JP3155879B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路装置
に係わり、特に集積回路内の電源系統が改良された半導
体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】現在のダイナミックランダムアクセスメ
モリ(DRAM)においては、外部印加電源をそのまま
用いるよりもむしろ、集積回路自体で電圧を発生させる
ことが望ましい。これは、集積回路内部で必要とされる
電圧レベルが複数であっても、集積回路に接続される外
部印加電源を単一にすることを可能にする。
【0003】現在のDRAMでは外部印加電源電圧を単
一として、他に必要な電圧は集積回路内部で発生させる
方法が取られている。内部電圧発生回路としては、基板
電位ないしウェル電位を供給する基板電位発生回路、内
部電源として用いる内部電源電圧発生回路、内部基準電
位として用いる基準電位発生回路などがある。
【0004】内部電源として用いる電圧発生回路として
は、昇圧回路と降圧回路とがある。これらの内部電圧発
生回路は、外部電源電圧に対する集積回路の動作マージ
ンの向上や信頼性の確保を狙いとして用いられる。特
に、近年は、外部印加電源電圧が低電圧化される傾向に
あり、昇圧回路を登載したDRAMが提案されてきてい
る。
【0005】従来技術の構成例を図21(a)〜(d)に
示す。同図(a)に示す例は、内部電源電圧発生回路を
用いない例で、ワード線駆動にはブートストラップ方式
を用い、周辺回路は外部印加電源電圧をそのまま用いて
いるものである。例えば1MビットDRAMや4Mビッ
トDRAMではこの方式が取られていた。
【0006】同図(b)に示す例は、周辺回路の電源と
して内部降圧電位発生回路の出力を用いる方法で、例え
ば16MビットDRAMではこの方式が取られていた。
同図(c)と(d)とに示す例は、外部印加電源電圧の
低電圧化に対応するために、ブートストラップ方式では
なく昇圧電位発生回路の出力をワード線駆動系回路の電
源として用いるものである。これらのうち、(c)に示
す例は、周辺回路の電源として外部印加電源電圧をその
まま用いるもので、(d)に示す例は、周辺回路の電源
として内部降圧電位発生回路を用いるものである。これ
らの方式は例えば64MビットDRAMでの使用が考え
られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、DRA
Mの周辺回路の電源として外部印加電源電圧よりも低い
電圧を発生させる降圧電位発生回路を用いることや、ワ
ード線駆動系回路の電源として外部印加電源電圧よりも
高い電圧を発生させる昇圧電位発生回路を用いること
は、従来からの技術である。
【0008】しかしながら、従来の内部電源電圧システ
ムは、図22に示すように、昇圧回路は外部印加電位VC
Cにより駆動され、電位VCCを内部昇圧電位φPに昇
圧する。また、降圧回路も同様にして、入力された電位
VCCを内部降圧電位φDに降圧する。この構成である
と、電位VCCの電位レベルが変動すると、内部昇圧電
位φPおよび内部降圧電位φDの電位レベルまでもが一
緒に変動する。
【0009】集積度が低く、また、動作速度が比較的遅
い世代のDRAMでは、上記の変動は許容誤差の範囲で
あるが、今後の、64M、256M、1G、…という超
大規模集積、および超高速動作の世代となるDRAMを
考えれば、内部電源電圧の微弱な変動が、誤動作の原因
に充分になり得る。
【0010】この発明は、上記のような点に鑑みて為さ
れたもので、その目的は、外部から印加される電源電位
が変動しても、内部電源電位の変動を抑制できる半導体
集積回路装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体集積回路装置は、集積回路部
と、外部から印加され、電位レベルの変動がある第1の
電位を、ある電位レベルで制限することによって電位変
動が少ない定電位領域を得た第2の電位に変換する変換
手段と、前記第2の電位を電源に用いて駆動され、少な
くとも前記集積回路部内の回路の動作電源に用いられる
第3の電位を発生させる第1の発生手段と、前記第3の
電位を用いて、少なくとも前記集積回路部内の他の回路
の動作電源に用いられる第4の電位を発生させる第2の
発生手段とを具備することを特徴としている。
【0012】また、前記変換手段は第1の電位を、ある
電位レベルで制限する降圧回路であり、前記発生手段は
前記第2の電位を電源に用いて駆動され、前記第3の電
位を前記第2の電位の定電位領域を反映したまま昇圧す
る昇圧回路であることを特徴としている。
【0013】
【0014】また、この発明に係る半導体集積回路装置
他の態様では、集積回路部と、外部から印加され、電
位レベルの変動がある第1の電位を、ある電位レベルで
制限することによって電位変動が少ない定電位領域を得
た第2の電位に変換する変換手段と、前記第2の電位を
電源に用いて駆動され、第3の電位を発生させる第1の
発生手段と、前記第3の電位を用いて、少なくとも前記
集積回路部内の回路の動作電源に用いられる第4の電位
を発生させる第2の発生手段と、前記第2の電位を電源
に用いて駆動され、前記集積回路部内の他の回路の動作
電源に用いられる第5の電位を発生させる第3の発生手
段とを具備することを特徴としている。
【0015】
【作用】上記構成を有する半導体集積回路装置である
と、少なくとも集積回路を動作させるための第3の電位
を発生させる第1の発生手段が、外部から印加される第
1の電位を、ある電位レベルで制限することによって電
位変動が少ない定電位領域を得た第2の電位を電源に用
いて駆動される。即ち第1の発生手段は、外部から印加
される第1の電位が変動しても、その動作電源には第2
の電位が用いられているから、その動作状態は変化し難
い。よって、第1の発生手段からは、変動の少ない第3
の電位を、定常的に発生させることができる。
