧回
路は、それらの電位を設定値に対して判定する検知回路
と、バイアス電圧を発生させるバイアス回路で構成され
ており、検知回路の判定出力でバイアス回路をデジタル
的に制御するようになっている。つまり、基板バイアス
や昇圧電圧が設定値に達していない場合のみバイアス回
路が動作し、また、達している時にはバイアス回路はま
ったく動作せず、この時は電流を消費しない。
【0011】従って基板バイアス発生回路や昇圧回路が
活性状態にある時、定常的にいつも電流を消費するのは
検知回路のみである。図5の電源系回路(9)内で検知
回路1及びバイアス回路1はそれらの回路を示してい
る。(ΦA)による制御は検知回路1に対して行われれ
ばよく、(ΦA)がイネーブルの時のみ判定を行い、非
イネーブルの時は判定出力(ΦB)が必ず非イネーブル
になるようなロジックになっている。また一般的に、降
圧回路、セル対極電圧発生回路等は検知回路によるデジ
タル的な動作、非動作の制御がないため検知回路のみ
(ΦA)で制御するわけにはいかない。これらの回路は
図5の電源系回路(9)内のバイアス回路3に対応して
いる。バイアス回路3が活性状態にある時は定常的に電
流を消費する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】この従来の回路方式で
は、セルフリフレッシュモードにおいてリフレッシュが
行われる時に必ずしも各バイアスが設定値に達している
とは限らない、つまり、たとえば基板バイアスが不安定
なときにリフレッシュが行われる場合があるという問題
点がある。それを具体的に説明する例として図7に基板
バイアスの制御を示す。
【0013】基板バイアスは、セルトランジスタを含む
NMOSトランジスタの基板電圧で、負の電位であり、
その設定値を点線で示す。基板バイアスの節点は、チッ
プ上にくまなく配線されているためプロセス的な欠陥等
により微小なリーク電流があることが時々ある。その場
合、図7に示すように(ΦA)が非イネーブルな期間、
基板バイアス電圧は次第に高くなる。この後、リフレッ
シュ指示信号(Φ3)に1ショットがでると、(ΦA)
がイネーブルになることで基板バイアス回路の検知回路
が活性になって、その電圧の判定結果である(ΦB)が
イネーブルになり基板電圧を低い電圧に引き始めるが、
それと同時に(ΦRAS)がイネーブルになってリフレ
ッシュが行われる。
【0014】そのため基板バイアス電位が設定値よりま
だ高いのにリフレッシュされてしまうことになる。もし
基板バイアス電圧が高い時にリフレッシュが行われる
と、基板バイアス効果によってトランジスタのしきい値
が下がることにより、各回路の動作スピードが変わって
しまってディレイ回路の遅延時間が合わなくなる、など
の問題がある。
【0015】また、図7の例のように基板バイアス電圧
がその設定値よりも高く、(ΦB)がイネーブルになっ
ている期間に(ΦA)が非イネーブルになるタイミング
が重なった時、基板バイアス回路は強制的に非活性にな
ってしまう。このため次のリフレッシュ活性化信号(Φ
3)が来るまでの数十us〜数百usの期間、基板バイ
アス電圧がその設定値よりも高い状態になってしまう。
このような場合、セルトランジスタのサブスレッショル
ドリーク電流が増大してセルの蓄積電荷が失われ易くな
る、と悪影響があり問題である。
【0016】以上基板バイアス制御を例にして従来回路
の問題点を説明したが、それ以外、たとえば昇圧回路制
御についても同様な問題がある。本来ならば、基板バイ
アスの節点にリーク電流があるようなチップは不良品と
して廃棄するべきであるが、リーク電流がかなり大きく
なければその検出ができないので、微小なリーク電流の
あるチップを不良品として取り除くことは極めて困難で
ある。そのためある程度のリークがあっても安定したセ
ルフリフレッシュ動作を行えるような回路構成が望まれ
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、メモリセルの
データのリフレッシュを自動的に行うセルフリフレッシ
ュ機能を有し、かつバイアス手段活性化信号を有し前記
