JP2736483B2 - 電圧発生装置 - Google Patents

電圧発生装置

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JP2736483B2
JP2736483B2 JP4567092A JP4567092A JP2736483B2 JP 2736483 B2 JP2736483 B2 JP 2736483B2 JP 4567092 A JP4567092 A JP 4567092A JP 4567092 A JP4567092 A JP 4567092A JP 2736483 B2 JP2736483 B2 JP 2736483B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧発生装置に関し、
特に、消費電力が小さく、かつ、任意のレベルの電圧を
発生することができる電圧発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体記憶装置等の半導体集積回
路装置には、少なくとも内部回路が動作している期間
中、この半導体集積回路装置の所定の部分に、予め定め
られた一定の電圧を供給する回路を備える。
【0003】図7は、このような回路の一例である、ハ
ーフVcc発生回路の構成を示す回路図である。
【0004】ハーフVcc発生回路は、DRAM(ダイ
ナミックランダムアクセスメモリ)等の半導体記憶装置
において、データ読出やデータ書込が行なわれない期
間、ビット線やI/O線を電源電位Vcc(通常5V)
の2分の1の電位にプリチャージしたり、メモリセルを
構成するキャパシタの一方の電極を電源電位Vccの2
分の1の電位に固定するためなどに、一般的に使用され
ている。
【0005】図8は、DRAMのメモリセルの構成を示
す等価回路図である。図8を参照して、DRAMの各メ
モリセルは、ワード線WLに接続されたゲートと、ビッ
ト線BLに接続されたドレインと、ソースとを有するM
OSトランジスタTrと、キャパシタCとを含む。キャ
パシタCの一方の電極は、トランジスタTrのソースに
接続され、もう一方の電極が他のすべてのメモリセル
(図示せず)のキャパシタCのそれと共通に、セルプレ
ートと呼ばれる、メモリセルアレイが形成された基板部
分に接続される。このセルプレートに電源電位Vccの
2分の1の電位に固定されることによって、各メモリセ
ルのキャパシタの一方の電極の電位が固定される。
【0006】ビット線やI/O線は、論理値“1”およ
び“0”のデータを、それぞれ、電位上昇(または電位
低下)および電位低下(または電位上昇)として次段の
回路または配線に伝達する。そこで、ビット線およびI
/O線が、電源電位Vccと接地電位0Vとの中間の電
位であるVcc/2にプリチャージされれば、データ読
出時に、読出されたデータが論理値“0”であるか
“1”であるかに応じてビット線およびI/O線の電位
が変化し易くなる。
【0007】次に、図7を参照しながら、従来のハーフ
Vcc発生回路の構成および動作について説明する。
【0008】従来のハーフVcc発生回路は、電源電位
Vccが供給されるべき電源端子Tccと接地GNDと
の間に互いに直列に接続された抵抗1〜3と、電源端子
Tccと接地GNDとの間に互いに直列に接続されたN
チャネルMOSトランジスタ4およびPチャネルMOS
トランジスタ5とを含む。トランジスタ4および5のゲ
ートはそれぞれ、抵抗1および2の接続点と、抵抗2お
よび3の接続点とに接続される。トランジスタ4および
5の接続点(ノードN3)の電位がこのハーフVcc発
生回路の出力電圧Voutとして用いられる。
【0009】電源端子Tccに電源電位Vccが供給さ
れている期間、電源端子Tccから接地GNDに抵抗1
〜3を介して電流が流れるので、抵抗1および2の接続
点の電位は、電源電位Vccよりも抵抗1による電圧降
下分だけ低い電位となり、抵抗2および3の接続点の電
位は、抵抗1および2の接続点の電位よりもさらに抵抗
2による電圧降下分だけ低い電位となる。抵抗1〜3の
各々の抵抗値は、抵抗1および2の接続点(ノードN
1)の電位が電源電位Vccの2分の1の電位Vcc/
2よりもトランジスタ4のしきい値電圧Vthnだけ高
い電位(Vcc/2+Vthn)となり、かつ、抵抗2
および3の接続点(ノードN2)の電位が、電源電位V
ccの2分の1の電位Vcc/2よりもトランジスタ5
のしきい値電圧Vthpだけ低い電位(Vcc/2−V
thp)となるように設定される。
【0010】トランジスタ4は、そのゲート電位Vgn
がノードN3の電位Voutよりもしきい値電圧Vth
nだけ高い電位(Vout+Vthn)よりも高い場合
に、すなわち、次式が成り立つ場合に、ON状態となっ
て電源端子TccからノードN3に正の電荷を供給す
る。 Vout<Vgn−Vthn トランジスタ5は、そのゲート電位VgpがノードN3
の電位Voutよりもしきい値電圧Vthp分だけ低い
電位(Vout−Vthp)よりも低い場合に、すなわ
ち、次式が成り立つ場合に、ON状態となって接地GN
DからノードN3に負の電荷を供給する。 Vout>Vgp+Vthp それゆえ、ノードN1およびN2の電位がそれぞれ、
(Vcc/2+Vthn)および(Vcc/2−Vth
p)である場合、ノードN3の電位VoutがVcc/
2よりも高くなると、トランジスタ4はOFF状態とな
る一方、トランジスタ5がON状態となるので、ノード
N3の電位Voutは低下する。しかし、ノードN3の
電位VoutがVcc/2よりも低くなると、トランジ
スタ5がOFF状態となる一方、トランジスタ4がON
状態となるので、ノードN3の電位は上昇する。したが
って、トランジスタ4および5のゲート電位Vgnおよ
びVgpがそれぞれこのような電位に設定されることに
よって、ノードN3の電位Voutが常にほぼVcc/
2に制御される。ノードN3の電位VoutがVcc/
2に安定している状態においては、トランジスタ4およ
び5がともにOFF状態となるので、電源端子Tccか
らトランジスタ4および5を介して接地GNDに流れる
電流は生じない。
【0011】図11は、半導体集積回路装置において予
め定められたレベルの電圧を発生する回路の他の例であ
る、基板バイアス回路の構成を示す回路図である。
【0012】基板バイアス回路は、半導体集積回路装置
において半導体基板の電位の変動によって回路が誤動作
したり、回路の電気的特性が劣化したりするのを防ぐた
めに設けられる。
【0013】図13は、半導体集積回路装置におけるデ
ータ出力回路の一般的な構成例を示す回路図である。図
13を参照して、出力回路は、一般に、入出力信号の電
位レベルに応じた電源電位VDDが供給されるべき電源端
子TDDと接地GNDとの間にたがいに直列に接続された
2つのNチャネルMOSトランジスタ12,13を含
む。トランジスタ12および13のゲートにはそれぞ
れ、前段の回路(図示せず)から、出力されるべきデー
タに応じた互いに相補なレベルの電位V1,V2が付与
される。トランジスタ12および13の接続点が、この
出力回路の出力端として、図示されないI/Oピンに接
続される。
【0014】したがって、トランジスタ12がON状態
である期間にはトランジスタ13はOFF状態となり、
逆に、トランジスタ13がON状態である期間にはトラ
ンジスタ12はOFF状態となる。このため、トランジ
スタ12および13の接続点には、前段の回路の出力電
位v1,v2に応じて、電源端子TDDの高電位VDDまた
は接地GNDの低電位Vssが現れる。
【0015】半導体基板の電位がI/Oピンの電位より
も高くなると、このような出力回路において、N+ 領域
からPウェル領域に電荷が流れ込む。図14は、このよ
うな現象を説明するための図である。図14には、図1
3のトランジスタ12(または13)の構造を示す断面
