JP4534163B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

この発明は、半導体集積回路装置に関し、主としてダイナミック型RAM(ランダム・アクセス・メモリ)における電源供給技術に利用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and particularly to a technology that is effective when used for a power supply technology in a dynamic RAM (Random Access Memory).

ダイナミック型RAMにおけるメモリセルの情報保持時間を長くするためには基板の不純物濃度を薄くし、アドレス選択MOSFETのソース,ドレイン拡散層と基板との間にできるpn接合の電界を小さくする必要がある。このように基板の不純物濃度を低くすると、上記MOSFETのしきい値電圧が低くなり、ゲート電圧が接地電位のような非選択レベルにした場合のソース,ドレイン間のリーク電流が増加してしまう。このため、ゲートが接続されたワード線の非選択レベルを負電圧にすることが提案されている。この負電圧は、チャージポンプ回路を使用し、それを安定化するためにレベルセンサにより発振回路を間欠的に動作するよう制御するものである。このようにワード線の非選択レベルを負の電圧にし、情報保持時間の改善を図るようにしたダイナミック型RAMの例として、特開平2−5290号公報、特開平6−255566号公報、特開平7−57461号公報及び特開平7−307091号公報がある。
特開平2−5290号公報 特開平6−255566号公報 特開平7−57461号公報 特開平7−307091号公報
In order to increase the information holding time of the memory cell in the dynamic RAM, it is necessary to reduce the impurity concentration of the substrate and to reduce the electric field at the pn junction formed between the source / drain diffusion layers of the address selection MOSFET and the substrate. . When the impurity concentration of the substrate is thus lowered, the threshold voltage of the MOSFET is lowered, and the leakage current between the source and the drain when the gate voltage is set to a non-selection level such as the ground potential is increased. For this reason, it has been proposed to set the non-selection level of the word line to which the gate is connected to a negative voltage. This negative voltage uses a charge pump circuit and controls the oscillation circuit to operate intermittently by a level sensor in order to stabilize it. As examples of the dynamic RAM in which the non-selection level of the word line is set to a negative voltage and the information holding time is improved as described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-5290, Japanese Patent Application Laid-Open No. JP-A-7-57461 and JP-A-7-307091.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-5290 Japanese Patent Laid-Open No. 6-255566 Japanese Patent Laid-Open No. 7-57461 Japanese Patent Laid-Open No. 7-307091

基板電圧は、ビット線やワード線との容量結合により、ビット線やワード線が選択レベルと非選択レベルとの間でレベル変化する際に10%〜30%のように比較的大きな電位変動が生じてしまう。したがって、チャージポンプ回路で基板電圧に供給される負のバックバイアス電圧を上記ワード線の非選択レベルに利用しようとすると、上記容量結合とともに上記ワード線の選択レベルを非選択レベルに引き抜くための電流によって放電が行われてしまい、ワード線の非選択レベルが一時的に不足して情報保持特性を悪化させる大きな原因になることが判明した。そこで、安定的に動作する内部電源回路の改良を図ることを考えた。   The substrate voltage has a relatively large potential fluctuation such as 10% to 30% when the level of the bit line or word line changes between the selection level and the non-selection level due to capacitive coupling with the bit line or word line. It will occur. Therefore, if the negative back bias voltage supplied to the substrate voltage by the charge pump circuit is used for the non-selection level of the word line, the current for pulling out the selection level of the word line to the non-selection level together with the capacitive coupling. As a result, the discharge is performed, and the non-selection level of the word line is temporarily insufficient, which is a major cause of deteriorating information retention characteristics. Therefore, it was considered to improve the internal power supply circuit that operates stably.

この発明は、安定的に動作する内部電源回路を備えた半導体集積回路装置を提供することを目的としている。この発明は、大記憶容量化を図りつつ、情報保持特性の改善を図ったダイナミック型RAMを含む半導体集積回路装置を提供することを他の目的としている。この発明は、信頼性と動作の高速化と低消費電力化を実現した半導体集積回路装置を提供することを更に他の目的としている。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device provided with an internal power supply circuit that operates stably. Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device including a dynamic RAM that has improved information retention characteristics while increasing the storage capacity. It is still another object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit device that realizes reliability, high-speed operation, and low power consumption. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。半導体集積回路装置は、外部端子から供給された外部電源電圧で動作し、前記外部電源電圧と同じ極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きな第1の内部電圧と、前記外部電源電圧と同じ極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きく前記第1の内部電圧よりも絶対値的に小さな第2の内部電圧とを発生する第1電源回路と、前記外部電源電圧で動作し、前記外部電源電圧と異なる極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きな第3の内部電圧と、前記外部電源電圧と異なる極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きく前記第3の内部電圧よりも絶対値的に小さな第4の内部電圧とを発生する第2電源回路と、上記第1及び第2電源回路で形成された第2と第4の内部電圧が印加される内部回路とを備える。前記第1の内部電圧は、上記内部回路を構成する素子が形成されるP型のウェル領域が形成されるN型のウェル領域に印加されるものである。前記第3の内部電圧は、上記内部回路を構成する素子が形成される上記P型のウェル領域に与えられる基板バックバイアス電圧としても用いられるものである。 The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. The semiconductor integrated circuit device operates with an external power supply voltage supplied from an external terminal, and has a first internal voltage having the same polarity as the external power supply voltage and an absolute value larger than the external power supply voltage, and the external power supply voltage A first power supply circuit for generating a second internal voltage having the same polarity and an absolute value larger than the external power supply voltage and smaller than the first internal voltage; and operating with the external power supply voltage; A third internal voltage having a polarity different from that of the external power supply voltage and having an absolute value greater than that of the external power supply voltage, and a polarity different from that of the external power supply voltage and having a value greater than that of the external power supply voltage by absolute value. A second power supply circuit for generating a fourth internal voltage whose absolute value is smaller than the voltage, and an internal circuit to which the second and fourth internal voltages formed by the first and second power supply circuits are applied Is provided. The first internal voltage is applied to an N-type well region in which a P-type well region in which elements constituting the internal circuit are formed is formed. The third internal voltage is also used as a substrate back bias voltage applied to the P-type well region where the elements constituting the internal circuit are formed.

安定的に動作する内部電源回路を備えた半導体集積回路装置を得ることができる。   A semiconductor integrated circuit device including an internal power supply circuit that operates stably can be obtained.

図1と図2には、この発明に係るダイナミック型RAMの一部一実施例の概略回路図が示されている。図1には、そのうちのメモリアレイ部が示され、図2には電源回路が示されている。ダイナミック型RAMを構成するアドレスやデータの入出力インターフェイス、カラム系の選択回路及び制御回路等は省略されている。   FIGS. 1 and 2 are schematic circuit diagrams showing a part of an embodiment of a dynamic RAM according to the present invention. FIG. 1 shows a memory array portion, and FIG. 2 shows a power supply circuit. An address and data input / output interface, a column selection circuit, a control circuit, and the like constituting the dynamic RAM are omitted.