【0016】さらに、変換手段が降圧回路であり、前記
発生手段が前記第3の電位を前記第2の電位の定電位領
域を反映したまま昇圧する昇圧回路であると、上記目的
を達成できる上に、第1の電位が、ある電位レベルで制
限した第2の電位を、その定電位領域を反映したまま昇
圧することで第3の電位を得られる。このために、単に
第1の電位を、ある電位レベルで制限するだけで定電位
領域を得た電位を発生させるだけの装置よりも、第3の
電位における定電位領域の範囲が拡がる。よって、装置
の動作マ−ジンが拡大し、誤動作を、より発生し難くで
きる。このような昇圧ができる昇圧回路としては、チャ
−ジポンプ回路がある。
【0017】また、第2の発生手段を、ドレインに前記
第1の電位が印加され、ソ−スから前記第4の電位を出
力する絶縁ゲ−ト型FETを含むソ−スフォロワ型の降
圧回路とし、その絶縁ゲ−ト型FETのゲ−トに前記第
3の電位を印加するようにする。この構成であると、ま
ず、比較的単純に降圧回路を構成できる。
【0018】しかも、絶縁ゲ−ト型FETを、第3の電
位、即ち昇圧された電位で駆動する。このため、降圧電
位φDが有する定電位領域102 の範囲が広くすることが
でき、動作マ−ジンが拡大する。
【0019】さらに前記第3の電位を、前記降圧電位に
比べてソ−スフォロワ型の絶縁ゲ−ト型FETのしきい
値分高くすると、前記降圧電位を、内部電源電位として
理想的な、電位が低い時は外部から印加される第1の電
位が低い時の変化率と同じ変化率を示し、電位が高い時
は外部から印加される第1の電位が高い時の変化率より
小さい変化率を示すように設定することができる。
【0020】また、他の態様においても同様な作用が得
られる上、集積回路への給電系統が二系統、即ち第3の
電位の系統と第5の電位との二系統が設けられるので、
第4の電位を発生させるにあたり、集積回路の影響を受
けない。また、第1、第2の発生手段が設けられている
ので、第4の電位を発生させるための第3の電位と、集
積回路用の第5の電位とをそれぞれ独立して設定するこ
とができる。
【0021】
【実施例】以下、この発明を実施例により説明する。こ
の説明に際し、全ての図面において、同一の部分には同
一の参照符号を付し、重複する説明は避けることにす
る。図1は、この発明の第1の実施例に係るダイナミッ
ク型RAMのブロック図である。
【0022】図1に示すように、ICチップ1内には、
外部印加電位VCCから基準電圧φRを発生させる基準
電圧発生回路2、外部印加電位VCC(外部電源)投入
後、所定時間後にリセット信号SRを出力するパワ−オ
ンリセット回路3、基準電圧φRから内部降圧電位φD
を、リセット信号SRが立ち下がるまで出力する起動回
路4、降圧電位φDと接地電位GNDとの電位差により
駆動され、降圧電位φDを降圧回路用昇圧電位φP1に
昇圧する降圧回路用昇圧回路5、昇圧電位φP1により
制御され、印加電位VCCを内部降圧電位φDに降圧す
るソ−スフォロワ型降圧回路6、降圧電位φDと接地電
位GNDとの電位差により駆動され、降圧電位φDをワ
−ド線駆動系回部用昇圧電位φP2に昇圧するワ−ド線
駆動系回部用昇圧回路7と、降圧電位φDと接地電位G
NDとの電位差、並びに昇圧電位φP2と接地電位GN
Dとの電位差により駆動される回路をそれぞれ含む集積
回路部8とが設けられている。第1の実施例に係る装置
はダイナミック型RAMであり、集積回路部8には、主
要な回路として、メモリセルアレイ9、ワ−ド線駆動系
回路10、周辺回路11が設けられている。
【0023】次に、その動作について説明する。外部電
源を投入後、基準電圧発生回路2は基準電圧φRを発生
し、ほぼ同時にパワ−オンリセット回路が“H”レベル
のリセット信号SRを出力する。“H”レベルのリセッ
ト信号SRは起動回路4に入力され、また、基準電圧φ
Rは起動回路4、昇圧回路5および7にそれぞれ入力さ
れる。起動回路4は、基準電圧φRの入力、並びに
“H”レベルのリセット信号SRの入力を受けて導通
し、リセット信号SRが“H”レベルの間、降圧電位φ
Dを出力し続ける。降圧電位φDは、昇圧回路5および
7、並びに集積回路部8(ワ−ド線駆動系回路10、周辺
回路11)に高電位電源として供給される。昇圧回路5お
よび7は、降圧電位φDの供給により、動作電源が印加
される。よって導通し、昇圧電位φP1およびφP2を
それぞれ出力する。昇圧電位φP1はソ−スフォロワ型
降圧回路6に入力され、昇圧電位φP2は集積回路部8
(ワ−ド線駆動系回路10)に高電位電源として供給され
る。降圧回路6は昇圧電位φP1が“H”レベルの間、
導通し続け、印加電位VCCを降圧電位φDに降圧し、
降圧電位φDを出力し続ける。ここで、パワ−オンリセ
ット回路3は、電源投入後から、降圧回路6が降圧電位
φDを出力するまでの時間に合わせてリセット信号SR
を“H”レベルから“L”レベルに立ち下げる。起動回
路4は、“L”レベルのリセット信号SRの入力を受け
て遮断し、以後、降圧電位φDは、起動回路4から、降
圧回路6に代わって出力される。
【0024】次に、昇圧回路5および7の構成について
説明する。図2は、図1に示す降圧回路用昇圧回路5、
およびワ−ド線駆動系回路用昇圧回路7のブロック図で
ある。
【0025】図1に示す昇圧回路5および7の構成は、
ともに同一であるので、一つの図を参照して同時に説明
する。図2に示すように、昇圧回路5および7は、基準
電位φRが入力され、昇圧回路5および7の出力である
昇圧電位φPを設定電位に制御するための電圧制御回路
12と、降圧電位φDと接地電位との電位差を動作電源と
し、電圧制御回路12からの制御信号S0、BS0(先頭
のBは反転信号を示す)により制御され、チャ−ジポン
プ回路のキャパシタを駆動するためのクロック信号CL
Kを出力する発振回路13と、降圧電位φDと接地電位と
の電位差を動作電源とし、クロック信号CLKをチャー
ジポンプ回路のキャパシタの駆動に適したクロック信号