バイアス手段の活性化信号は前記リフレッシュの周期に
合わせて定められた期間のみ間欠的にバイアス手段を活
性化する機能を有するダイナミック型半導体記憶装置に
おいて、前記バイアス手段活性化信号が活性化された
後、前記バイアスが定められた電位に達したと検知され
てからリフレッシュを行う機能を有することを特徴とす
るダイナミック型半導体記憶装置である。また、本発明
は、バイアスが定められた電位に達したと検知されてか
らバイアス手段活性化信号を非活性化する機能を有する
ことを特徴とする上記記載のダイナミック型半導体記憶
装置である。
【0018】
【作用】本発明はセルフリフレッシュモードでバイアス
回路を間欠動作させ、電流軽減をする構成のDRAMに
おいて、バイアス手段活性化信号が活性化された後、バ
イアスが定められた電位に達したと検知されてからリフ
レッシュを行う機能を有しているので、バイアス節点か
らリークがあっても安定したリフレッシュ動作を行うも
のである。
【0019】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。 [実施例1]本発明の一実施例の各信号の動作波形図を
図1に示す。図1の一実施例の各信号の動作波形図に示
すように、セルフリフレッシュモード期間中リフレッシ
ュ指示信号(Φ3)に1ショット信号がでると、まずバ
イアス手段活性化信号(ΦA)のみをイネーブルにして
電源系回路を活性にする。その後、基板バイアス電圧の
検知回路出力信号(ΦB)が非イネーブルになってか
ら、すなわち基板バイアス電圧が設定値に達してから、
内部RAS信号である(ΦRAS)を発生させ、リフレ
ッシュを行う。
【0020】このことでリフレッシュが行われる時の基
板バイアス電圧は必ず設定値になっているので、従来回
路で起きていた、各回路の動作スピードが変わってしま
ってディレイ回路の遅延時間が合わなくなるという問題
を解決することができる。また、図1の例のように基板
バイアス電圧がその設定値よりも高く、(ΦB)がイネ
ーブルになっている期間に(T0)がロウレベルからハ
イレベルに変化して、(ΦA)が非イネーブルになろう
とするタイミングが重なった時、(ΦB)が非イネーブ
ルになるまで、すなわち基板バイアス電圧が設定値に達
するのを待ってから(ΦA)を非イネーブルにする。
【0021】この構成にすることで、図7に示した従来
の構成に対し、セルトランジスタのサブスレッショルド
リーク電流が増大してセルの蓄積電荷が失われ易くな
る、という悪影響を緩和することができる。従って、本
発明を用いることで、基板バイアス節点にある程度のリ
ークがあっても安定したセルフリフレッシュ動作を行う
ことができるようになる。
【0022】図2は、図1の本発明の動作を実施するた
めのブロック図の一実施例である。図2の説明は、従来
のセルフリフレッシュ関連のブロック図である図5と対
応して行なう。図2においては、図5の従来例に対し、
電源系回路(9)の検知回路1の判定出力(ΦB)をR
AS,CAS制御回路(1)及びリフレッシュ制御回路
(2)にいれている。
【0023】(ΦB)をRAS,CAS制御回路(1)
にいれることで(Φ3)の1ショットが来た後、(Φ
B)が非イネーブルになってから内部RASである(Φ
RAS)を発生させる。また、(ΦB)をリフレッシュ
制御回路(2)にいれることで、(ΦB)が非イネーブ
ルになってからバイアス手段活性化信号(ΦA)を非イ
ネーブルにする。それ以外の動作は図5の従来例と同じ
であるので説明を省略する。
【0024】また、図2に示す本回路構成は、図5と同
様に、電源系回路(9)の検知回路1及びバイアス回路
1として基板バイアス発生回路以外に昇圧回路とするこ
ともでき、その場合も昇圧電圧を安定させてからリフレ
ッシュを行うことができるようになるので、昇圧電圧節
点にある程度のリークがあっても安定したセルフリフレ
ッシュ動作を行うことができるという効果がある。
【0025】[実施例2] 本発明の第2の実施例の各信号の動作波形図を図3に示
す。図2の実施例の各信号の動作波形図に示すように、