図1において、ダイナミック型メモリセルは、代表として例示的に示されている1つのメモリアレイMACに設けられたワード線W1〜W3…Wnと、2対の相補ビット線bit,/bitのうちの一方bit又は/bitの間に設けられた8つが代表として例示的に示されている。ダイナミック型メモリセルは、アドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsから構成される。アドレス選択MOSFETQmのゲートは、対応するワード線W1等に接続され、このMOSFETQmのドレインが対応するビット線bit等に接続され、ソースに記憶キャパシタCsが接続される。記憶キャパシタCsの他方の電極は共通化されてプレート電圧が与えられる。   In FIG. 1, a dynamic memory cell includes word lines W1 to W3... Wn provided in one memory array MAC, which is exemplarily shown as a representative, and two pairs of complementary bit lines bit and / bit. On the other hand, eight provided between bit or / bit are exemplarily shown as representatives. The dynamic memory cell includes an address selection MOSFET Qm and a storage capacitor Cs. The gate of the address selection MOSFET Qm is connected to the corresponding word line W1 and the like, the drain of the MOSFET Qm is connected to the corresponding bit line bit and the like, and the storage capacitor Cs is connected to the source. The other electrode of the storage capacitor Cs is made common and a plate voltage is applied.

この実施例のダイナミック型RAMにおいては、上記ワード線W1等の選択レベルは、上記ビット線bit等のハイレベルに対して上記アドレス選択MOSFETQmのしきい値電圧分だけ高くされた高電圧VCHとされる。そして、上記ワード線の非選択レベルは、回路の接地電位VSSに対して低くされた負電圧VNNとされる。   In the dynamic RAM of this embodiment, the selection level of the word line W1 or the like is a high voltage VCH that is higher than the high level of the bit line bit or the like by the threshold voltage of the address selection MOSFET Qm. The The non-selection level of the word line is a negative voltage VNN which is lowered with respect to the circuit ground potential VSS.

後述するセンスアンプを内部降圧電圧VDLで動作させるようにした場合、次に説明するセンスアンプSAにより増幅されてビット線に与えられる上記ハイレベルは、上記内部電圧VDLに対応したレベルにされる。したがって、上記ワード線の選択レベルに対応した高電圧VCHは、VDL+Vthのような高電圧にされる。センスアンプSAの入出力ノードは、上記一対の相補ビット線bitと/bitに接続される。上記相補ビット線bitと/bitは、同図に示すように平行に延長するように配置され、容量バランス等をとるために必要に応じて適宜に交差させられる。かかる相補ビット線bitと/bitは、上記センスアンプがシェアードセンス方式をとるときには、シェアードスイッチMOSFETによりセンスアンプSAの単位回路の入出力ノードと接続される。   When a sense amplifier, which will be described later, is operated with the internal step-down voltage VDL, the high level amplified by the sense amplifier SA described below and applied to the bit line is set to a level corresponding to the internal voltage VDL. Therefore, the high voltage VCH corresponding to the selection level of the word line is set to a high voltage such as VDL + Vth. An input / output node of the sense amplifier SA is connected to the pair of complementary bit lines bit and / bit. The complementary bit lines bit and / bit are arranged so as to extend in parallel as shown in the figure, and are appropriately crossed as necessary in order to achieve capacity balance and the like. The complementary bit lines bit and / bit are connected to the input / output node of the unit circuit of the sense amplifier SA by the shared switch MOSFET when the sense amplifier adopts the shared sense system.

センスアンプSAの単位回路は、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたNチャンネル型の増幅MOSFETQ4,Q5及びPチャンネル型の増幅MOSFETMOSFETQ6,Q7から構成される。Nチャンネル型MOSFETQ4とQ5のソースは共通ソース線に接続され、かかる共通ソース線にはセンスアンプの動作タイミングにおいてNチャンネル型のパワースイッチMOSFETQ8を介して回路の接地電位VSSが供給される。Pチャンネル型MOSFETQ6とQ7のソースは、共通ソース線に接続され、かかる共通ソース線にはセンスアンプの動作タイミングにおいてPチャンネル型のパワースイッチMOSFETQ9を介して上記内部降圧電圧VDLが供給される。   The unit circuit of the sense amplifier SA includes N-channel type amplification MOSFETs Q4 and Q5 and P-channel type amplification MOSFETs Q6 and Q7 whose gates and drains are cross-connected to form a latch. The sources of the N-channel MOSFETs Q4 and Q5 are connected to a common source line, and the ground potential VSS of the circuit is supplied to the common source line via the N-channel power switch MOSFET Q8 at the operation timing of the sense amplifier. The sources of the P-channel MOSFETs Q6 and Q7 are connected to a common source line, and the internal step-down voltage VDL is supplied to the common source line via the P-channel power switch MOSFET Q9 at the operation timing of the sense amplifier.

特に制限されないが、上記センスアンプのハイレベル側の動作電圧は、センスアンプの高速動作を図るために、増幅動作開始からビット線の増幅信号が上記電圧VDLに到達する前の間にVCHのような高電圧を一時的に供給するというオーバードライブとするものであってもよい。つまり、上記MOSFETQ9と並列にPチャンネル型MOSFETを設けて、かかるPチャンネル型MOSFETをセンスアンプの増幅動作の開始時に一時的にオン状態にして上記高電圧VCHを供給するようにすればよい。   Although not particularly limited, the operating voltage on the high level side of the sense amplifier is like VCH between the start of the amplification operation and before the amplified signal of the bit line reaches the voltage VDL in order to achieve high-speed operation of the sense amplifier. It may be an overdrive that temporarily supplies a high voltage. That is, a P-channel MOSFET may be provided in parallel with the MOSFET Q9, and the P-channel MOSFET may be temporarily turned on at the start of the amplification operation of the sense amplifier to supply the high voltage VCH.

上記センスアンプの単位回路の入出力ノードには、相補ビット線を短絡させるイコライズMOSFETQ1と、相補ビット線bit,/bitにハーフプリチャージ電圧VDL/2を供給するスイッチMOSFETQ2とQ3からなるプリチャージ回路が設けられる。これらのMOSFETQ1〜Q3のゲートは、共通にイコライズ(又はプリチャージ)信号EQが供給される。このイコライズ信号EQを形成するドライバ回路は、上記ワード線W1〜W3…Wnを駆動するワードドライバWD1等と同じく、選択レベルをVCHとし、非選択レベルをVNNのような負電圧とするものである。   At the input / output node of the unit circuit of the sense amplifier, a precharge circuit comprising an equalize MOSFET Q1 for short-circuiting complementary bit lines and switch MOSFETs Q2 and Q3 for supplying a half precharge voltage VDL / 2 to the complementary bit lines bit and / bit. Is provided. The gates of these MOSFETs Q1 to Q3 are commonly supplied with an equalize (or precharge) signal EQ. The driver circuit for generating the equalize signal EQ is such that the selection level is VCH and the non-selection level is a negative voltage such as VNN, like the word driver WD1 for driving the word lines W1 to W3... Wn. .

これに対して、上記センスアンプSAに回路の接地電位を供給するパワースイッチMOSFETQ8を駆動するドライバSANDは、上記内部電圧VDLと上記負電圧VNNで動作して、内部降圧電圧のようなハイレベルと、負電圧VNNのようなロウレベルからなる駆動動信号SANを形成する。上記センスアンプSAに内部降圧電圧VDLを供給するパワースイッチMOSFETQ9を駆動するドライバSAPDは、上記高電圧VCHのようなハイレベルと回路の接地電位VSSのようなロウレベルからなる駆動信号SAPを形成する。   On the other hand, the driver SAND for driving the power switch MOSFET Q8 that supplies the circuit ground potential to the sense amplifier SA operates with the internal voltage VDL and the negative voltage VNN, and has a high level such as an internal step-down voltage. Then, a drive signal SAN having a low level such as the negative voltage VNN is formed. The driver SAPD for driving the power switch MOSFET Q9 for supplying the internal step-down voltage VDL to the sense amplifier SA forms a drive signal SAP having a high level such as the high voltage VCH and a low level such as the circuit ground potential VSS.