図が示される。
【0016】図14を参照して、トランジスタ12(ま
たは13)は、半導体基板1000内に形成された、P
ウェル100上にドレインおよびソースとしてそれぞれ
形成されたN+ 領域200および300と、Pウェル1
00上に、N+ 領域200および300間にまたがるよ
うに、絶縁膜(図示せず)を介して形成されたゲート電
極400とによって構成される。一方のN+ 領域200
には、電源端子TDD(または接地GND)に接続され
て、高電位TDD(または低電位Vss)を受け、もう一
方のN+ 領域300は、I/Oピンに接続される。ゲー
ト電極400は、この出力回路の前段の回路からの信号
v1(またはv2)を受ける。
【0017】Pウェル100の電位が0V以上である場
合、I/Oピンにたとえば外部から負の電位が供給され
ると、N+ 領域300とPウェル100とによって形成
されるPN接合が順バイアス状態となるので、N+ 領域
300からPウェル100に電子e- が供給される。こ
の出力回路が、たとえばDRAMに用いられていれば、
このようにPウェル100内に流れ込んだ電子e- によ
って、メモリセル内のキャパシタC(図8参照)に蓄積
された正の電荷が相殺されるので、メモリセルの記憶デ
ータが破壊されるという現象が生じる。
【0018】このような現象を回避するには、N+ 領域
300とPウェル領域100とによって形成されるPN
接合が順バイアス状態とならないように、半導体基板1
000の電位、すなわちPウェル100の電位が所定の
負の電位に保持されればよい。
【0019】図15は、DRAMにおける任意の1つの
メモリセルの構成を示す回路図である。
【0020】図15を参照して、データ書込時には、ワ
ード線WLの電位が一定期間、トランジスタTrのしき
い値電圧よりもかなり高いハイレベルの電位(通常電源
電位)とされる一方、ビット線BLの電位が、このメモ
リセルMCに記憶させるべきデータに応じてハイレベル
(このデータが“1”の場合)またはローレベル(この
データが“0”の場合)とされる。これによって、キャ
パシタCが充電または放電される。この一定期間の経過
後に、ワード線WLの電位はトランジスタTrのしきい
値電圧よりも十分に低いローレベルの電位(通常接地電
位)とされるので、キャパシタCが充電された場合、キ
ャパシタCに蓄積された電荷はトランジスタTrを介し
てビット線BLに流出することはない。
【0021】データ読出時には、ワード線WLの電位が
一定期間ハイレベルとされる一方、ビット線BLの電位
変化が検知される。キャパシタCに電荷が蓄積されてい
れば、この一定期間において、キャパシタCからトラン
ジスタTrを介してビット線BLに正の電荷が供給され
るので、ビット線BLの電位は上昇する。キャパシタC
に電荷が蓄積されていなければ、この一定期間において
ビット線BLからトランジスタTrを介してキャパシタ
Cに正の電荷が供給されるので、ビット線BLの電位は
低下する。このように、メモリセルMCにデータ“1”
が記憶されている場合にはビット線BLに電位上昇が生
じる一方、メモリセルMCにデータ“0”が記憶されて
いる場合には、ビット線BLに電位低下が生じるので、
ビット線BLの電位変化を検知することによってメモリ
セルMCに記憶されているデータを判別することができ
る。
【0022】さて、データ書込およびデータ読出のいず
れも行なわれていない期間には、ワード線WLの電位は
ローレベルとされるので、トランジスタTrはOFF状
態となってビット線BLおよびキャパシタC間に流れる
電流を遮断する。しかしながら、トランジスタTrのし
きい値電圧が低い場合、データ書込およびデータ読出の
いずれも行なわれていない期間に、何らかの原因でワー
ド線WLに若干の電位上昇が生じただけで、トランジス
タTrがON状態となるので、キャパシタCに蓄積され
ていた電荷がトランジスタTrを介してビット線BLに
リークする。この結果、メモリセルMCの記憶データが
破壊される。このような現象を回避するためには、トラ
ンジスタTrのしきい値電圧を高く設定する必要があ
る。
【0023】さて、NチャネルMOSトランジスタ(図
14参照)のしきい値電圧Vthと、それが形成されてい
るPウェル100の電位VSBの絶対値|VSB|の平方根
とは、Vth=Vtho +α(|VSB|)1/2 の関係にあ
る。Vtho はVSB=0VのときのNチャネルMOSトラ
ンジスタのしきい値電圧を表わし、αは定数である。つ
まり、NチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧
は、それが形成された基板の電位が絶対値の大きい負の
電位であるほど、大きい。そこで、ワード線WLの電位
変動によるキャパシタCからビット線BLへの電荷のリ
ークを発生しにくくするには、メモリセルMCが形成さ
れた半導体基板を、適当な負の電位に保持すればよい。
【0024】図13ないし図15を参照して説明された
ように、種々の不都合を解消するためには、半導体基板
をある一定の負の電位VBBにバイアスする必要がある。
そのために設けられた回路が基板バイアス回路である。
【0025】次に、図11および図12を参照しながら
従来の基板バイアス回路の構成および動作について説明
する。
【0026】図12は、図11の基板バイアス回路に供
給される制御信号Φ1,Φ2の電位波形を示すタイミン
グチャート図である。
【0027】基板バイアス回路は、図12(a)および
(b)にそれぞれ示されるような互いに逆移相の駆動信
号Φ1およびΦ2をそれぞれ受けるインバータ5および
9と、インバータ5の出力端と接地GNDとの間に互い
に直列に接続されたキャパシタ6およびPチャネルMO
Sトランジスタ8と、インバータ9の出力端と接地GN
Dとの間に互いに直列に接続されたキャパシタ10およ
びPチャネルMOSトランジスタ11とを含む。トラン
ジスタ8のゲートには、キャパシタ10とトランジスタ
11の接続点(ノードN5)の電位が付与され、トラン
ジスタ11のゲートには接地電位が付与される。
【0028】基板バイアス回路は、さらにダイオード接
続されたPチャネルMOSトランジスタ7を含む。トラ
ンジスタ7のゲートは、キャパシタ6およびトランジス
タ8の接続点(ノードN4)に接続される。トランジス
タ7および8のバックゲート電圧として、インバータ5
の出力電圧が用いられる。トランジスタ11のバックゲ
ート電圧としては、インバータ9の出力電圧が用いられ
る。
【0029】トランジスタ7の出力電位が、基板バイア
ス回路の出力電位VBBとして半導体基板(図示せず)に
供給される。
【0030】駆動信号Φ1の電位がローレベルである期
間に駆動信号Φ2の電位がハイレベルからローレベルに
切換わると(図12(b)の時刻t1)、ノードN5の
電位がキャパシタ10のカップリングによって上昇す
る。一方、トランジスタ11は、そのバックゲート電圧
がハイレベルとなることによりON状態となって、ノー
ドN5を接地GNDに電気的に接続する。この結果ノー
ドN5の電位が低下する。このようなノードN5の電位
低下によって、トランジスタ8がON状態となるので、
ノードN4からトランジスタ8を介して接地GNDに正
の電荷が引抜かれる。
【0031】次に駆動信号Φ1の電位がローレベルから
ハイレベルに切換わると(図12における時刻t2)、
インバータ5の出力電位がローレベルとなるのでキャパ
シタ6から電荷が放出される。これによって、ノードN
4にキャパシタ6から負の電荷が供給されるので、ノー
ドN4の電位が負に低下しはじめる。
【0032】一方、ノードN5の電位は接地電位0Vで
あるので、ノードN4の電位が負の電位になると、トラ
ンジスタ8はOFF状態となってノードN4を接地GN
Dから電気的に切離す。ノードN4の電位がこのような
負の電位となると、トランジスタ7がON状態となる。