この実施例2では、バイアス手段活性化信号(ΦA)が
イネーブルになるタイミングは、リフレッシュ指示信号
(Φ3)よりもタイマ出力信号(T0)の半周期分(数
us)早くなっている。このような構成においても本発
明を適用すると、リフレッシュが行われるタイミングの
時には必ずバイアス電圧は設定値まで達していることに
なるので図1と同様の効果を有している。
【0026】図4は本発明の第2の実施例のブロック図
である。図4では、電源系回路(9)の検知回路で制御
されるバイアス回路が2種類ある。例えば、バイアス回
路1は基板バイアス回路であり、バイアス回路2は昇圧
回路である。そのため2種類の判定出力(ΦB1)、
(ΦB2)がある。このような場合、(ΦB1)と(Φ
B2)のORの信号(ΦB)をRAS,CAS制御回路
(1)及びリフレッシュ制御回路(2)にいれる。この
ため基板バイアス電圧及び昇圧電圧がともに設定値に達
してからリフレッシュが行われ、また、基板バイアス電
圧及び昇圧電圧の両方が設定値に達するのを待ってから
(ΦA)を非イネーブルにする構成になっている。その
効果やそのほかの動作は図2について実施例1の説明と
同じであるので説明を省略する。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、セ
ルフリフレッシュ機能を内蔵し、セルフリフレッシュモ
ード中にバイアス手段を間欠動作させる構成のDRAM
において、リフレッシュが行われる時にはバイアス電圧
が必ず設定値に達しているようにし、また、バイアス手
段が非活性になる時にはバイアス電圧が必ず設定値に達
しているようにしたので、バイアスの節点にある程度の
リークがあっても安定したセルフリフレッシュ動作を行
えるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のセルフリフレッシュ関連の
信号動作波形図。
【図2】本発明の一実施例の図1におけるセルフリフレ
ッシュ関連のブロック図。
【図3】本発明の第2の実施例のセルフリフレッシュ関
連の信号動作波形図。
【図4】本発明の第2の実施例の図3におけるセルフリ
フレッシュ関連のブロック図。
【図5】従来例のセルフリフレッシュ関連のブロック
図。
【図6】従来例の図5のセルフリフレッシュ動作を説明
する信号動作波形図。
【図7】従来例の図5の電源系回路制御動作を説明する
信号動作波形図。
【符号の説明】
1 RAS,CAS制御回路 2 リフレッシュ制御回路 3 タイマ 4 バイナリカウンタ 5 リフレッシュアドレスカウンタ 6 行アドレス入力回路 7 行デコーダ 8 メモリセル 9 電源系回路 RAS,CAS 外部クロックピン A0〜An 外部行アドレス信号 a0〜an 内部行アドレス信号 T0 タイマ出力信号 T1〜Tm T0のカウント信号 Φ1 セルフリフレッシュモード信号 Φ2 タイマ活性化信号 Φ3 リフレッシュ指示信号 ΦRAS 内部RAS信号 ΦA バイアス手段活性化信号 ΦB,ΦB1,ΦB2 検知回路判定出力

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルのデータのリフレッシュを自
    動的に行うセルフリフレッシュ機能を有し、かつバイア
    ス手段活性化信号を有し前記バイアス手段の活性化信号
    は前記リフレッシュの周期に合わせて定められた期間の
    み間欠的にバイアス手段を活性化する機能を有するダイ
    ナミック型半導体記憶装置において、前記バイアス手段
    活性化信号が活性化された後、前記バイアスが定められ
    た電位に達したと検知されてからリフレッシュを行う機
    能を有することを特徴とするダイナミック型半導体記憶
    装置。
  2. 【請求項2】 バイアスが定められた電位に達したと検
    知されてからバイアス手段活性化信号を非活性化する機
    能を有することを特徴とする請求項1記載のダイナミッ
    ク型半導体記憶装置。
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