特に制限されないが、メモリアレイMACが形成されるP型ウェル領域には、上記負電圧VNNより低い電位にされた基板電圧VBBが印加され、上記P型ウェル領域が形成される深い深さのN型ウェル領域と結合され、上記センスアンプを構成するPチャンネル型MOSFETが形成されるN型ウェル領域には、上記高電圧VCHより高い電圧にされた高電圧VPPが印加される。上記電圧VBBと電圧VPPとは、後述するようにそれぞれチャージポンプ回路により形成されるものである。   Although not particularly limited, a substrate voltage VBB having a potential lower than the negative voltage VNN is applied to the P-type well region in which the memory array MAC is formed, and a deep N region in which the P-type well region is formed. A high voltage VPP that is higher than the high voltage VCH is applied to an N-type well region that is coupled to the type well region and in which a P-channel MOSFET that forms the sense amplifier is formed. The voltage VBB and the voltage VPP are each formed by a charge pump circuit as will be described later.

上記ワード線W1等の選択信号を形成するXデコーダXDECとワードドライバWD、アレイコントロール回路ACに含まれ、上記プリチャージ信号EQを形成するドライバ、及びセンスアンプの駆動信号を形成するドライバSAND,SANPには、上記動作電圧としてVCH、VDL、VSS,VNNが供給され、これらの各ドライバを構成するPチャンネル型MOSFETが形成されるN型ウェル領域にはバイアス電圧として高電圧VCPPが印加され、Nチャンネル型MOSFETが形成されるP型ウェル領域又はP型基板には負電圧VBBが印加される。   An X decoder XDEC and a word driver WD that form a selection signal for the word line W1, etc., are included in the array control circuit AC, a driver that forms the precharge signal EQ, and drivers SAND and SANP that form a drive signal for the sense amplifier Are supplied with VCH, VDL, VSS, and VNN as the operating voltages, and a high voltage VCPP is applied as a bias voltage to the N-type well region in which the P-channel MOSFETs constituting these drivers are formed. A negative voltage VBB is applied to the P-type well region or the P-type substrate where the channel MOSFET is formed.

図2において、高電圧VPPは、高電圧発生回路VPPGにより形成される。上記高電圧発生回路VPPGは、発振回路1とチャージポンプ回路(Charge pump circuit)2と、レベルセンサ(Level Sensor) 3とにより構成され、チャージポンプ回路2は、発振回路1で形成された発振パルスを受けて、チャージポンプ動作によって高電圧を発生させる。この高電圧VPPが所望の高電圧に安定化させるよう上記レベルセンサ3によりレベルセンス動作を行い、上記発振回路1の動作を間欠的に制御する。つまり、高電圧VPPが所望の高電圧に到達すると発振動作を停止させ、高電圧VPPが低下すると上記発振回路1を動作させるようにするものである。   In FIG. 2, the high voltage VPP is formed by a high voltage generation circuit VPPG. The high voltage generation circuit VPPG includes an oscillation circuit 1, a charge pump circuit 2, and a level sensor 3, and the charge pump circuit 2 includes an oscillation pulse formed by the oscillation circuit 1. In response, a high voltage is generated by a charge pump operation. A level sensing operation is performed by the level sensor 3 so that the high voltage VPP is stabilized at a desired high voltage, and the operation of the oscillation circuit 1 is intermittently controlled. That is, the oscillation operation is stopped when the high voltage VPP reaches a desired high voltage, and the oscillation circuit 1 is operated when the high voltage VPP decreases.

上記高電圧VPPは、上記ワード線W1等の選択レベルに対応した高電圧VCHに対して高い電圧に設定される。例えば、図3の動作波形図に示すように、ワード線の選択電圧VCHを2.25Vに設定したなら、上記高電圧VPPは2.6Vのような高い電圧に設定される。上記必要な電圧VCHに対して余分に高い電圧を形成しておいて、かかる高い電圧VPPに基づいて基準電圧発生回路RGFPを動作させる。この基準電圧発生回路RGFPは、定電流IpをPチャンネル型MOSFETQ10とQ11からなる電流ミラー回路を介して上記内部電圧VDL(又は外部電源電圧Vext )を基準にした抵抗Rpに流して、上記アドレス選択用MOSFETQmのしきい値電圧Vthに相当する電圧を発生させる。これにより、基準電圧VRHは上記VDL(又はVext )+Vthに対応された電圧とされる。   The high voltage VPP is set higher than the high voltage VCH corresponding to the selection level of the word line W1 and the like. For example, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 3, when the word line selection voltage VCH is set to 2.25V, the high voltage VPP is set to a high voltage such as 2.6V. An excessively high voltage is formed with respect to the necessary voltage VCH, and the reference voltage generating circuit RGFP is operated based on the high voltage VPP. The reference voltage generation circuit RGFP causes the constant current Ip to flow through a resistor Rp based on the internal voltage VDL (or external power supply voltage Vext) through a current mirror circuit composed of P-channel type MOSFETs Q10 and Q11, thereby selecting the address. A voltage corresponding to the threshold voltage Vth of the MOSFET Qm is generated. As a result, the reference voltage VRH is set to a voltage corresponding to the above VDL (or Vext) + Vth.

定電圧発生回路RGPは、上記高電圧VPPと内部高電圧VCHとの間に設けられた可変抵抗素子としてのPチャンネル型MOSFETQ12と、上記基準電圧VRHと上記内部高電圧VCHとを受ける差動増幅回路4とにより構成され、上記差動増幅回路4の出力信号が上記MOSFETQ12のゲートに供給される。基準電圧VRHに対して上記内部高電圧VCHが低くなろうとすると、ロウレベルに変化する信号を形成して上記MOSFETQ12の抵抗値を小さくして両者を一致させ、逆に、基準電圧VRHに対して上記内部高電圧VCHが高くなろうとすると、ハイレベルに変化する信号を形成して上記MOSFETQ12の抵抗値を大きくして両者を一致させるように制御する。   The constant voltage generating circuit RGP is a differential amplifier that receives a P-channel MOSFET Q12 as a variable resistance element provided between the high voltage VPP and the internal high voltage VCH, and the reference voltage VRH and the internal high voltage VCH. The output signal of the differential amplifier circuit 4 is supplied to the gate of the MOSFET Q12. When the internal high voltage VCH is lowered with respect to the reference voltage VRH, a signal that changes to a low level is formed, the resistance value of the MOSFET Q12 is decreased to match both, and conversely, the above-mentioned reference voltage VRH is compared with the reference voltage VRH. When the internal high voltage VCH is to be increased, a signal that changes to a high level is formed, and the resistance value of the MOSFET Q12 is increased so as to match the two.