したがって、駆動信号Φ1のローレベルからハイレベル
への切換りに応答して、キャパシタ6からノードN4お
よびトランジスタ7を介して、負の電荷が放出される。
【0033】キャパシタ6からノードN4への負の電荷
の供給によって、ノードN4の電位は、最終的に電源電
位Vccと同じ絶対値を有する負の電位(−Vcc)と
なる。したがって、このような負の電荷の放出によっ
て、トランジスタ7の出力電位VBBは、電源電位と同じ
絶対値を有する負の電位(−Vcc)よりもトランジス
タ7のしきい値電圧Vthpだけ高い電位(−Vcc+
Vthp)となる。
【0034】次に、駆動信号Φ2の電位がローレベルで
ある期間に駆動信号Φ1がハイレベルからローレベルに
切換わると(図12の時刻t3)、ノードN4の電位が
上昇するので、トランジスタ7はOFF状態となる。こ
れによって、ノードN4が半導体基板から電気的に切離
される。
【0035】次に駆動信号Φ2がローレベルからハイレ
ベルに切換わると(図12における時刻t4)、インバ
ータ9の出力電位がローレベルとなるのでキャパシタ1
0からノードN5に負の電荷が供給されて、ノードN5
の電位は負の電位となる。一方、トランジスタ11は、
そのバックゲート電圧がローレベルとなることによって
OFF状態となるため、キャパシタ10から放出された
負の電荷はすべてトランジスタ8のゲートに供給され
る。一方、ノードN4の電位は接地電位0Vであるの
で、トランジスタ8は、ゲートへの負の電荷の供給に応
答してON状態となる。これによって、ノードN4の電
位が接地電位0Vに戻る。
【0036】上記のような回路動作が繰返されることに
よって、トランジスタ7からほぼ一定の負の電位(−V
cc+Vthp)が、半導体基板をバイアスするために
出力される。
【0037】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、半導体
集積回路装置において、予め定められたレベルの電圧を
発生する電圧発生回路は、ハーフVcc発生回路(図
7)のように、互いに直列に接続された複数のMOSト
ランジスタのゲート電位を、抵抗分割によって得られた
適当な電位に設定することによってこれらのMOSトラ
ンジスタの接続点を所望の電位に固定する回路や、基板
バイアス回路(図11)のように、キャパシタの充電と
放電とを交互に行なわせて一定量の電荷を一定のタイミ
ングで放出することによって所望の電圧を発生するいわ
ゆるチャージポンプ型の回路が一般的である。しかしな
がら、このような構成の回路は以下のような問題点を有
する。
【0038】まず、前者の構成の回路が有する問題点に
ついて、図7,図9,および図10を参照しながら説明
する。
【0039】図9は、図7のトランジスタ4の構造を示
す断面図である。図10は、図7のトランジスタ5の構
造を示す断面図である。
【0040】図7において、電源端子Tccに電源電位
Vccが供給されている期間、すなわち、このハーフV
cc発生回路が動作している期間中、電源端子Tccか
ら接地GNDに抵抗1〜3を介して定常的に貫通電流が
流れる。したがって、従来のハーフVcc発生回路は、
消費電力が大きく、半導体集積回路装置を含む多くの分
野に低消費電力化が要求されている現在、低消費電力化
を妨げるという問題点を有する。
【0041】また、トランジスタ4のしきい値電圧Vt
hnとトランジスタ5のしきい値電圧Vthpは、トラ
ンジスタ4および5が共にON状態とならないように設
計されるが、トランジスタ4のしきい値電圧が設定値V
thnと異なっていたり、トランジスタ5のしきい値電
圧が設定値Vthpと異なっていたりすると、トランジ
スタ4および5が共にON状態となる期間が生じ、電源
端子Tccから接地GNDにトランジスタ4および5を
介して貫通電流が流れる。
【0042】たとえば、トランジスタ4のしきい値電圧
が設定値Vthnよりも低いと、ノードN3の電位Vo
utがVcc/2よりも高くてもトランジスタ4はON
状態となる。一方、ノードN3の電位VoutがVcc
/2よりも高ければ、トランジスタ5はON状態にあ
る。したがって、トランジスタ4および5がともにON
状態となって、電源端子Tccおよび接地GND間に貫
通電流が流れる。
【0043】このように、従来のハーフVcc発生回路
は、MOSトランジスタのしきい値電圧の製造上のばら
つきによって貫通電流が増大しやすい、すなわち、消費
電力が増大しやすいという問題点も有する。
【0044】抵抗1ないし3間に流れる電流を小さくす
るためには、抵抗1ないし3の抵抗値を大きくすればよ
い。抵抗素子は、半導体基板上に、N型またはP型の不
純物が拡散されて形成されたいわゆる拡散抵抗として設
けられる。拡散抵抗の抵抗値は、不純物が拡散された領
域(通常長方形)の2辺の長さの比によって決定され
る。電流の流れる方向に平行な辺の長さの、電流の流れ
る方向に垂直な他辺の長さに対する比が大きいほど、抵
抗値の大きい抵抗素子が得られる。このため、図7の抵
抗1ないし3の抵抗値を大きくするためにはこれらの抵
抗1〜3の各々の半導体基板上におけるレイアウト面積
が増大する。このような構成素子のレイアウト面積の増
大は、半導体集積回路装置の高集積化を阻害するため好
ましくない。
【0045】さらに、以下に説明するような従来のハー
フVcc発生回路の回路動作上の問題からも、抵抗1な
いし3間に流れる電流を小さくすることはできない。
【0046】ノードN3の電位Voutが、この電位V
outが付与されるべき負荷の容量などの影響で、本来
とるべき電位(Vcc/2)よりも低い電位(Vcc/
2−α)となった場合を想定する。このような場合、ト
ランジスタ4はON状態となるので、図9において、一
方のN+ 領域200ともう一方のN+ 領域300との間
にチャネルが形成される。これによって、ゲート電極4
00下の絶縁膜(図示せず)が、ノードN1の電位を一
方の電極に受け、チャネルの電位を他方の電極に受ける
キャパシタとして機能する。チャネルの電位は、N+
域200の電位、すなわちノードN3の電位Vout
(Vcc/2−α)と、N+ 領域300の電位、すなわ
ち電源電位Vccとの間にある。
【0047】一方、ノードN3の電位Voutが本来と
るべき電位(Vcc/2)よりも高い電位(Vcc/2
+α)となると、トランジスタ4はOFF状態となるの
で、図9においてN+ 領域200および300間にチャ
ネルは形成されない。したがって、この場合には、ゲー
ト電極400下の絶縁膜は、一方の電極にノードN1の
電位を受け、他方の電極にPウェル100の電位を受け
るキャパシタとして動作する。Pウェル100は、たと
えば、基板バイアス回路などによって、−3V程度にバ
イアスされている。(電源電位Vccが5Vの場合) したがって、ノードN3の電位Voutの変動によるト
ランジスタ4のスイッチング動作によって、トランジス
タ4のゲートおよびドレイン間容量が変化するので、ノ
ードN1とトランジスタ4のゲートとの間にこのゲート
およびドレイン間容量のための充放電電流が流れる。こ
の結果、トランジスタ4の電位が本来とるべき電位(V
cc/2+Vthn)から変動する。このような現象
は、トランジスタ5に関しても同様に生じる。
【0048】すなわち、ノードN3の電位Voutが本
来とるべき電位(Vcc/2)よりも高ければ、トラン
ジスタ5がON状態となるので、図10において、P+
領域600および700間にチャネルが形成される。し
たがって、ゲート電極800下の絶縁膜(図示せず)
は、一方の電極にノードN1の電位を受け、もう一方の
電極にチャネルの電位を受けるキャパシタとして動作す
る。この場合、チャネルの電位は、P+ 領域600の電
位、すなわち接地電位0Vと、P+ 領域700の電位、
すなわち、ノードN3の電位Vout(Vcc/2+
α)との間にある。
【0049】一方、ノードN3の電位Voutが本来と