CLK0に変換するためのバッファ回路14と、降圧電位
φDと接地電位との電位差を動作電源とし、クロック信
号CLK0により制御されて降圧電位φDを昇圧電位φ
Pに昇圧して出力するチャ−ジポンプ回路15と、昇圧電
位φPを電圧制御回路12にフィ−ドバックさせるための
帰還路16とにより構成されている。
【0026】次に、昇圧回路の各ブロックの回路構成を
参照しつつ、その動作について説明する。図3は図2に
示す電圧制御回路12の回路図である。
【0027】図3に示すように、電圧制御回路12は、主
に電圧発生部17と、制御信号発生部18とにより構成され
ている。外部電源を投入後、基準電位φRが、電圧発生
部17のNチャネル型MOSFET(以下NMOSと称
す)19のゲ−トに入力される。これにより、NMOS19
が導通し、NMOS19のドレインが低電位となる。NM
OS19のドレインからは、“L”レベルの内部電圧信号
SCが取り出され、“L”レベルの信号SCは、制御信
号発生部18のインバ−タ20の入力に供給される。インバ
−タ20は、降圧電位φDと接地電位との電位差により駆
動される。インバ−タ20の電源端子に降圧電位φDが供
給されると、インバ−タ20は、“H”レベルの制御信号
S0を出力する。また、信号S0は、インバ−タ21の入
力に供給される。インバ−タ21も、インバ−タ20と同様
に降圧電位φDと接地電位との電位差により駆動され
る。インバ−タ21は、“L”レベルの制御信号BS0を
出力する。
【0028】尚、基準電圧発生回路2についての具体的
な回路は省略するが、基準電圧発生回路2は、一般に外
部印加電源電圧に対する依存性の低い回路である。図4
は図2に示す発振回路13の回路図である。
【0029】図4に示すように、発振回路13は、主に互
いに直列接続された五段のCMOSインバ−タ22〜26
と、最終段のインバ−タ26の出力を、初段のインバ−タ
22の入力に帰還させる帰還路27とにより構成されたリン
グ発振器である。これら五段のCMOSインバ−タ22〜
26はそれぞれ、降圧電位φDと接地電位との電位差によ
り駆動される。
【0030】制御信号S0は、ソ−スを降圧電位φDが
供給される電源端子に接続し、ドレインを第二段のイン
バ−タ23の入力に接続したPMOS28のゲ−トに入力さ
れる。これと同時に制御信号S0は、ソ−スを接地端子
に接続し、ドレインを初段のインバ−タ22のNMOS29
のソ−スに接続したNMOS30のゲ−トに入力される。
【0031】また、制御信号BS0は、ソ−スを降圧電
位φDが供給される電源端子に接続し、ドレインを第二
段のインバ−タ23のPMOS31のソ−スに接続したPM
OS32のゲ−トに入力される。これと同時に制御信号B
S0は、ソ−スを接地端子に接続し、ドレインを第三段
のインバ−タ24の入力に接続したNMOS33のゲ−トに
入力される。
【0032】ここで、制御信号S0が“H”レベル、B
S0が“L”レベルの場合、PMOS28とNMOS33が
遮断し、NMOS30とPMOS32が導通するので、五段
のCMOSインバ−タ22〜26にそれぞれ、動作電源が供
給される。よって、発振回路13が活性化し、所定のクロ
ック信号CLKを発振する。
【0033】図5は図2に示すバッファ回路14の回路図
である。図5に示すように、バッファ回路14は、互いに
直列接続された二段のインバ−タ33、34により構成され
ている。これら二段のインバ−タ33、34はそれぞれ、降
圧電位φDと接地電位との電位差により駆動される。
【0034】クロック信号CLKはインバ−タ34の入力
に供給され、チャ−ジポンプ回路15の駆動に適切なクロ
ック信号CLK0変換されて、インバ−タ35から出力さ
れる。
【0035】図6は図2に示すチャ−ジポンプ回路15の
回路図である。図6に示すように、チャ−ジポンプ回路
15は、降圧電位φDが供給される電源端子と昇圧電位φ
Pが生成される出力される出力端子との間に、互いに順
方向接続となるように直列された二つのダイオ−ド36お
よび37と、ダイオ−ド36のカソ−ドとダイオ−ド37のア
ノ−ドとの間に一方の電極を接続し、他方の電極をクロ
ック信号CLK0が供給される入力端子に接続したキャ
パシタ38と、ダイオ−ド37のカソ−ドに一方の電極を接
続し、他方の電極を接地したキャパシタ39とにより構成
されている。
【0036】クロック信号CLK0がキャパシタ38の他
方の電極に入力されると、ダイオ−ド37の出力ノ−ドの
電位が、降圧電位φDよりも高くなり、昇圧電位φPが
生成される。この昇圧電位φPは、図3に示す電圧制御
回路12の電圧発生部17に帰還される。
【0037】図3に示すように、電圧発生部17には昇圧
電位φPが供給される電源端子と接地端子との間に直列
接続された抵抗40および41が設けられている。抵抗40と
抵抗41との相互接続点は、ソ−スを接地したNMOS42
のゲ−トに接続される。
【0038】昇圧電位φPは、抵抗40と抵抗41とによる
抵抗分割を用いて変換電位φSに電圧変換される。ここ
で、変換電位φSは、基準電位φRと比較される。NM
OS42は、昇圧電位φPが設定された電位よりも低い場
合に遮断し、一方、高い場合に導通する。
【0039】NMOS42が遮断している時は、電圧発生
部17は“L”レベルの内部電圧信号SCを出力するの
で、上記してきたような動作が行われ、クロック信号C
LK、並びにCLK0を発生させるので、チャ−ジポン
プ回路15は、降圧電位φDを昇圧し続ける。
【0040】反対にNMOS42が導通した時、NMOS
42は、ソ−スを印加電位VCCが供給される電源端子に
接続し、ドレインをNMOS19のドレインに接続したP
MOS43、並びにソ−スを印加電位VCCが供給される
電源端子に接続し、ドレインをNMOS42のドレインに
接続したPMOS44をそれぞれ導通させる。このため
に、内部電圧信号SCは“H”レベルとなり、制御信号
S0は“L”レベル、BS0は“H”レベルとなる。制
御信号S0は“L”レベル、BS0は“H”レベルとな