負電圧VBBは、負電圧発生回路VBBGにより形成される。上記負電圧発生回路VBBGは、上記のような発振回路6及びネガティブチャージポンプ回路(Negative Charge pump circuit) 7と、レベルセンサ(Level Sensor) 8とにより構成され、チャージポンプ回路7は、上記発振回路6で形成された発振パルスを受けて、チャージポンプ動作によって負電圧を発生させる。この負電圧VBBが所望の負電圧に安定化させるよう上記レベルセンサ8によりレベルセンス動作を行い、上記発振回路6の動作を間欠的に制御する。つまり、負電圧VBBが所望の負電圧に到達すると発振動作を停止させ、負電圧が絶対値的に低下すると上記発振回路6を再び動作させるようにするものである。   Negative voltage VBB is formed by negative voltage generation circuit VBBG. The negative voltage generation circuit VBBG includes the oscillation circuit 6, the negative charge pump circuit (Negative Charge pump circuit) 7 and a level sensor (Level Sensor) 8 as described above. In response to the oscillation pulse formed in 6, a negative voltage is generated by the charge pump operation. A level sensing operation is performed by the level sensor 8 so that the negative voltage VBB is stabilized to a desired negative voltage, and the operation of the oscillation circuit 6 is intermittently controlled. That is, the oscillation operation is stopped when the negative voltage VBB reaches a desired negative voltage, and the oscillation circuit 6 is operated again when the negative voltage decreases in absolute value.

上記負電圧VBBは、上記ワード線W1等の非選択レベルに対応した負電圧VNNに対して絶対値的に大きな電圧に設定される。例えば、図3の動作波形図に示すように、ワード線の非選択電圧VNNを−0.75Vに設定したなら、上記負電圧VBBは−1.1Vのような絶対値的に大きな電圧に設定される。上記必要な電圧VNNに対して余分に負方向に大きな電圧を形成しておいて、かかる負電圧VBBに基づいて上記の同様に基準電圧発生回路RGFNを動作させる。この基準電圧発生回路RGFNは、定電流InをNチャンネル型MOSFETQ13とQ14からなる電流ミラー回路を介して回路の接地電位VSSを基準にした抵抗Rnに流して、上記アドレス選択用MOSFETQmのゲート,ソース間に印加させる逆バイアス電圧VRNを発生させる。この実施例では、上記のように電圧VRNを−0.75Vのような負電圧とするものである。   The negative voltage VBB is set to a voltage that is larger in absolute value than the negative voltage VNN corresponding to the non-selection level of the word line W1 or the like. For example, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 3, if the non-selection voltage VNN of the word line is set to -0.75V, the negative voltage VBB is set to a voltage having a large absolute value such as -1.1V. Is done. An excessively large voltage is formed in the negative direction with respect to the necessary voltage VNN, and the reference voltage generating circuit RGFN is operated in the same manner as described above based on the negative voltage VBB. The reference voltage generating circuit RGFN passes a constant current In through a current mirror circuit composed of N-channel MOSFETs Q13 and Q14 to a resistor Rn with the circuit ground potential VSS as a reference, and the gate and source of the address selecting MOSFET Qm. A reverse bias voltage VRN applied between them is generated. In this embodiment, the voltage VRN is set to a negative voltage such as −0.75 V as described above.

定電圧発生回路RGNは、上記負電圧VBBと上記内部負電圧VNNとの間に設けられた可変抵抗素子としてのNチャンネル型MOSFETQ15と、上記基準電圧VRNと上記内部負電圧VNNとを受ける差動増幅回路9とにより構成され、上記差動増幅回路9の出力信号が上記MOSFETQ15のゲートに供給される。基準電圧VRNに対して上記内部高電圧VNNが絶対値的に小さくろうとすると、ハイレベルに変化する信号を形成して上記MOSFETQ15の抵抗値を小さくして両者を一致させ、逆に、基準電圧VRNに対して上記内部負電圧VNNが絶対値的に大きくなろうとすると、ロウレベルに変化する信号を形成して上記MOSFETQ15の抵抗値を大きくして両者を一致させるように制御するものである。   The constant voltage generating circuit RGN includes an N-channel MOSFET Q15 as a variable resistance element provided between the negative voltage VBB and the internal negative voltage VNN, and a differential receiving the reference voltage VRN and the internal negative voltage VNN. The output signal of the differential amplifier circuit 9 is supplied to the gate of the MOSFET Q15. If the internal high voltage VNN is to be reduced in absolute value with respect to the reference voltage VRN, a signal that changes to a high level is formed, the resistance value of the MOSFET Q15 is reduced to match both, and conversely, the reference voltage VRN. On the other hand, if the internal negative voltage VNN is to increase in absolute value, a signal that changes to a low level is formed, and the resistance value of the MOSFET Q15 is increased so as to match the two.

定電圧発生回路(Voltage regurator)5は、外部端子から供給された外部電圧Vext を受けて、上記定電圧発生回路RGPと同様な回路により上記内部降圧電圧VDLを発生させるものである。この定電圧発生回路5は、必ずしも必要とされるものではない。上記センスアンプやアドレス選択回路等の周辺回路は、外部端子から供給される外部電圧Vext により動作させるようにするものであってもよい。この場合には、上記のようにかかる外部電圧Vext を基準にして上記内部高電圧VCHのレベルが形成されるものである。上記定電圧発生回路5を設けた場合でも、この定電圧VDLは上記センスアンプの動作電圧として用い、アドレスバッファやアドレスデコーダ等の内部回路を上記外部電圧Vext により動作させるようにしてもよい。   A constant voltage generation circuit (Voltage regurator) 5 receives the external voltage Vext supplied from an external terminal and generates the internal step-down voltage VDL by a circuit similar to the constant voltage generation circuit RGP. This constant voltage generation circuit 5 is not necessarily required. Peripheral circuits such as the sense amplifier and address selection circuit may be operated by an external voltage Vext supplied from an external terminal. In this case, the level of the internal high voltage VCH is formed on the basis of the external voltage Vext as described above. Even when the constant voltage generating circuit 5 is provided, the constant voltage VDL may be used as an operating voltage of the sense amplifier, and an internal circuit such as an address buffer or an address decoder may be operated by the external voltage Vext.

上記のようなチャージポンプ回路2又は7で形成された電圧VPPやVBBは、寄生容量等に蓄積された電荷に保持されており、例えばワード線を非選択レベルから選択レベルに切り換えるとき、あるいはその逆に選択レベルから非選択レベルに切り換えるときに、多数のメモリセルが接続されることにより比較的大きな寄生容量を持つワード線のチャージアップ又はディスチャージさせるための電流によって前述のように大きく変動する。このような電圧変動を見込んで、上記ワード線の選択レベルや非選択レベルを設定すると、ワード線に接続されるアドレス選択用MOSFETのゲート絶縁膜や、上記ワード線を駆動するワードドライバを構成する出力MOSFETのゲート絶縁膜に上記レベル変動分を見込んだ分だけ大きな電圧が印加されることに応じた高耐圧化を施す必要がある。   The voltages VPP and VBB formed by the charge pump circuit 2 or 7 as described above are held in the charge accumulated in the parasitic capacitance or the like. For example, when switching the word line from the non-selection level to the selection level, Conversely, when switching from the selection level to the non-selection level, a large number of memory cells are connected, so that they largely vary as described above depending on the current for charging up or discharging a word line having a relatively large parasitic capacitance. When the selection level or non-selection level of the word line is set in anticipation of such voltage fluctuation, a gate insulating film of an address selection MOSFET connected to the word line and a word driver for driving the word line are configured. It is necessary to increase the breakdown voltage according to the fact that a large voltage is applied to the gate insulating film of the output MOSFET in consideration of the level fluctuation.