るべき電位(Vcc/2)よりも低ければ、トランジス
タ5はOFF状態であるので、P+ 領域600および7
00間にチャネルが形成されない。したがって、ゲート
電極800下の絶縁膜は、一方の電極にノードN1の電
位を受け、他方の電極にNウェル500の電位を受ける
キャパシタとして動作する。Nウェル500は、通常5
V程度にバイアスされる(電源電位Vccが5Vである
場合)。
【0050】したがって、ノードN3の電位Voutの
変動によるトランジスタ5のスイッチング動作は、トラ
ンジスタ5のゲートおよびドレイン間容量を変化させ
る。このため、ノードN2とトランジスタ5のゲートと
の間に、このゲートおよびドレイン間容量のための充放
電電流が流れ、これによってトランジスタ5のゲート電
位が本来とるべき電位(Vcc/2−Vthp)から変
動する。
【0051】このようにトランジスタ4や5のゲート電
位が変動すると、ノードN3の電位も変動するので、こ
のハーフVcc発生回路から正しい電位(Vcc/2)
が出力されなくなる。このような問題を回避するには、
トランジスタ4のゲートおよびドレイン間容量の充放電
のためにノードN1とトランジスタ4のゲートとの間に
流れる電流および、トランジスタ5のゲートおよびドレ
イン間容量の充放電のためにノードN2とトランジスタ
5のゲートとの間に流れる電流が、電源端子Tccから
抵抗1ないし3を介して接地GNDに流れる電流に比べ
十分に小さくなるように、電源端子Tccから抵抗1な
いし3を介して接地GNDに流れる電流を大きくする必
要がある。
【0052】電源端子Tccから抵抗1ないし3を介し
て接地GNDに流れる電流がこのような充放電電流に比
べ十分に大きければ、ノードN1からトランジスタ4の
ゲートに流れ込む電流やトランジスタ4のゲートからノ
ードN1に流れ込む電流によってノードN1の電位はそ
れほど大きく変動することはなく、同様に、ノードN2
からトランジスタ5のゲートに流れ込む電流やトランジ
スタ5のゲートからノードN2に流れ込む電流によって
ノードN2の電位がそれほど大きく変動することもな
い。
【0053】しかしながら、電源端子Tccから接地G
NDに流れる電流、すなわち貫通電流の増大は、消費電
力のさらなる増大を招来する。
【0054】以上のように、従来のハーフVcc発生回
路に代表されるような構成の電圧発生回路は、低消費電
力化および高集積化に不利であるという問題点を有す
る。
【0055】次に、後者の電圧発生回路が有する問題点
を、図11の基板バイアス回路を参照しながら説明す
る。
【0056】後者の電圧発生回路は、一定周期で、キャ
パシタ6に負の電荷を放電させることによって、ダイオ
ード接続されたMOSトランジスタ7をON状態にして
放電された負の電荷を半導体基板に供給するように構成
される。このため、基板バイアス回路の出力電圧V
BBは、キャパシタ6を充電するための信号、つまりイン
バータ5の出力信号の最大電圧レベルVccと同じ絶対
値を有する負の電圧よりもMOSトランジスタ7のしき
い値電圧Vthpだけ高い電圧(−Vcc+Vthp)
に限定される。したがって、従来の基板バイアス回路に
よれば、半導体基板を任意の電位にバイアスすることは
できない。
【0057】つまり、MOSトランジスタのしきい値電
圧Vthpを調整することでしか、基板バイアス電圧を
調整することができない。MOSトランジスタのしきい
値電圧Vthpは、0.8V前後であり、これを、MO
Sトランジスタの製造上の条件等の調整によってそれほ
ど大きく変えることはできない。このため、電源電位V
ccがたとえば5Vである半導体集積回路装置において
は、基板バイアス電圧VBBは、−4.2V前後に特定さ
れる。
【0058】しかしながら、最近では、半導体集積回路
装置の動作速度のさらなる向上のために、電源電位Vc
cとして5Vよりも低い3V程度を用い、かつ、半導体
基板を従来よりも高い負の電位にバイアスすることが提
案されている。半導体集積回路装置の動作速度は、半導
体基板をより低い負の電位にバイアスするほど遅くなる
ことが知られている。しかしながら、半導体基板をある
程度低い電位にバイアスしなければ、前述のような問題
の発生を回避することはできない。
【0059】たとえば、電源電圧が5Vである半導体集
積回路装置において、基板バイアス電圧VBBを−4.2
V前後まで下げると、装置の動作速度のさらなる向上を
望むことは困難である。
【0060】そこで、このような問題の発生の回避と、
装置の動作速度のさらなる向上との両方を満足するため
に、現在たとえば、電源電圧Vccを3V程度とし基板
バイアス電圧VBBを−1.5V程度とすることが提案さ
れている。
【0061】しかし、従来の基板バイアス発生回路によ
れば、基板バイアス電圧VBBは、−3V+0.8V、す
なわち、−2.5V程度に限定される。
【0062】このように、後者の電圧発生回路によれ
ば、その出力電圧が電源電圧Vccによってほぼ一意的
に決定されるので、半導体集積回路装置の動作速度をよ
り向上することが困難である。
【0063】それゆえに、本発明の目的は、上記のよう
な問題点を解決し、消費電力が小さく、かつ、任意のレ
ベルの電圧を発生することができる電圧発生装置を提供
することである。
【0064】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明にかかる電圧発生装置は、所定の負
荷に一定の電圧を供給するための電圧発生装置であっ
て、互いに直列に接続された第1および第2の容量手段
と、第1の容量手段と前記第2の容量手段との接続点
を、一定の電位を供給する第1電位源に電気的に接続す
る第1接続手段と、この接続点を所定の負荷に電気的に
接続する第2接続手段とを備える。
【0065】第1および第2の容量手段は、第1電位源
と、一定周期で第1レべルから第2レベルに変化する電
位を供給する第2電位源との間に結合される。第1接続
手段は、第2電位源の電位の第1レベルから第2レベル
への切換りよりも早いタイミングで不能化され、かつ、
第2電位源の電位の第2レベルから第1レベルへの切換
りよりも遅いタイミングで、能動化される。第2接続手
段は、第2電位源の電位の第1レベルから第2レベルへ
の切換りよりも遅いタイミングで能動化され、かつ、第
2電位源の電位の第2レベルから第1レベルへの切換り
よりも早いタイミングで不能化される。
【0066】好ましくは、第1および第2の容量手段並
びに第1および第2の接続手段は、同一の半導体基板上
に形成される。
【0067】
【作用】本発明にかかる電圧発生装置は、上記のように
構成されるので、第2電位源の第1レベルから第2レベ
ルへの切換りに応答して、第1の容量手段と第2の容量
手段との接続点に、第1および第2の容量手段の充電動
作または放電動作によって、正の電荷または負の電荷が
蓄積されて、この接続点の電位が、第1の容量手段の容
量値と第2の容量手段の容量値との比および、第2電位
源の第2レベルの電位と第1電位源の一定電位との差電
圧に応じて一意的に決定される電位となる。この接続点
がこのような電位となるたびに、能動化された第2接続
手段によって、この接続点に蓄積された電荷が所定の負
荷に供給される。したがって、所定の負荷には、常に、
第1容量手段の容量値と第2容量手段の容量値との比お
よび、第2電位源の第2レベルの電位と第1電位源の一
定電位との差電圧によって一意的に決定される電位が付
与される。
【0068】第1および第2の容量手段並びに第1およ
び第2の接続手段が同一の半導体基板上に形成されるな
らば、本発明にかかる電圧発生装置は、半導体集積回路
装置に内蔵されるべき回路として使用され得る。
【0069】
【実施例】図1は、本発明の一実施例であるDRAMの
全体構成を示す概略ブロック図である。本実施例におい
て、本発明にかかる電圧発生回路がハーフVcc発生回