ると、図4に示す発振回路13のNMOS30、PMOS32
は遮断し、PMOS28、NMOS33は導通する。よっ
て、初段および第二段のインバ−タ22および23には動作
電源が供給されなくなり、非活性化する。また、第三段
のインバ−タ24の入力には、制御信号BS0が“H”レ
ベルの間、“L”レベルの信号が入力されることにな
り、インバ−タ24は“H”レベルの信号を出力し続け
る。よって、クロック信号CLKは発生せず、“H”レ
ベルに固定される。よって、チャ−ジポンプ回路15は、
降圧電位φDを昇圧しない。
【0041】以上のように、図1に示す昇圧回路5およ
び7の構成は、ともに同一ではあるが、降圧回路駆動用
の昇圧電位φP1と、ワ−ド線駆動系回路用の昇圧電位
φP2とをそれぞれ、別の値に設定することができる。
この場合には、例えばバッファ回路14のトランジスタの
サイズやインピ−ダンス、並びにチャ−ジポンプ回路15
のキャパシタのカップリング比などを、それぞれ最適な
昇圧電位が得られるように調節すれば良い。
【0042】次に、ソ−スフォロワ型降圧回路6の構成
について説明する。図7は、図1に示すソ−スフォロワ
型降圧回路6のブロック図である。図7に示すように、
降圧回路6は、ドレインを印加電位VCCが供給される
電源端子に接続し、ソ−スから降圧電位φDを出力す
る、ソ−スフォロワ型降圧回路のドライバとなるNMO
S45により構成されている。NMOS45のゲ−トには昇
圧回路5からの昇圧電位φP1が供給される。このソ−
スフォロワ型の降圧回路6は、NMOS45のしきい値降
下を利用して内部降圧電位をφDを発生させる機能を持
つものである。また、降圧回路6の出力は降圧電位φD
となるが、電源投入時には動作しないために、起動回路
4が付加されている。起動回路4は、電源投入時に降圧
電位φDを、電源投入時から降圧回路6が動作を始める
までの間だけ発生させるためのものである。
【0043】次に、起動回路4の構成について説明す
る。図8は、図1に示す起動回路4の回路図である。起
動回路4は、外部電源の投入時に、ソースフォロア型降
圧回路6が動作する以前に、降圧電位φDを発生させる
もので、基本的な構成はフィードバック型降圧回路に準
じている。
【0044】外部電源投入後、パワ−オンリセット回路
3は、“H”レベルのリセット信号SRを出力する。
“H”レベルのリセット信号SRは、ソ−スを印加電位
VCCが供給される電源端子に接続したPMOS46のゲ
−ト、ソ−スを接地端子に接続したNMOS47および48
のゲ−トにそれぞれ供給される。よって、外部電源を投
入した直後は、PMOS46が遮断し、NMOS47および
48がそれぞれ導通する。
【0045】また、基準電圧発生回路2から基準電位φ
Rが、NMOS49のゲ−トに入力される。NMOS49の
ソ−スは、NMOS47のドレインに接続されている。こ
れにより、NMOS49が導通することで、NMOS49の
ドレインが低電位となる。NMOS49のドレインから
は、“L”レベルの内部電圧信号SC0が取り出され
る。“L”レベルの信号SC0は、ソ−スを印加電圧V
CCが供給される電源端子に接続し、ドレインを抵抗50
の一端に接続したPMOS51のゲ−トに供給される。抵
抗50の他端とNMOS48のドレインとの間には抵抗52が
挿設されている。PMOS51は“L”レベルの内部電圧
信号SC0がゲ−トに入力されることで導通する。よっ
て、PMOS51のドレインと抵抗50との相互接続点から
降圧電位φDが出力される。さらに抵抗50と抵抗52との
相互接続点には、ソ−スをNMOS47のドレインに接続
したNMOS53のゲ−トが接続されている。降圧電位φ
Dは、抵抗50と抵抗52とによる抵抗分割を用いて変換電
位φS0に電圧変換される。ここで、変換電位φS0
は、基準電位φRと比較される。NMOS53は、降圧電
位φDが設定された電位よりも低い場合に遮断する。こ
れにより、“L”レベルの内部電圧信号SC0がNMO
S49のドレインが出力され続け、PMOS51のインピー
ダンスを下げ、降圧電位φDを設定された電位まで上げ
るように機能する。
【0046】反対に降圧電位φDが設定された電位より
も高くなった場合には、NMOS53は導通する。NMO
S42は、ソ−スを印加電位VCCが供給される電源端子
に接続し、ドレインをNMOS49のドレインに接続した
PMOS54、並びにソ−スを印加電位VCCが供給され
る電源端子に接続し、ドレインをNMOS53のドレイン
に接続したPMOS55をそれぞれ導通させる。このため
に、内部電圧信号SC0は“H”レベルとなり、PMO
S51のインピーダンスを上げ、降圧電位φDを設定され
た電位まで下げるように機能する。
【0047】パワーオンリセット回路3は、外部印加電
源投入時には“H”レベル、しかる後、即ち図1に示し
た降圧回路6が降圧電位φDを出力するようになった時
点で、“L”レベルとなるリセット信号SRを発生させ
る。リセット信号SRが“L”レベルとなると、PMO
S46が導通し、PMOS51のゲ−トを高電位とし、PM
OS51を遮断させる。さらにNMOS47および48を遮断
させる。よって、起動回路4には動作電源の供給がなく
なって、その動作が停止する。
【0048】次に、図1に示す集積回路部8の構成につ
いて説明する。図9は、図1に示すワ−ド線駆動系回路
10および周辺回路11の一部の回路図である。
【0049】図9に示すように、ダイナミック型RAM
の周辺回路11の例として、ワード線ドライバ選択回路56
とローデコーダ回路57とが示されている。また、ワ−ド
線駆動系回路10の例として、一本のワ−ド線を昇圧電位
φP2により駆動するワード線ドライバ回路が示されて
いる。
【0050】ワード線ドライバ選択回路56は、複数のア
ドレス信号が入力されて、これらアドレス信号の組み合
わせから、一つのデコ−ド信号SDWLを出力するNA
NDゲ−ト58により構成されている。同様に、ローデコ