これに対して、本願発明では上記のような定電圧回路RGPやRGNを介して上記ワード線の選択レベル、非選択レベルを形成するようにすると、上記のようにワード線を非選択レベルから選択レベルに切り換えるとき、あるいはその逆に選択レベルから非選択レベルに切り換えるときに、多数のメモリセルが接続されることにより比較的大きな寄生容量を持つワード線のチャージアップ又はディスチャージさせるための電流によって上記同様にVPPとVBBは変動するが、上記定電圧回路RGPやRGNの可変抵抗としてのMOSFETQ12とQ15の抵抗値が変化してその電圧変動を吸収してしまうことになるため、ほぼ一定の電圧VCHとVNNを確保することができる。   On the other hand, in the present invention, when the selection level and the non-selection level of the word line are formed via the constant voltage circuits RGP and RGN as described above, the word line is selected from the non-selection level as described above. When switching to a level, or conversely, when switching from a selected level to a non-selected level, a large number of memory cells are connected to cause the above-mentioned current to charge up or discharge a word line having a relatively large parasitic capacitance. Similarly, VPP and VBB fluctuate, but the resistance values of MOSFETs Q12 and Q15 as variable resistors of the constant voltage circuits RGP and RGN change to absorb the voltage fluctuation, so that the substantially constant voltage VCH And VNN can be secured.

上記内部高電圧VCHと上記高電圧VPPの電圧差及び上記内部負電圧VNNと上記負電圧VBBとの電圧差は、それぞれ上記ワード線の駆動電流に対応したチャージポンプ回路2と7の出力電圧変動を補うように形成するものである。これにより、ワードドライバWDの出力MOSFETやメモリセルのアドレス選択MOSFETのゲート絶縁膜に印加される電圧は、上記安定化された電圧VCHやVNNで決まる比較的小さな電圧となり、上記のような電圧変動を見込んだ余分な高耐圧化を施す必要がなくなる。   The voltage difference between the internal high voltage VCH and the high voltage VPP and the voltage difference between the internal negative voltage VNN and the negative voltage VBB are fluctuations in the output voltage of the charge pump circuits 2 and 7 corresponding to the drive current of the word line, respectively. It is formed so as to compensate. As a result, the voltage applied to the gate insulating film of the output MOSFET of the word driver WD and the address selection MOSFET of the memory cell becomes a relatively small voltage determined by the stabilized voltages VCH and VNN. There is no need to apply an extra high breakdown voltage.

図3には、この発明に係るダイナミック型RAMの概略動作を説明するための波形図が示されている。同図においては、主にメモリセルの選択動作が示されている。上記イコライズ信号EQは、メモリセルが情報保持状態では上記内部高電圧VCHのようなハイレベルにされている。これにより、上記MOSFETQ1〜Q3をオン状態にし、相補ビット線bit,/bitを短絡するとともに上記ハーフプリチャージ電圧VDL/2を供給する。上記相補ビット線bit,/bitはハーフプリチャージ電圧VDL/2にされるので、イコライズ信号EQのレベルはVDLのような低い電位でも動作そのものについては問題ないが、この実施例のように内部高電圧VCHを用いることにより、上記MOSFETQ1のオン抵抗を小さくして短時間で上記相補ビット線bitと/bitのハイレベル/ロウレベルを短絡させて中間電位VDL/2に設定することができる。   FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the schematic operation of the dynamic RAM according to the present invention. In the figure, the operation of selecting a memory cell is mainly shown. The equalize signal EQ is set to a high level like the internal high voltage VCH when the memory cell is in the information holding state. As a result, the MOSFETs Q1 to Q3 are turned on, the complementary bit lines bit and / bit are short-circuited, and the half precharge voltage VDL / 2 is supplied. Since the complementary bit lines bit and / bit are set to the half precharge voltage VDL / 2, there is no problem with the operation itself even if the level of the equalize signal EQ is a low potential such as VDL. By using the voltage VCH, the on-resistance of the MOSFET Q1 can be reduced, and the high level / low level of the complementary bit lines bit and / bit can be short-circuited and set to the intermediate potential VDL / 2 in a short time.

メモリアクセスに際して上記イコライズ信号EQがハイレベルからロウレベルに変化する。このとき、イコライズ信号EQのロウレベルは、回路の接地電位ではなく、上記負電圧VNNにされる。この理由は、コイライズを高速化するためにしきい値電圧が小さくされるものであるために、上記MOSFETQ1〜Q3のゲートに負電圧VNNを供給して、ドレイン−ソース間に流れるリーク電流を防止するようにするものである。   When the memory is accessed, the equalize signal EQ changes from a high level to a low level. At this time, the low level of the equalize signal EQ is not the ground potential of the circuit but the negative voltage VNN. The reason for this is that the threshold voltage is reduced in order to increase the speed of coiling. Therefore, the negative voltage VNN is supplied to the gates of the MOSFETs Q1 to Q3 to prevent the leakage current flowing between the drain and source. It is what you want to do.

上記同様に、センスアンプ活性化信号SANにおいても、センスアンプが非動作状態では上記負電圧VNNに設定され、それが供給されるパワースイッチMOSFETQ8にリーク電流が流れるのを防止する。つまり、MOSFETQ8は、センスアンプの高速化のためにゲート絶縁膜を薄い厚さに形成されており、低しきい値電圧にされている。このような低しきい値電圧のMOSFETを用いることにより、それが動作状態にされるときに比較的大きな電流を流すことができ、センスアンプの増幅動作を高速にする。このことは、Pチャンネル型MOSFETQ9においても同様であり、センスアンプが非動作状態では上記内部高電圧VCHに設定され、それが供給されるパワースイッチMOSFETQ9にリーク電流が流れるのを防止している。   Similarly to the above, the sense amplifier activation signal SAN is also set to the negative voltage VNN when the sense amplifier is not operating, thereby preventing leakage current from flowing to the power switch MOSFET Q8 to which it is supplied. That is, the MOSFET Q8 has a low threshold voltage because the gate insulating film is formed with a small thickness in order to increase the speed of the sense amplifier. By using such a low threshold voltage MOSFET, a relatively large current can flow when the MOSFET is in an operating state, and the amplification operation of the sense amplifier is accelerated. This also applies to the P-channel MOSFET Q9. When the sense amplifier is not operating, the internal high voltage VCH is set to prevent leakage current from flowing through the power switch MOSFET Q9 to which it is supplied.

上記イコライズ信号EQが負電圧VNNのような非選択レベルにされた後に、ワード線Wiが上記内部高電圧VCHのようなハイレベルの選択状態にされる。これにより、メモリセルのアドレス選択MOSFETQmがオン状態にされて、情報記憶キャパシタCsとビット線bit又は/bitの上記ハーフプリチャージ電位VDL/2にされた寄生容量との間で電荷分散が行われ、例えば情報記憶キャパシタCsに電荷が無い状態なら同図のようにメモリセルと接続されたビット線電位が低下する。   After the equalize signal EQ is set to a non-select level such as the negative voltage VNN, the word line Wi is set to a high level select state such as the internal high voltage VCH. Thereby, the address selection MOSFET Qm of the memory cell is turned on, and charge distribution is performed between the information storage capacitor Cs and the parasitic capacitance of the bit line bit or / bit set to the half precharge potential VDL / 2. For example, if there is no charge in the information storage capacitor Cs, the potential of the bit line connected to the memory cell is lowered as shown in FIG.