路として使用される。
【0070】メモリセルアレイ1000は、複数の行お
よび複数の列に配列され、かつ、各々が図8に示される
構成を有する複数のメモリセルMCを含む。同一行に配
列されたメモリセルMCは同一のワード線WLに接続さ
れ、同一の列に配列されたメモリセルMCは同一のビッ
ト線BLに接続される。各ビット線BLは、プリチャー
ジ制御トランジスタTRPを介してハーフVcc発生回
路6000に接続される。すべてのメモリセルMCのキ
ャパシタCの一方の電極に共通に接続されたセルプレー
トと、すべてのプリチャージトランジスタTRPと、I
/O線クランプ回路4000とに、ハーフVcc発生回
路6000の出力電圧が付与される。
【0071】すべてのプリチャージ制御トランジスタT
RPは制御回路1600によって一括して制御されて、
データ書込およびデータ読出のいずれも行なわれていな
い期間にON状態となって、ハーフVcc発生回路60
00の出力電圧を対応するビット線BLに供給する。こ
れによって、このような期間に、各ビット線BLが、電
源電位Vccの2分の1の電位(Vcc/2)にプリチ
ャージされる。
【0072】データ読出時およびデータ書込時に1つの
データに応じた互いに相補な信号を伝達するI/O線I
O1,IO2は、I/O線クランプ回路4000は、デ
ータ書込およびデータ読出のいずれも行なわれない期間
に、ハーフVcc発生回路6000の出力電圧で、2本
のIO線IO1,IO2の電位をクランプする。これに
よって、I/O線IO1,IO2が、データ読出および
データ書込のいずれも行なわれない期間中、電源電位V
ccの2分の1の電位Vcc/2にプリチャージされ
る。
【0073】アドレスバッファ1500は、外部からの
アドレス信号をバッファリングしてローデコーダ200
0およびコラムデコーダ3000に与える。
【0074】ローデコーダ2000は、与えられたアド
レス信号をデコードして、データ読出時およびデータ書
込時に、いずれか1本のワード線WLのみをハイレベル
の電位にする。これによって、この1本のワード線WL
に接続された1行のメモリセルMCに対するデータ書込
およびデータ読出のみが可能となる。
【0075】センスアンプ3500は、データ読出時
に、各ビット線BLの電位変化を増幅する。
【0076】コラムデコーダ3000は、データ読出時
に、与えられたアドレス信号に応答して、センスアンプ
3500が増幅した信号の内、いずれか1本のビット線
BLから得られた信号に応じた互いに相補な信号を、入
出力線IO1およびIO2に伝達する。コラムデコーダ
3000は、さらに、データ書込時に、供給されたアド
レス信号に応答して、I/O線IO1およびIO2の電
位に応じたレベルの電圧を、いずれか1本のビット線B
Lに供給する。
【0077】入出力回路5000は、データ書込時に、
I/O線IO1およびIO2を外部データに応じた互い
に相補な電位に強制し、データ読出時に、I/O線IO
1およびIO2の互いに相補な電位に応じたデータを外
部に出力する。
【0078】制御回路1600は、ローアドレスストロ
ーブ信号RAS等の外部制御信号に応答して、これらの
回路の動作を制御する。
【0079】本実施例において、ハーフVcc発生回路
6000は、従来と異なり、3つの駆動信号φ1〜φ3
によって制御されて動作する。
【0080】図2は、ハーフVcc発生回路6000の
構成を示す回路図である。図3は、ハーフVcc発生回
路6000が動作すべき期間における駆動信号φ1〜φ
3の電位変化を示すタイミングチャート図である。
【0081】以下、図2および図3を参照しながら、本
実施例のハーフVcc発生回路6000の構成および動
作について説明する。
【0082】このハーフVcc発生回路は、駆動信号φ
1を反転するインバータ10と、インバータ10の出力
端と接地GNDとの間に互いに直列に接続された2つの
キャパシタ20,30と、駆動信号φ2を反転するイン
バータ40と、駆動信号φ3を反転するインバータ50
とを含む。
【0083】このハーフVcc発生回路は、さらに、キ
ャパシタ20および30の接続点(ノードN6)と接地
GNDとの間に互いに並列に接続されるPチャネルMO
Sトランジスタ60およびNチャネルMOSトランジス
タ70と、ノードN6とこのハーフVcc発生回路の出
力端(ノードN7)との間に互いに並列に接続されるP
チャネルMOSトランジスタ80およびNチャネルMO
Sトランジスタ90とを含む。トランジスタ60および
70のゲートにはそれぞれ、駆動信号φ2およびインバ
ータ40の出力信号が与えられる。トランジスタ80お
よび90のゲートにはそれぞれ、駆動信号φ3およびイ
ンバータ50の出力信号が与えられる。
【0084】ハーフVcc発生回路が動作すべきでない
期間(以下、この期間を待機期間と呼ぶ)において、駆
動信号φ1,φ2,およびφ3はそれぞれ、図3
(a),(b),および(c)に示されるように、ハイ
レベルに対応する電源電位Vcc,ローレベルに対応す
る接地電位0V,およびハイレベルの電位Vccに固定
される。
【0085】したがって、待機期間において、トランジ
スタ60および70はともにON状態となってノードN
6を接地し、トランジスタ80および90はともにOF
F状態となってノードN6を出力端N7から電気的に切
離す。さらに、この期間において、インバータ10の出
力電位はローレベルであるので、キャパシタ20および
30はいずれも充電されない。
【0086】ハーフVcc発生回路が動作すべき期間
(以下、この期間を動作期間と呼ぶ)においては、ま
ず、駆動信号φ2が(図3(b))が、ハイレベルに立
上がる。これによって、トランジスタ60および70が
ともにOFF状態となって、ノードN6を接地GNDか
ら電気的に切離しフローティング状態にする。
【0087】次に、駆動信号φ1がローレベルに立下が
る。これによって、インバータ10の出力電位がハイレ
ベルとなるので、キャパシタ20および30が充電され
て、ノードN6の電位がキャパシタ20の容量とキャパ
シタ30の容量との比で決定される電位となる。
【0088】複数のキャパシタの直列接続回路に、一端
を接地して、ある電圧Vを印加した場合、これら複数の
キャパシタの容量をそれぞれ、接地側に近いキャパシタ
からC1,C2,…,Cnで表すと、接地側からj番目
のキャパシタとj+1番目のキャパシタとの接続点の電
位は次式で表される(j<n) V(C1+C2+…+Cj)/(C1+C2+…+C
n) したがって、ノードN6の電位は、キャパシタ20およ
び30の容量をそれぞれC20およびC30で表した場合、
次式で表される。 Vcc・C30/(C20+C30) 本実施例では、上記式の値がVcc/2となるように、
キャパシタ20の容量C20とキャパシタ30の容量C30
とが等しく設定される。次に、駆動信号φ3が(図3
(c))がローレベルとなる。これによって、トランジ
スタ80および90がともにON状態となって、ノード
N6を出力端N7に電気的に接続する。この結果、ノー
ドN6に蓄積された電荷が、ノードN7に供給されて、
ノードN7に、トランジスタ80および90がON状態
に切換わる前のノードN6の電位、すなわち、Vcc/
2が現れる。つまり、このハーフVcc発生回路から、
セルプレート,プリチャージ制御トランジスタTRP,
およびI/O線クランプ回路4000(図1参照)に、
Vcc/2の電位が供給される。
【0089】次に、駆動信号φ3が再びハイレベルに戻
る。これによって、トランジスタ80および90が共に
OFF状態となるので、ノードN6がフローティング状
態に戻る。
【0090】次に、駆動信号φ1がハイレベルに戻る。
これによって、インバータ10の出力電位がローレベル
となるので、キャパシタ20および30がともに放電さ
れる。
【0091】次に、駆動信号φ2がローレベルに戻る。
これによって、トランジスタ60および70がON状態