ーダ回路57は、複数のアドレス信号が入力されて、これ
らアドレス信号の組み合わせから、一つのデコ−ド信号
SWLを出力するNANDゲ−ト59により構成されてい
る。これらNANDゲ−ト58および59は、降圧電位φD
と接地電位との電位差により駆動される。
【0051】デコ−ド信号SDWLは、レベルシフタ60
の入力、およびインバ−タ61の入力に供給される。デコ
−ド信号SDWLは、レベルシフタ60で、最大電位が、
実質的に昇圧電位φP2とされた増幅信号SD1WLに
レベルシフトされる。
【0052】ワード線ドライバ選択回路56が、“H”レ
ベルのデコ−ド信号SDWLを出力した時には、レベル
シフタ60の出力から、PMOS62のソ−スに“H”レベ
ルの増幅信号SD1WLが供給される。これにより、P
MOS62とNMOS63とから成るCMOSインバ−タ64
に動作電源が与えられ、インバ−タ64が活性化される。
インバ−タ64が活性化された後、ローデコーダ回路57か
らのデコ−ド信号SWLの“H”か“L”に応じて、図
示せぬワ−ド線へ、最大電位がほぼ昇圧電位φP2の、
昇圧電位φP2WLが出力され、ワ−ド線が昇圧電位で
駆動される。
【0053】ワード線を駆動するドライバMOSFET
が、Pチャネル型であると、外部印加電源電圧が低い場
合にもワード線を十分に昇圧することができるから、近
年注目されている方式である。そして、この場合には当
然ながら、ワード線駆動系回路に電源として供給される
昇圧電位φP2には、電位変動がなく安定したものが望
ましい。
【0054】尚、デコ−ド信号SWLも、レベルシフタ
65で、最大電位が、実質的に昇圧電位φP2とされた増
幅信号S1WLにレベルシフトされる。反対に、ワード
線ドライバ選択回路56が、“L”レベルのデコ−ド信号
SDWLを出力した時には、レベルシフタ60の出力か
ら、PMOS62のソ−スには、“L”レベルの増幅信号
SD1WLが供給される。これにより、CMOSインバ
−タ64には動作電源がなくなり、インバ−タ64が非活性
となる。この時、インバ−タ61は“H”レベルの信号を
出力する。この“H”レベル信号は、ドレインをインバ
−タ64に接続し、ソ−スを接地したNMOS66のゲ−ト
に入力される。よって、NMOS66が導通し、“L”レ
ベルのデコ−ド信号SDWLが出力されている間、イン
バ−タ64の出力を“L”レベルに固定する。このインバ
−タ66は、降圧電位φDと接地電位との電位差により駆
動される。
【0055】図10は、図9に示すレベルシフタ61、65の
回路図である。図9に示すレベルシフタ61、65の構成
は、ともに同一であるので、一つの図を参照して同時に
説明する。
【0056】図10に示すように、デコ−ド信号SDWL
(もしくはSWL)は、ソ−スを接地したNMOS67の
ゲ−ト、並びにインバ−タ68の入力に供給される。
“H”レベルのデコ−ド信号SDWL(もしくはSW
L)がNMOS67のゲ−トに供給されると、NMOS67
が導通し、ソ−スを昇圧電位φP2に接続したPMOS
68のゲ−トを低電位とする。よって、PMOS68が導通
し、最大電位が、ほぼ昇圧電位φP2の増幅信号SD1
WL(もしくはS1WL)が出力される。
【0057】また、“L”レベルのデコ−ド信号SDW
L(もしくはSWL)がNMOS67のゲ−トに供給され
た時には、NMOS67は導通する。この時には、インバ
−タ68が“H”レベルの信号を出力する。この“H”レ
ベルの信号は、ソ−スを接地し、ドレインをPMOS68
のドレインに接続したNMOS69のゲ−トに供給され
る。よって、NMOS69が導通し、“L”レベルのデコ
−ド信号SDWL(もしくはSWL)が出力されている
間、レベルシフタ60(もしくは65)の出力を“L”レベ
ルに固定する。このインバ−タ68は、降圧電位φDと接
地電位との電位差により駆動される。
【0058】上記第1の実施例により説明したダイナミ
ック型RAMには、以下に説明する、重要な構成が含ま
れている。図11は図1に示すダイナミック型RAMの主
要部分のみを示す概略的なブロック図である。
【0059】まず、内部昇圧回路5および7が、内部降
圧回路6の降圧電位φDを動作電源に用いて駆動され
る。昇圧回路5および7の動作電源を降圧電位φDとす
る方式によれば、外部印加電位VCCが変動しても昇圧
回路5および7の動作があまり変わらないようになる。
即ち降圧電位φDがある電位レベルで制限されることに
よって電位変動が少ない定電位領域を得ているからであ
る。この定電位領域の範囲内での印加電位VCCの変動
ならば、昇圧回路5および7の動作電源電圧は変わらな
い。よって、昇圧回路5および7自体の動作マージンを
確保できる。
【0060】また、昇圧電位φPが、降圧電位φDを昇
圧することで得られている。これは、外部電源電圧の変
動による内部昇圧電位φPの変動を防止できるばかりで
なく、半導体集積回路装置を、広範囲の外部電源電圧で
動作させることが可能になる。
【0061】図18は内部昇圧電圧の特性を示す図で、
(a)は従来の装置による内部昇圧電圧の特性図、
(b)はこの発明に係る装置による内部昇圧電圧の特性
図である。図18(a)に示すように、外部電源電位VC
Cを昇圧することで得た、内部昇圧電位φPでは、図中
参照符号Aにより示されるように外部電源電位がVCC
aからVCCbの範囲で変動したとすると、内部昇圧電
位φPは、φPaからφPbの範囲で変動してしまう。
【0062】これを、図18(b)に示すように、外部電
源電位VCCを、ある電位レベルで制限することによ
り、IC内部における電源電圧の変化率が小さい領域、
即ち定電位領域100 を得た降圧電位φDを得る。そし
て、この降圧電位φDを、その定電位領域を反映したま
ま、昇圧して昇圧電位φPを得る。このようにして得ら
れた昇圧電位φPでは、IC内部における電源電圧の変
化率が小さい領域(定電位領域)101 を有している。こ
のために、外部電源電位がVCCaからVCCbまで変