センスアンプ活性化信号SANは、上記のように負電圧VNNから内部降圧電圧VDLに立ち上がり、上記Nチャンネル型MOSFETQ8をオン状態にして回路の接地電位のようなロウレベルの動作電圧を与え、センスアンプ活性化信号SAPは、上記内部高電圧VCHから回路の接地電位VSSのようなロウレベルに立ち下がり、上記Pチャンネル型MOSFETQ9をオン状態にして内部降圧電圧VDLのようなハイレベルの動作電圧を与える。上記のようにMOSFETQ8とQ9は、ゲート絶縁膜が薄く形成されることにより低しきい値電圧にされているので、オン状態にされたときに比較的大きな電流を流してセンスアンプの増幅動作を高速にする。このセンスアンプの増幅動作によって相補ビット線bitと/bitの電位は、上記メモリセルからの読み出し電位差が拡大されて内部降圧電圧VDLのようなハイレベルと、回路の接地電位のようなロウレベルに増幅される。   The sense amplifier activation signal SAN rises from the negative voltage VNN to the internal step-down voltage VDL as described above, turns on the N-channel MOSFET Q8, and gives a low level operation voltage such as the circuit ground potential. The enable signal SAP falls from the internal high voltage VCH to a low level such as the circuit ground potential VSS, and turns on the P-channel MOSFET Q9 to give a high level operating voltage such as the internal step-down voltage VDL. As described above, the MOSFETs Q8 and Q9 are set to a low threshold voltage by forming a thin gate insulating film. Therefore, when the MOSFETs Q8 and Q9 are turned on, a relatively large current is supplied to perform the amplification operation of the sense amplifier. Make it faster. By the amplification operation of the sense amplifier, the potentials of the complementary bit lines bit and / bit are amplified to a high level such as the internal step-down voltage VDL and a low level such as the circuit ground potential by expanding the read potential difference from the memory cell. Is done.

上記のようなセンスアンプの増幅動作によって、相補ビット線bitと/bitのハイレベルとロウレベルに対応して、上記ワード線Wiの選択動作によって上記ビット線bit又は/bitに接続されているメモリセルの記憶キャパシタCsには、上記もとの記憶電荷状態に対応したロウレベルが再書き込みされる。   The memory cell connected to the bit line bit or / bit by the selection operation of the word line Wi corresponding to the high level and low level of the complementary bit lines bit and / bit by the amplification operation of the sense amplifier as described above. The low level corresponding to the original storage charge state is rewritten in the storage capacitor Cs.

メモリアクセスの終了により、ワード線Wiは上記内部高電圧VCHから上記負電圧VNNに立ち下がり、その後にイコライズ信号EQが上記負電圧VNNから内部高電圧VCHに立ち上がり、上記相補ビット線bitと/bitのハイレベル/ロウレベルを短絡してハーフプリチャージ電圧VDL/2にする。このように形成されたハーフプリチャージ電圧VDL/2がリーク電流により変動するのを防止するために、上記MOSFETQ2とQ3が設けられており、そのオン状態によりハーフプリチャージ電圧VDL/2を上記相補ビット線bitと/bitに伝えるものである。   Upon completion of the memory access, the word line Wi falls from the internal high voltage VCH to the negative voltage VNN, and then the equalize signal EQ rises from the negative voltage VNN to the internal high voltage VCH, and the complementary bit lines bit and / bit Are short-circuited to a half precharge voltage VDL / 2. In order to prevent the half precharge voltage VDL / 2 formed in this way from fluctuating due to a leakage current, the MOSFETs Q2 and Q3 are provided, and the half precharge voltage VDL / 2 is complemented by the ON state. It is transmitted to bit lines bit and / bit.

図4には、この発明に係るダイナミック型RAMの一実施例の概略素子断面図が示されている。この実施例のダイナミック型RAMは、3重ウェル構造により各素子が形成される。つまり、p−型基板上に深い深さのn型ウェル領域DWELLを形成し、かかるn型ウェル領域DWELL上にメモリセルのアドレス選択MOSFETとセンスアンプのNチャンネル型MOSFETを形成するp型ウェル領域pWELLを形成するものである。このようにして、メモリセルが形成されるp型ウェル領域pWELLには基板バックバイアス電圧VBBを印加し、上記アドレス選択MOSFETのしきい値電圧を高くして情報保持時間を長くするとともに、α線等によりかかるp型ウェル領域pWELLに発生した小数キャリアを基板バックバイアス電圧VBB側に吸収して情報保持時間を長くさせる。   FIG. 4 is a schematic element cross-sectional view of one embodiment of the dynamic RAM according to the present invention. In the dynamic RAM of this embodiment, each element is formed by a triple well structure. That is, an n-type well region DWELL having a deep depth is formed on a p-type substrate, and an address selection MOSFET for a memory cell and an N-channel MOSFET for a sense amplifier are formed on the n-type well region DWELL. pWELL is formed. In this way, the substrate back bias voltage VBB is applied to the p-type well region pWELL in which the memory cells are formed, the threshold voltage of the address selection MOSFET is increased to increase the information holding time, and the α ray For example, fractional carriers generated in the p-type well region pWELL are absorbed on the substrate back bias voltage VBB side to increase the information holding time.

上記p型ウェル領域pWELLを取り囲み、かつ上記DWELLと接合するようにn型ウェル領域が形成されて、センスアンプ等を構成するPチャンネル型MOSFETが形成される。Xデコーダ等の周辺回路は、上記p−基板上に形成されたp型ウェル領域pWELLに形成される。この構成では、上記メモリセルやセンスアンプのNチャンネル型MOSFETが形成されるpWELLを含んでDWELL内にセンスアンプやメモリセル及びワードドライバを格別な素子分離領域を設けることなく纏めて形成できるために高集積化が実現できる。   An n-type well region is formed so as to surround the p-type well region pWELL and to be joined to the DWELL, thereby forming a P-channel type MOSFET constituting a sense amplifier or the like. Peripheral circuits such as an X decoder are formed in a p-type well region pWELL formed on the p-substrate. In this configuration, the sense amplifier, the memory cell, and the word driver can be collectively formed in the DWELL including the pWELL in which the N channel type MOSFET of the memory cell and the sense amplifier is formed without providing a special element isolation region. High integration can be realized.

この実施例では、MOSFETは2種類のゲート絶縁膜を持つようにされる。メモリセルのアドレス選択MOSFETと、ワードドライバを構成する出力MOSFETは、ゲート絶縁膜が膜厚tox2のように厚い厚さで形成される。センスアンプや周辺回路を構成するMOSFETは、ゲート絶縁膜が膜厚tox1のように薄い厚さで形成される。このようにゲート絶縁膜の膜厚を2種類用いることの利点は、デバイスの信頼性と動作の高速化を両立できることである。つまり、ゲート絶縁膜が1種類のときには、デバイスの信頼度確保(ゲート絶縁膜の耐圧確保)のために印加される最も高い電圧条件でゲート絶縁膜の膜厚が規定されてしまうために、上記のような高い電圧が印加されない回路では、しきい値電圧が高くなって電流駆動能力が低下して動作速度が遅くなってしまうからである。特に、周辺回路とセンスアンプはMOSFETの駆動能力に大きく依存するものであるのでその影響が大きい。   In this embodiment, the MOSFET has two types of gate insulating films. In the address selection MOSFET of the memory cell and the output MOSFET constituting the word driver, the gate insulating film is formed with a thickness as thick as tox2. In the MOSFET constituting the sense amplifier and the peripheral circuit, the gate insulating film is formed as thin as the film thickness tox1. Thus, the advantage of using two types of film thicknesses of the gate insulating film is that both device reliability and high-speed operation can be achieved. That is, when there is only one type of gate insulating film, the film thickness of the gate insulating film is defined under the highest voltage condition applied for ensuring device reliability (securing the breakdown voltage of the gate insulating film). This is because in such a circuit where a high voltage is not applied, the threshold voltage becomes high, the current driving capability is lowered, and the operation speed becomes slow. In particular, the peripheral circuit and the sense amplifier are greatly influenced by the driving capability of the MOSFET, so that the influence is great.