となるので、ノードN6から完全に電荷が引抜かれて、
ノードN6の電位が接地電位0Vとなる。
【0092】以後、動作期間において、駆動信号φ1〜
φ3の上記のような一連の電位変化が繰返されることに
よって、一定周期で、ノードN6からトランジスタ80
および90を介して所定の回路部にVcc/2の電位に
相当する量の正の電荷が供給される。
【0093】このように、このハーフVcc発生回路で
は、互いに直列に接続されたキャパシタ20,30の充
電,これらのキャパシタ間の接続点N6に蓄積された電
荷の出力端N7への転送,この接続点N6と出力端N7
との電気的接続の遮断,および接続点N6の電位の初期
化が繰返し行なわれることによって、出力端N7の電位
Voutが、これらのキャパシタ20,30が完全に充
電された状態に接続点N6の電位に固定される。
【0094】上記実施例では、ノードN6に蓄積された
電荷が出力端N7に転送されはじめてから、キャパシタ
20,30を再度完全に充電するためにノードN6が出
力端N7から再び電気的に切離されるまでの期間、すな
わち、図3(c)における期間τは、このハーフVcc
発生回路の出力電圧を供給されるべき、ビット線BL,
I/O線IO1,IO2,セルプレートなどの負荷の容
量に応じて設定される。
【0095】つまり、駆動信号φ3の立下がりに応答し
てノードN6からトランジスタ80,90を介してこれ
らの負荷に供給された電荷がこれらの負荷において消費
されることによって、このハーフVcc発生回路の出力
電位Voutは、本来あるべき電位Vcc/2から徐々
に低下する。そこで、出力電位VoutがVcc/2か
ら著しく低下する前に、キャパシタ20および30が再
度完全に充電されてノードN6にVcc/2に相当する
量の電荷が蓄積されるようなタイミングで、駆動信号φ
3がハイレベルに立上げられる。
【0096】このような負荷の容量が大きい場合、キャ
パシタ20および30の容量を大きくして、ノードN6
からこれらの負荷に供給されるべき電荷量を増大させる
必要がある。半導体基板上に形成されたキャパシタは、
その面積が大きいほど大きい容量を有する。したがっ
て、負荷の容量が大きい場合には、キャパシタ20,3
0の半導体基板上におけるレイアウト面積が大きくな
る。しかしながら、半導体基板上におけるキャパシタの
レイアウト面積は、半導体基板上における拡散抵抗のそ
れに比べ十分に小さい。したがって、キャパシタ20,
30の容量が若干大きく設定される場合でも、これらの
キャパシタ20,30のレイアウト面積は、従来のハー
フVcc発生回路(図7参照)における抵抗素子1〜3
の半導体基板上におけるレイアウト面積に比べ十分に小
さい。
【0097】上記実施例では、所望の電位Vcc/2に
相当する量の電荷が繰返し蓄積されるべきノードN6と
前述のような負荷との間の電荷転送のためのトランスフ
ァゲートおよび、このノードN6の電位を初期化するた
めにこのノードN6と接地GNDとの間に設けられるト
ランスファゲートとして、いずれも、PチャネルMOS
トランジスタとNチャネルMOSトランジスタとの並列
接続回路が用いられた。しかしながら、このようなトラ
ンスファゲートとして、PチャネルMOSトランジスタ
およびNチャネルMOSトランジスタの内のいずれか一
方だけが用いられてもよい。すなわち、このようなトラ
ンスファゲートには、上記実施例で説明されたようなタ
イミングでノードN6および接地GND間および、ノー
ドN6および出力端N7間の各々が電気的に接続/遮断
されるようにON/OFFを制御され得るスイッチング
素子であれば、どのようなスイッチング素子が用いられ
てもよい。
【0098】このように、本実施例のハーフVcc発生
回路は、従来のそれと異なり、所望の電位Vcc/2を
得るために電源端子Tccおよび接地GND間に設けら
れる複数の抵抗素子1〜3の直列接続回路(図7参照)
を必要とせず、かつ、所定の負荷への電位供給が、キャ
パシタ20,30の充電によって蓄積された電荷を負荷
に供給することによって行なわれる。このため、本実施
例のハーフVcc発生回路によれば、動作時における貫
通電流は従来よりも大幅に減少するとともに、抵抗素子
によるレイアウト面積の増大が回避される。
【0099】さらに、本実施例のハーフVcc発生回路
は、従来のハーフVcc発生回路のように、所定のノー
ドN6を所望の電位Vcc/2に保持するためにMOS
トランジスタのスイッチング動作を利用しない。それゆ
え、本実施例のハーフVcc発生回路には、これらのM
OSトランジスタのゲート電位変動に起因して発生した
従来の問題が生じない。
【0100】なお、駆動信号φ1〜φ3は、このDRA
Mの外部から供給されてもよいし、このDRAMの内部
において発生されてもよい。図1には、駆動信号φ1〜
φ3がDRAMの内部で発生される場合が例示される。
【0101】図1を参照して、駆動信号φ1〜φ3は、
たとえば、一定周期でレベルが反転する信号を発生する
回路、たとえばリングオシレータ7000と、この回路
7000の出力信号および、このDRAMの回路動作の
禁止/許可を指示する外部制御信号の、たとえばローア
ドレスストローブ信号RASのうちのいずれか一方を選
択する信号選択回路8000と、信号選択回路8000
によって選択された信号に基づいて動作する駆動信号発
生回路9000とが設けられる。
【0102】信号選択回路8000は、外部制御信号が
このDRAMの回路動作の禁止を示す期間に、この外部
制御信号を選択し、この外部制御信号がこのDRAMの
回路動作の許可を示す期間、回路7000の出力信号を
選択する。
【0103】駆動信号発生回路9000は、信号選択回
路8000によって外部制御信号が選択されている期
間、この外部制御信号に基づいて駆動信号φ1〜φ3を
それぞれ図3の待機期間における電位に固定し、信号選
択回路8000によって回路7000の出力信号が選択
されている期間、回路7000の出力信号に応答して図
3の動作期間における電位変化を示す駆動信号φ1〜φ
3を作成する。
【0104】図4は、本発明の他の実施例のDRAMの
全体構成を示す概略ブロック図である。本実施例におい
て、本発明に係る電圧発生回路は、ハーフVcc発生回
路6000だけでなく基板バイアス発生回路6500に
も用いられる。
【0105】本実施例のDRAMの基板バイアス発生回
路6500以外の部分の構成および動作は図1で示され
た実施例の場合と同様であるので説明は省略する。ただ
し、駆動電圧発生回路9000は、図1に示される実施
例の場合と異なり、ハーフVcc発生回路6000のた
めの駆動信号φ1〜φ3の加えて、基板バイアス回路6
500のための駆動信号φ4〜φ6も発生する。
【0106】以下、図5および図6を参照しながら、本
実施例における基板バイアス回路6500の構成および
動作について説明する。
【0107】図5は、基板バイアス回路6500の構成
を示す回路図である。図6は、基板バイアス回路650
0の動作期間における駆動信号φ4〜φ6の電位変化を
示すタイミングチャート図である。
【0108】この基板バイアス回路6500は、駆動信
号φ4を反転するインバータ15と、インバータ15の
出力端と接地GNDとの間に互いに直列に接続された2
つのキャパシタ25,35と、キャパシタ25および3
5の接続点(ノードN8)と接地GNDとの間に設けら
れたPチャネルMOSトランジスタ65と、ノードN8
とこのDRAMが形成された半導体基板(図示せず)に
接続されたノードN9との間に設けられたPチャネルM
OSトランジスタ85とを含む。
【0109】トランジスタ65および85のゲートには
それぞれ、駆動信号φ5およびφ6が与えられる。
【0110】この基板バイアス回路6500の待機期間
において、駆動信号φ4(図6(a)),φ5(図6
(b)),およびφ6(図6(c))はそれぞれ、ロー