動したとしても、定電位領域101 の範囲内の変動なら
ば、昇圧電位φPは変化しない。よって、外部電源電圧
の変動による内部昇圧電位φPの変動を防止できる。さ
らにこの構成であると、半導体集積回路装置を、例えば
5Vを供給しても3.3Vを供給しても、誤動作するこ
ともなく、常に同じように動作させられる、という広範
囲な外部電源電圧での動作をも実現可能となる。
【0063】また、昇圧回路5および7の電源を、降圧
回路6の出力電位とすれば昇圧電位φPを外部電源電圧
VCC以下に設定することも可能となり、外部電源電圧
VCCが高い場合にも、その動作を保証することができ
ることになる。
【0064】尚、従来の装置においても、昇圧電位φP
を発生させる昇圧回路を電圧制御回路で制御して、IC
内部における昇圧電位φPの変化率が小さい領域を作る
ことも可能であるが、昇圧電位φPは昇圧回路で発生さ
せる電位なので昇圧回路の電源である電位VCCより低
く設定することはできず、ごく限られた領域でしか、昇
圧電位φPの変化率の小さい領域を作ることができな
い。さらには、昇圧回路の電源が電位VCCの変動によ
って、昇圧回路の発振周波数や電流供給能力が変化す
る、という問題を生ずる。
【0065】また、第1の実施例に係る装置では、周辺
回路駆動用降圧電位φDを発生させるための昇圧電位φ
P1とワード線駆動用昇圧電位φP2とを独立に制御で
きる。
【0066】降圧電位φDを発生させるための昇圧電位
φP1は、動作速度や消費電流やタイミングマージンな
どを考慮して電位設定されることが望ましく、また、ワ
ード線駆動用の昇圧電位φP2はメモリセルのポーズ特
性やトランスファートランジスタ特性や充放電電流や信
頼性などを考慮して電位設定されることが望ましい。従
って、昇圧電位φP1と昇圧電位φP2とは、独立に変
えて最適化することで、DRAM全体としての特性を向
上させることができる。
【0067】さらに、単にDC的な電位設定の自由度の
点だけではなく、AC的な動作を考えた場合にも、昇圧
回路を独立させることは有効である。なぜなら、ワード
線駆動系回路10に供給される昇圧電位φP2は、ワード
線系回路の動作に伴う充放電のために時間的に変動して
しまう。この昇圧電位φP2をソースフォロア型降圧回
路のドライバとなるMOSFETのゲートに接続した場
合には、周辺回路11に供給される降圧電位もワード線駆
動系回路の動作に伴って変動してしまい、動作マージン
の低下を引き起こすからである。
【0068】この点、図11に示すように、ワード線駆動
系回路の駆動用に設けられた昇圧回路7とは別に、ソー
スフォロア型降圧回路6のドライバMOSFETのゲー
トに電位を供給するための昇圧回路5を設けている。即
ち、第1の実施例に係る装置では、昇圧電位を給電する
給電系統が二つ設けられている。二つの給電系統が設け
られると、回路構成が複雑になるが、ソースフォロア型
降圧回路6に昇圧電位φP1を供給する昇圧回路7は電
流能力のごく小さいもので構わないために、チップサイ
ズの増大につながるようなものではない。従って、回路
構成が複雑になるというデメリットよりも、降圧電位φ
Dを発生させるための昇圧電位φP1とワード線駆動用
の昇圧電位φP2とを独立に設けることで、ワード線駆
動系回路10の動作が、降圧電位φDを発生させるための
昇圧電位φP1の変動をもたらさない、というメリット
の方が大きい。
【0069】また、ソースフォロア型降圧回路6を用い
ることは、比較的単純に降圧回路を構成でき、さらに、
IC内部の複数箇所に降圧回路を分散配置しやすいこと
から、IC中への集積に適している。
【0070】また、図7に示したように、ソ−スフォロ
ワ型降圧回路6に、ソ−スフォロワ型のNMOS45を使
用した場合には、昇圧電位φP1をNMOS45のゲ−ト
に供給することが好ましい。
【0071】図19は内部降圧電圧の特性を示す図で、
(a)は従来の装置による内部降圧電圧の特性図、
(b)はこの発明に係る装置による内部降圧電圧の特性
図である。図19(a)に示すように、外部印加電圧VC
Cを、ある電位で制限することで得た制限電位VCをN
MOS45のゲ−トに供給して降圧電位φDを得た場合に
は、降圧電位φDが有する定電位領域102 の範囲が狭く
なる。定電位領域102 の範囲を越えて外部電源電圧がV
CCaまで変動したとすると、降圧電位φDは、降圧電
位φDaに変動する。
【0072】この点、図19(b)に示すように、昇圧電
位φDをNMOS45のゲ−トに供給して降圧電位φDを
得た場合には、降圧電位φDが有する定電位領域102 の
範囲が広くすることができ、動作マ−ジンが拡大する。
【0073】また、内部電源電圧の理想としては、外部
電源電圧VCCが低い時にこの電圧VCCと同じ変化率
を示し、反対に外部電源電圧VCCが高い時にこの電圧
VCCの変化率よりも小さい変化率を示すことである。
即ち図17(b)に示す降圧電位φDのような特性であ
る。このような特性を実現するために、NMOS45のゲ
−トに、昇圧電位φP1を供給する。そして、昇圧電位
φP1を、NMOS45のしきい値分降下されることで得
られた降圧電位φDが、図17(b)に示す特性となるよ
うに、NMOS45のしきい値分以上に上げた値に設定す
る。
【0074】次に、この発明の第2の実施例に係るダイ
ナミック型RAMについて説明する。図12はこの発明の
第2の実施例に係るダイナミック型RAMの主要部分の
みを示す概略的なブロック図である。
【0075】図12に示すように、ワード線を駆動するた
めのワード線駆動系回路10の電源として昇圧回路5から
発生された昇圧電位φP2を用い、周辺回路11の電源と
して降圧回路70から発生された降圧電位φDを用いた装
置において、昇圧回路5の電源として降圧回路70から発
生された降圧電位φDを用いたものである。
【0076】このような構成であっても、昇圧回路5
が、降圧電位φDを電源に用いているので、第1の実施
例に係る装置と同様、特に図16(b)を参照して説明し