この実施例では、上記のような内部高電圧VCHと負電圧VNNのような大きな信号振幅がゲートに印加されるアドレス選択MOSFETと、かかる信号振幅の出力信号を形成するワードドライバの出力MOSFETは、上記ゲート絶縁膜の耐圧破壊を防止するために厚い厚さtox2に設定し、上記内部降圧電圧VDL等しか印加されないセンスアンプや周辺回路のMOSFETは、動作の高速化のために薄い厚さtox1に設定し、上記のようにデバイスの信頼性と動作の高速化を両立させるものである。   In this embodiment, an address selection MOSFET to which a large signal amplitude such as the internal high voltage VCH and the negative voltage VNN as described above is applied to the gate, and an output MOSFET of a word driver that forms an output signal having such a signal amplitude, In order to prevent breakdown voltage breakdown of the gate insulating film, a thick thickness tox2 is set, and a sense amplifier or a peripheral circuit MOSFET to which only the internal step-down voltage VDL or the like is applied has a thin thickness tox1 for high-speed operation. As described above, the reliability of the device and the speeding up of the operation are compatible.

この実施例では、p−基板には、その上に形成されたpWELLを通して回路の接地電位VSSのようなバイアス電圧が印加される。上記DWELLには、チャージポンプ回路で形成された高電圧VPPが印加される。また、上記DWELL内に形成されたpWELLには、上記チャージポンプ回路で形成された基板バックバイアス電圧VBBが印加される。この構成では、上記DWELLの接合容量と,pWELLの接合容量がチャージポンプ回路2と7の電圧保持容量としてそれぞれ利用できる。   In this embodiment, a bias voltage such as a circuit ground potential VSS is applied to the p-substrate through a pWELL formed thereon. A high voltage VPP formed by a charge pump circuit is applied to the DWELL. The substrate back bias voltage VBB formed by the charge pump circuit is applied to the pWELL formed in the DWELL. In this configuration, the DWELL junction capacitance and the pWELL junction capacitance can be used as the voltage holding capacitors of the charge pump circuits 2 and 7, respectively.

上記DWELLには内部高電圧VCHを供給し、上記DWELL内に形成されたpWELLには上記負電圧VNNを供給してもよい。この構成では、上記DWELLの接合容量と,pWELLの接合容量が上記図2に示された定電圧回路RGPとRGNの出力に設けられた電圧安定化のためのキャパシタCDHとCDNに利用できる。したがって、同図のように上記DWELLには高電圧VPPを供給し、上記DWELL内に形成されたpWELLには上記負電圧VBBを供給した構成では、上記定電圧回路RGPとRGNの出力に電圧安定化のためのキャパシタCDHとCDNをMOS容量等で形成する必要がある。   The internal high voltage VCH may be supplied to the DWELL, and the negative voltage VNN may be supplied to the pWELL formed in the DWELL. In this configuration, the junction capacitance of DWELL and the junction capacitance of pWELL can be used for capacitors CDH and CDN for voltage stabilization provided at the outputs of constant voltage circuits RGP and RGN shown in FIG. Therefore, as shown in the figure, in the configuration in which the high voltage VPP is supplied to the DWELL and the negative voltage VBB is supplied to the pWELL formed in the DWELL, the output voltage of the constant voltage circuits RGP and RGN is stable. Capacitors CDH and CDN must be formed of MOS capacitors or the like.

図5には、この発明に係るダイナミック型RAMの他の一実施例の概略素子断面図が示されている。この実施例においても上記同様に3重ウェル構造により各素子が形成される。つまり、p−型基板上に深い深さのn型ウェル領域DWELLを形成し、かかるn型ウェル領域DWELL上にメモリセルのアドレス選択MOSFETを形成するp型ウェル領域pWELLを形成するものである。上記メモリセルが形成されるp型ウェル領域pWELLには基板バックバイアス電圧VBBを印加し、上記アドレス選択MOSFETのしきい値電圧を高くして情報保持時間を長くするとともに、α線等によりかかるp型ウェル領域pWELLに発生した小数キャリアを基板バックバイアス電圧VBB側に吸収して情報保持時間を長くさせる。   FIG. 5 shows a schematic element cross-sectional view of another embodiment of the dynamic RAM according to the present invention. Also in this embodiment, each element is formed by a triple well structure as described above. That is, a deep n-type well region DWELL is formed on a p-type substrate, and a p-type well region pWELL for forming an address selection MOSFET of a memory cell is formed on the n-type well region DWELL. A substrate back bias voltage VBB is applied to the p-type well region pWELL in which the memory cell is formed, and the threshold voltage of the address selection MOSFET is increased to increase the information retention time, and the p-type well region pWELL is affected by α rays or the like. The fractional carriers generated in the type well region pWELL are absorbed on the substrate back bias voltage VBB side, thereby extending the information holding time.

この実施例では、センスアンプを構成するNチャンネル型MOSFETは、上記メモリセルが形成されるp型WELLとは上記DWELLにより分離されたp型ウェル領域に形成される。この構成では、センスアンプのNチャンネル型MOSFETが形成されるp型ウェル領域pWELLには、上記メモリセルのように基板バックバイアス電圧VBBではなく、回路の接地電位VSSが供給されることになる。この結果、上記バックバイアスにより基板効果の影響を受けなくなって、センスアンプを構成するNチャンネル型MOSFETのしきい値電圧が小さくできるために同一の素子サイズなら駆動能力が高くなってセンスアンプの動作を高速化にできる。   In this embodiment, the N-channel type MOSFET constituting the sense amplifier is formed in a p-type well region separated from the p-type WELL in which the memory cell is formed by the DWELL. In this configuration, not the substrate back bias voltage VBB but the circuit ground potential VSS is supplied to the p-type well region pWELL where the N-channel MOSFET of the sense amplifier is formed, as in the memory cell. As a result, the influence of the substrate effect is not affected by the back bias, and the threshold voltage of the N-channel type MOSFET constituting the sense amplifier can be reduced. Can be speeded up.

図6には、上記ワードドライバWDの一実施例の回路図が示されている。同図には、前記ワードドライバWDのうち、ワード線Wiに対応された1つのワードドライバWDiが代表として例示的に示されている。XデコーダXDECを構成する論理回路G1,G2等は、前記のように内部降圧電圧VDLと回路の接地電位VSSにより動作するものであり、それに対応してハイレベル/ロウレベルの非選択/選択の出力信号N1を形成する。   FIG. 6 shows a circuit diagram of an embodiment of the word driver WD. In the drawing, of the word drivers WD, one word driver WDi corresponding to the word line Wi is exemplarily shown as a representative. The logic circuits G1, G2, etc. constituting the X decoder XDEC are operated by the internal step-down voltage VDL and the ground potential VSS of the circuit as described above, and high level / low level non-selection / selection outputs are correspondingly performed. Signal N1 is formed.