レベル,ローレベル,およびハイレベルに固定される。
したがって、待機期間においては、トランジスタ65が
ON状態である一方トランジスタ85がOFF状態であ
るので、ノードN8は接地電位0Vにある。一方、イン
バータ15の出力電位はハイレベルであるので、キャパ
シタ35は充電された状態にある。
【0111】この基板バイアス回路6500が動作期間
に入ると、まず、駆動信号φ5がハイレベルとなる。こ
れによって、トランジスタ65がOFF状態となるの
で、ノードN8がフローティング状態となる。
【0112】次に、駆動信号φ4がハイレベルとなる。
これによって、インバータ15の出力電位がローレベル
となるので、キャパシタ35からキャパシタンス25に
負の電荷が放電される。これによって、ノードN8の電
位は、キャパシタ25の容量とキャパシタ35の容量と
の比に応じた、次式で表される電位となる。次式におい
て、C25およびC35はそれぞれ、キャパシタ25および
35の容量を表す。 −Vcc・C35/(C25+C35) 次に、駆動信号φ6が、上記式で表される電位よりも低
い電位(−VA)に立下げられる。これによって、トラ
ンジスタ85がON状態となるので、ノードN8の負の
電荷がN9に供給されて、ノードN9の電位が上記式で
表される電位となる。つまり、この基板バイアス回路6
500から基板バイアス電圧VBBとして、−Vcc・C
35/(C25+C35)が出力される。
【0113】次に、駆動信号φ6がハイレベルに戻る。
これによって、トランジスタ85がOFF状態となるの
で、ノードN8はフローティング状態となる。
【0114】次に、駆動信号φ4がローレベルに戻る。
これによって、インバータ15の出力電位がハイレベル
となるので、キャパシタ25および35が充電されて、
ノードN8の電位が上昇する。
【0115】次に、駆動信号φ5がローレベルに戻る。
これによって、トランジスタ65がON状態となるの
で、ノードN8から正の電荷が引抜かれる。この結果、
待機期間と同様の状態、すなわち、ノードN8の電位が
接地電位でありキャパシタ35のみが充電された状態と
なる。
【0116】以後、動作期間において、駆動信号φ4〜
φ6は上述のような一連の電位変化を一定周期で繰返
す。この結果、一定周期で、ノードN8からトランジス
タ85を介して−Vcc・C35/(C25+C35)に相当
する量の負の電荷が半導体基板に供給される。
【0117】このように、本実施例の基板バイアス回路
においては、互いに直列に接続されたキャパシタ25,
35の内の一方35の充電,これらのキャパシタ25,
35の接続点N8をフローティング状態にした状態での
一方のキャパシタ35の放電,この接続点N8から半導
体基板への負の電荷の供給が繰返し行なわれることによ
って、半導体基板に常時、上記式で表される電位(−V
cc・C35/(C25+C35))が与えられる。
【0118】駆動信号φ6が立下げられてから再び立上
げられるまでの期間τの長さ、すなわち、ノードN8か
らトランジスタ85を介して半導体基板に負の電荷が供
給されはじめてから、ノードN8に所望の基板バイアス
電圧に相当する量の負の電荷を蓄積するためにキャパシ
タ25および35ならびにノードN8が初期化されはじ
めるまでの時間の長さは、予想される、半導体基板内の
正の電荷の発生量に応じて設定される。
【0119】ノードN8から半導体基板に供給された負
の電荷と半導体基板内の正の電荷その相殺によってノー
ドN9の電位は本来あるべき電位(−Vcc・C35
(C25+C35))から徐々に低下する。そこで、駆動信
号φ6は、その立下がりに応答してノードN8からノー
ドN9に負の電荷が供給されはじめてから、ノードN9
の電位が本来あるべき電位から著しく上昇する前にノー
ドN8に再度負の電荷を蓄積すべく立上げられる。
【0120】このように、本実施例の基板バイアス回路
によれば、半導体基板を、常に、キャパシタ25の容量
25とキャパシタ35の容量C35との比に応じた、−V
cc以上の任意の負の電位にバイアスすることができ
る。
【0121】つまり、所望の基板バイアス電圧が−k・
Vccであれば、キャパシタ25の容量C25とキャパシ
タ35の容量C35との比(C25/C35)が(1/k−
1)の値に設定されるように、キャパシタ25および3
5を設計することによって、そのような所望の電圧を基
板バイアス電圧として半導体基板に印加することができ
る(0<k<1)。
【0122】このため、本実施例によれば、半導体基板
を従来よりも高い負の電位にバイアスすることによりD
RAMの動作速度を一層向上させることができる。
【0123】上記実施例では、負の電荷が蓄積されるべ
きノードN8と、半導体基板および接地GNDとの間に
それぞれトランスファゲートとして、MOSトランジス
タ65,および85が設けられた。しかしながら、この
ようなトランスファゲートには、MOSトランジスタで
なくとも、上述のようなタイミングで、ノードN8への
負の電荷の蓄積および、ノードN8から半導体基板への
負の電荷の供給が繰返されるようにON/OFFを制御
され得るスイッチング素子であればどのようなスイッチ
ング素子が用いられてもよい。
【0124】以上のように、本発明にかかる電圧発生回
路によれば、貫通電流をほとんど発生させることなく、
互いに直列に接続されたキャパシタ間の容量比に応じた
任意の電位を定常的に発生されることができる。このた
め、従来よりも消費電力の小さいハーフVcc発生回路
や、半導体基板を任意の電位にバイアスすることができ
る基板バイアス回路などが提供される。
【0125】なお、本発明に係る電圧発生回路の出力電
圧は、信号線をプリチャージするためや半導体基板をバ
イアスするためなどのように、電流が高速に消費されな
い負荷を所定の電位に保持するために用いられることが
望ましい。
【0126】上記いずれの実施例においても、本発明は
半導体集積回路装置に適用されたが、本発明にかかる電
圧発生回路は、必ずしも半導体基板上に形成される必要
はなく、ディスクリートな素子によって構成されてもよ
い。
【0127】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、消費電
力が小さく、かつ、任意の電位を発生することができる
電圧発生装置が得られる。したがって、本発明にかかる
電圧発生装置がたとえば半導体集積回路装置に内蔵され
たハーフVcc発生回路に適用されると、この半導体記
憶装置の消費電力およびハーフVcc発生回路の占有面
積の削減が図れる。また、本発明にかかる電圧発生装置
が半導体集積回路装置に内蔵された基板バイアス回路に
適用されると、半導体基板を所望の電位にバイアスする
ことができるので、この半導体集積回路装置の動作速度
のより一層の向上を図ることもできる。
【0128】このように、本発明にかかる電圧発生装置
を用いれば、電子回路装置のより一層の、消費電力の削
減およびの動作速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のDRAMの全体構成を示す
概略ブロック図である。
【図2】図1のハーフVcc発生回路の構成を示す回路
図である。
【図3】図2のハーフVcc発生回路に供給される駆動
信号φ1〜φ3の波形を示すタイミングチャート図であ
る。
【図4】本発明の他の実施例のDRAMの全体構成を示
す概略ブロック図である。
【図5】図4における基板バイアス回路の構成を示す回
路図である。
【図6】図5の基板バイアス回路に供給される駆動信号
φ4〜φ6の波形を示すタイミングチャート図である。
【図7】従来のハーフVcc発生回路の構成を示す回路
図である。
【図8】DRAMのメモリセルの構成を示す回路図であ
る。
【図9】図7のNチャネルMOSトランジスタの構造を
示す断面図である。
【図10】図7のPチャネルMOSトランジスタ5の構