たように、動作マ−ジンを拡大できる、という効果を得
ることができる。この説明で、既に述べたように、昇圧
回路5から発生される昇圧電位φP2の出力は外部電源
電圧よりも内部降圧電位の特性と同様に、定電位領域を
持たせることが望ましいので、昇圧回路5の駆動電源は
外部電源電圧VCCをそのまま用いるよりも、内部降圧
回路の出力電位φDを用いた方が適している。
【0077】また、図12に示される装置では、第1の実
施例と同様に、昇圧電位を、降圧電位発生用の昇圧電位
φP1と集積回路駆動用の昇圧電位φP2とに分割して
いるが、降圧回路用の昇圧回路7においては、必ずしも
降圧電位φDにより駆動される必要はない。降圧回路70
を駆動するだけであるからである。また、降圧回路70に
ついても、ソ−スフォロワ型に限られることはなく、外
部電源電位VCCを、ある電位レベルで制限されるもの
であれば良い。
【0078】次に、この発明の第3の実施例に係るダイ
ナミック型RAMについて説明する。図13はこの発明の
第3の実施例に係るダイナミック型RAMの主要部分の
みを示す概略的なブロック図である。
【0079】図13に示すように、昇圧電位φPの給電系
統は、必ずしも二系統設けられる必要はない。この構成
であっても、昇圧回路5を、降圧電位φDを電源に用い
て駆動されることから、第1の実施例に係る装置と同
様、特に図16(b)を参照して説明したように、動作マ
−ジンを拡大できる、という効果を得ることができる。
【0080】次に、この発明の第4の実施例に係るダイ
ナミック型RAMについて説明する。図14はこの発明の
第3の実施例に係るダイナミック型RAMの主要部分の
みを示す概略的なブロック図である。
【0081】図14に示すように、昇圧電位φPの給電系
統を二系統設けず、かつ降圧回路を、ソ−スフォロワ型
のものとしなくても良い。この構成であっても、昇圧回
路5を、降圧電位φDを電源に用いて駆動されることか
ら、第1の実施例に係る装置と同様、動作マ−ジンを拡
大できる。
【0082】この発明は、上記第1〜第4の実施例に限
られるものでは無く、様々な変形が可能である。図15は
ワ−ド線駆動系回路のその他の例を示す回路図である。
【0083】図15に示すワ−ド線駆動系回路と、図9に
示したワ−ド線駆動系回路との違いは、図9に示した回
路では、ワード線ドライバ選択回路56から出力されたデ
コ−ド信号SDWLをレベルシフタ60により電圧信号S
D1WLにレベルシフトする。そして、出力をワ−ド線
に接続したインバ−タ63を、レベルシフトされた電圧信
号SD1WLにより駆動するようにして、出力φP2W
Lを出力するようにしている。
【0084】これに対して、図15に示す回路では、ワー
ド線ドライバ選択回路56からの、レベルシフトされたデ
コ−ド信号BSD1WL(デコ−ド信号SDWLの反転
信号)と一方の入力とした、NORゲ−ト70を設けてい
る。NORゲ−ト70の他方の入力は、ロ−デコ−ダ回路
57からの、レベルシフトされたデコ−ド信号BS1WL
(デコ−ド信号SDWLの反転信号)である。NORゲ
−ト70は、デコ−ド信号BSD1WL、BS1WLがと
もに“L”レベルの時のみ、“H”レベルの信号を出力
する。この“H”レベルの信号は、インバ−タ71により
“L”レベルとされる。この“L”レベルの信号は、イ
ンバ−タ64に入力され、その出力信号φ2WLを“H”
レベルとする。このように、変形されても良い。
【0085】また、上記実施例では明示されていない
が、周辺回路11には、ワード線駆動用昇圧回路φP2の
出力で駆動されるものも含まれている。例としては図16
や図17に示す周辺回路11である。また、デコ−ド用のN
AND、例えば図9や図15に示したNAND58および59
に対応するNANDを構成するPMOSのゲ−トに、図
10に示したようなレベルシフト回路によって、電圧φP
2の振幅を有する信号を入力する一方、NMOSのゲ−
トに電圧φDの振幅を有する信号を入力するものもあ
る。さらに、特に図示しないが、周辺回路11には外部電
源電圧VCCで駆動される回路も含まれている。
【0086】また、昇圧回路の一部を、外部電源電圧V
CCで駆動する場合もある。例えば図12に示す構成とし
た時、降圧回路用の昇圧回路7などは、外部電源電圧V
CCで駆動されても良い。
【0087】また、図1に示した降圧回路6に、図8に
示した起動回路4と同様のフィードバック型降圧回路を
適用しても良い。フィードバック型降圧回路を用いた場
合には、降圧回路用の昇圧回路は不要である。
【0088】また、起動回路4については、第1の実施
例に係る装置のように、起動回路4を必要とする構成の
時のみ、付加されれば良い。尚、起動回路4は、基本的
に降圧回路である。
【0089】また、第1の実施例に係る装置は、比較的
単純な構成を持つダイナミック型RAMを例としている
が、他の構成を持つダイナミック型RAMにも、この発
明を適用することができる。例えばダイナミック型RA
Mにおいて、スタンドバイ時(待機時)用とアクティブ
時(動作時)用とで、それぞれ異なった昇圧回路を設け
たものがあるが、この構成にも、この発明は適用でき
る。
【0090】さらに、この発明は、ダイナミック型RA
Mばかりでなく、DRAM以外の他の半導体記憶装置、
例えばEEPROMなどに、内部降圧電位発生回路と内
部昇圧電位発生回路の双方を備えた時、この発明は適用
できる。さらにメモリを内蔵したマイクロプロセッサに
も適用できる。
【0091】さらには、記憶装置ばかりでなく、ロジッ
クLSIにも適用できる。なぜならば、上記実施例で
は、以下に説明する効果が得られているためである。図
20は、内部電源電圧の特性を示す図で、(a)は従来の
装置による内部電源電圧の特性図、(b)はこの発明に
係る装置による内部電源電圧の特性図である。
【0092】内部電源電圧φを設定するために、外部電
源電位VCCの電位を制限すれば、図20(a)に示すよ