造を示す断面図である。
【図11】従来の基板バイアス回路の構成を示す回路図
である。
【図12】図11の基板バイアス回路に供給される駆動
信号Φ1,Φ2の波形を示すタイミングチャート図であ
る。
【図13】従来の半導体記憶装置等における出力回路の
一般的な構成を示す回路図である。
【図14】半導体基板が負の電位にバイアスされない場
合に生じる問題の一例を説明するための断面図である。
【図15】半導体基板が負の電位にバイアスされない場
合に生じる問題の他の例を説明するための回路図であ
る。
【符号の説明】
1600 制御回路 6000 ハーフVcc発生回路 6500 基板バイアス回路 7000 リングオシレータ 8000 信号選択回路 9000 駆動信号発生回路 10,15,40,50 インバータ 20,25,30,35 キャパシタ 60,65,70,80,85,90 トランスファゲ
ート なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の負荷に付与されるべき一定の電圧
    を発生するための電圧発生装置であって、 一定の電位を供給する第1電位源と、一定周期で第1の
    レベルから第2のレベルに変化する電位を供給する第2
    電位源との間に結合される第1および第2の容量手段を
    備え、 前記第1および第2の容量手段は、互いに直列に接続さ
    れ、 前記第1の容量手段と前記第2の容量手段との接続点
    を、前記第1電位源に電気的に接続する第1接続手段
    と、 前記接続点を、前記所定の負荷に電気的に接続する第2
    の接続手段とをさらに備え、 前記第1接続手段は、前記第2電位源の電位の前記第1
    のレベルから前記第2のレベルへの切換りよりも早いタ
    イミングで不能化され、かつ、前記第2電位源の電位の
    前記第2のレベルから前記第1のレベルへの切換りより
    も遅いタイミングで能動化され、 前記第2接続手段は、前記第2電位源の電位の前記第1
    のレベルから前記第2のレベルへの切換りよりも遅いタ
    イミングで能動化され、かつ、前記第2電位源の電位の
    前記第2のレベルから前記第1のレベルへの切換りより
    も早いタイミングで不能化される、電圧発生装置。
  2. 【請求項2】 前記第1および第2の容量手段並びに前
    記第1および第2の接続手段は、同一の半導体基板上に
    形成される、請求項1記載の電圧発生装置。
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DE4234667A DE4234667C2 (de) 1992-03-03 1992-10-14 Spannungserzeugungseinrichtung, Verwendung derselben in einem Halbleiterspeicher und Betriebsverfahren derselben zum Erzeugen einer konstanten Spannung
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2771729B2 (ja) * 1992-04-16 1998-07-02 三菱電機株式会社 チャージポンプ回路
JP3006320B2 (ja) * 1992-10-21 2000-02-07 モトローラ株式会社 高効率ドライバ−を有する電圧変換回路
KR940017214A (ko) * 1992-12-24 1994-07-26 가나이 쓰토무 기준전압 발생회로
US5508962A (en) * 1994-06-29 1996-04-16 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for an active field plate bias generator
JP3592423B2 (ja) * 1996-01-26 2004-11-24 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路装置
DE19755130C1 (de) * 1997-12-11 1999-06-02 Siemens Ag Pufferschaltung
KR100487832B1 (ko) 1999-12-15 2005-05-06 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 인터페이스 장치 및 정보 처리 시스템
KR20020093585A (ko) * 2001-06-06 2002-12-16 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 반도체장치
US6721221B2 (en) * 2001-06-08 2004-04-13 Micron Technology, Inc. Sense amplifier and architecture for open digit arrays
CN100345075C (zh) 2001-12-20 2007-10-24 松下电器产业株式会社 电位发生电路、电位发生装置和用它的半导体装置和其驱动方法
JP2009116684A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Toshiba Corp 電圧発生回路
KR20110002178A (ko) 2009-07-01 2011-01-07 삼성전자주식회사 Dram의 비트라인 프리차지 회로

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5627952A (en) * 1979-08-17 1981-03-18 Hitachi Ltd Circuit for generating substrate bias voltage
DE3612147A1 (de) * 1986-04-10 1987-10-15 Philips Patentverwaltung Schaltungsanordnung zur erzeugung einer gleichspannung aus einer sinusfoermigen eingangsspannung
JP2509596B2 (ja) * 1987-01-14 1996-06-19 株式会社東芝 中間電位生成回路
US5175706A (en) * 1989-12-07 1992-12-29 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Programming voltage generator circuit for programmable memory
US5157278A (en) * 1990-10-30 1992-10-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Substrate voltage generator for semiconductor device

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Publication number Publication date
DE4234667A1 (de) 1993-09-09
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US5276651A (en) 1994-01-04
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KR960002824B1 (ko) 1996-02-26
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