うに、定電位領域103 を得ることができる。これに対し
て、図20(b)に示すように、外部電源電位VCCを電
位を制限し、かつその制限された電位φLを昇圧して、
内部電源電圧φを設定すれば、定電位領域103 の範囲を
より拡張できる。よって、半導体集積回路装置の動作マ
ージンを確保する上で有効である。
【0093】さらに、図20(a)に示す方式であると、
内部電源電圧φが、外部電源電圧VCC以下の電圧にし
か設定することができない。しかし、図20(b)に示す
方式であると、内部電源電圧φが、外部電源電圧VCC
以下だけでなく、外部電源電圧VCC以上にもでき、様
々な内部電源電圧を設定することも可能となる。よっ
て、半導体集積回路装置内に設けられた、複数の回路ブ
ロック、個々の目的に応じて、電源電圧をそれぞれ設定
することも可能となる。この構成でも、外部電源電圧V
CCの変動しても、上記内部電源電圧φは変動し難いこ
とは勿論である。
【0094】以上、この発明は、外部単一電源であっ
て、昇圧回路と降圧回路の双方をチップ内部に備えた半
導体集積回路での有効な電源電圧システムを提供するこ
とができ、広範囲の外部電源電圧VCCでの動作を保証
に有効である。
【0095】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、外部から印加される電源電位が変動しても、内部電
源電位の変動を抑制できる半導体集積回路装置を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1の実施例に係るダイナミ
ック型RAMのブロック図。
【図2】図2は図1に示す昇圧回路のブロック図。
【図3】図3は図2に示す電圧制御回路の回路図。
【図4】図4は図2に示す発振回路の回路図。
【図5】図5は図2に示すバッファ回路の回路図。
【図6】図6は図2に示すチャ−ジポンプ回路の回路
図。
【図7】図7は図1に示すソ−スフォロワ型降圧回路の
回路図。
【図8】図8は図1に示す起動回路の回路図。
【図9】図9は図1に示すワ−ド線駆動系回路および周
辺回路の一部の回路図。
【図10】図10は図9に示すレベルシフタの回路図。
【図11】図11は図1に示すダイナミック型RAMの主
要部分のみを示す概略的なブロック図。
【図12】図12はこの発明の第2の実施例に係るダイナ
ミック型RAMの主要部分のみを示す概略的なブロック
図。
【図13】図13はこの発明の第3の実施例に係るダイナ
ミック型RAMの主要部分のみを示す概略的なブロック
図。
【図14】図14はこの発明の第4の実施例に係るダイナ
ミック型RAMの主要部分のみを示す概略的なブロック
図。
【図15】図15はワ−ド線駆動系回路のその他の例を示
す回路図。
【図16】図16はワ−ド線駆動系回路のその他の例を示
す回路図。
【図17】図17はワ−ド線駆動系回路のその他の例を示
す回路図。
【図18】図18は内部昇圧電圧の特性を示す図で、
(a)は従来の装置による内部昇圧電圧の特性図、
(b)はこの発明に係る装置による内部昇圧電圧の特性
図。
【図19】図19は内部降圧電圧の特性を示す図で、
(a)は従来の装置による内部降圧電圧の特性図、
(b)はこの発明に係る装置による内部降圧電圧の特性
図。
【図20】図20は内部電源電圧の特性を示す図で、
(a)は従来の装置による内部電源電圧の特性図、
(b)はこの発明に係る装置による内部電源電圧の特性
図。
【図21】図21は従来のダイナミック型RAMの方式を
示す図で、(a)図はブ−トストラップ方式を示す図、
(b)図はブ−トストラップ方式で周辺回路を降圧電位
により駆動する方式を示す図、(c)図はワ−ド線を昇
圧電位により駆動する方式を示す図、(d)図はワ−ド
線を昇圧電位により駆動する方式で周辺回路を降圧電位
により駆動する方式を示す図。
【図22】図22は従来のダイナミック型RAMの内部電
源システムを示す図。
【符号の説明】
1…ICチップ、2…基準電圧発生回路、3…パワ−オ
ンリセット回路、4…起動回路、5…降圧回路用昇圧回
路、6…ソ−スフォロワ型降圧回路、7…ワ−ド線駆動
系回路用昇圧回路、8…集積回路部、9…メモリセルア
レイ、10…ワ−ド線駆動系回路、11…周辺回路、1
2…電圧制御回路、13…発振回路、14…バッファ回
路、15…チャ−ジポンプ回路、16…帰還路、17…
電圧発生部、18…制御信号発生部、22,23,2
4,25,26…CMOSインバ−タ、45…Nチャネ
ル型MOSFET、56…ワ−ド線ドライバ選択回路、
57…ロ−デコ−ダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/4074

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積回路部と、 外部から印加され、電位レベルの変動がある第1の電位
    を、ある電位レベルで制限することによって電位変動が
    少ない定電位領域を得た第2の電位に変換する変換手段
    と、 前記第2の電位を電源に用いて駆動され、前記集積回路
    部内のワード線駆動系回路の動作電源に用いられるワー
    ド線駆動電圧としての第3の電位を発生させる第1の発
    生手段と前記第2の電位を電源に用いて駆動され前記
    ワード線駆動電圧とは別の第4の電位を発生させる第2
    の発生手段と、前記第4の電位を用いて、 少なくとも前記集積回路部内
    の他の回路の動作電源に用いられる第5の電位を発生さ
    せる第3の発生手段とを具備することを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記集積回路部はダイナミック型RAM
    であることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回
    路装置。
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