これに対してワード線Wiの選択レベルは内部電圧VCHに対応し、非選択レベルは内部負電圧VNNに対応した電圧であるので、上記VDLとVSSに対応したXデコーダXDECの出力信号N1をレベル変換する必要がある。この実施例では、デバイスの信頼度を高くするために出力MOSFETのゲートに印加される電圧を極力小さくするよう工夫されている。すなわち、上記出力信号N1は、2つのレベル変換回路LSPとLSNによりそれぞれ2つの異なるレベルに変換される。レベル変換回路LSPは、上記XデコーダXDECの出力信号N1を上記高電圧VCHのような選択レベルを形成する出力MOSFETMP1のゲートに供給される信号N5を形成するためのものであり、レベル変換回路LSNは、上記上記XデコーダXDECの出力信号N1を上記負電圧VNNのような非選択レベルを形成する出力MOSFETMN1のゲートに供給される信号N3を形成するためのものである。   On the other hand, since the selection level of the word line Wi corresponds to the internal voltage VCH and the non-selection level corresponds to the internal negative voltage VNN, the output signal N1 of the X decoder XDEC corresponding to the VDL and VSS is leveled. Need to convert. In this embodiment, in order to increase the reliability of the device, the voltage applied to the gate of the output MOSFET is devised so as to be as small as possible. That is, the output signal N1 is converted into two different levels by the two level conversion circuits LSP and LSN. The level conversion circuit LSP is for forming the signal N5 supplied to the gate of the output MOSFET MP1 that forms the selection level like the high voltage VCH from the output signal N1 of the X decoder XDEC. The level conversion circuit LSN Is for forming the signal N3 supplied to the gate of the output MOSFET MN1 that forms the non-selection level such as the negative voltage VNN from the output signal N1 of the X decoder XDEC.

上記レベル変化回路LSPは、接地電位VSSと上記高電圧VCHで動作するようにされ、Pチャンネル型MOSFETQ18とQ19とNチャンネル型MOSFETQ16とQ17からなる一対のCMOSインバータ回路と、上記Pチャンネル型MOSFETQ18とQ19にそれぞれ直列形態に接続され、ゲートが互いに他方のCMOSインバータ回路の出力信号が供給されるようラッチ形態にされたPチャンネル型MOSFETQ20とQ21が設けられて上記高電圧VCHが供給される。上記XデコーダXDECの出力信号N1は、一方のCMOSインバータ回路を構成するMOSFETQ17とQ19のゲートに供給され、インバータ回路IV1により反転されて他方のCMOSインバータ回路を構成するMOSFETQ16とQ18のゲートに供給される。   The level change circuit LSP is operated with the ground potential VSS and the high voltage VCH, and includes a pair of CMOS inverter circuits composed of P-channel MOSFETs Q18 and Q19, N-channel MOSFETs Q16 and Q17, and the P-channel MOSFET Q18. P-channel MOSFETs Q20 and Q21, which are connected in series to Q19 and latched so that the output signals of the other CMOS inverter circuit are supplied to each other, are provided to supply the high voltage VCH. The output signal N1 of the X decoder XDEC is supplied to the gates of MOSFETs Q17 and Q19 constituting one CMOS inverter circuit, inverted by the inverter circuit IV1, and supplied to the gates of MOSFETs Q16 and Q18 constituting the other CMOS inverter circuit. The

上記一方のインバータ回路の出力信号N4は、ドライバとして動作するCMOSインバータ回路IV2の入力に供給され、かかるインバータ回路IV2の出力信号N5が上記Pチャンネル型出力MOSFETMP1のゲートに供給され、かかる出力MOSFETMP1を駆動するものである。上記インバータ回路IV1は、上記レベル変換回路LSPの一部として示されているが、実際には上記XデコーダXDECの出力信号の反転信号を形成するだけの役割しか持たない。それ故、レベル変換回路LSPが上記のように高電圧VCHと回路の接地電位VSSで動作するものであるが、上記インバータ回路IV1はXデコーダXDECと同様に上記内部降圧電圧VDLと接地電位VSSとで動作させられる。   The output signal N4 of the one inverter circuit is supplied to the input of the CMOS inverter circuit IV2 that operates as a driver, and the output signal N5 of the inverter circuit IV2 is supplied to the gate of the P-channel output MOSFET MP1. To drive. Although the inverter circuit IV1 is shown as a part of the level conversion circuit LSP, it actually has only a role of forming an inverted signal of the output signal of the X decoder XDEC. Therefore, the level conversion circuit LSP operates at the high voltage VCH and the ground potential VSS of the circuit as described above, but the inverter circuit IV1 has the internal step-down voltage VDL and the ground potential VSS as in the X decoder XDEC. It can be operated with.

上記レベル変化回路LSNは、前記レベル変換回路LSPと回路的には同じ構成にされる。ただし、Pチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETとが逆にされて、Nチャンネル型MOSFET側にラッチ形態のMOSFETが設けられるとともに、ハイレベル側の動作電圧が上記内部高電圧VCHに代えて内部降圧電圧VDLにされ、ロウレベル側の動作電圧が回路の接地電位VSSに代えて内部負電圧VNNにされる点が異なる。すなわち、上記レベル変換回路LSNは、内部降圧電圧VDLと内部負電圧VNNとで動作するようにされ、上記同様なPチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETからなる一対のCMOSインバータ回路と、上記Pチャンネル型MOSFETにそれぞれ直列形態に接続され、ゲートが互いに他方のCMOSインバータ回路の出力信号が供給されるようラッチ形態にされたNチャンネル型MOSFETが設けられて上記内部負電圧VNNが供給される。   The level change circuit LSN has the same circuit configuration as the level conversion circuit LSP. However, the P-channel MOSFET and the N-channel MOSFET are reversed, a latch-type MOSFET is provided on the N-channel MOSFET side, and the high-level operation voltage is replaced with the internal high voltage VCH instead of the internal high voltage VCH. The difference is that the operating voltage on the low level side is set to the internal negative voltage VNN instead of the ground potential VSS of the circuit. That is, the level conversion circuit LSN operates with the internal step-down voltage VDL and the internal negative voltage VNN, and a pair of CMOS inverter circuits composed of the same P-channel MOSFET and N-channel MOSFET as described above, and the P-channel. Each of the n-type MOSFETs is connected in series with each other, and an n-channel type MOSFET whose gate is latched so that the output signals of the other CMOS inverter circuit are supplied to each other is provided to supply the internal negative voltage VNN.

上記XデコーダXDECの出力信号N1は、上記同様に一方のCMOSインバータ回路を構成するMOSFETのゲートに供給され、インバータ回路より反転されて他方のCMOSインバータ回路を構成するMOSFETのゲートに供給される。上記一方のインバータ回路の出力信号N2は、ドライバとして動作するCMOSインバータ回路の入力に供給され、かかるインバータ回路の出力信号N3が上記Nチャンネル型出力MOSFETMN1のゲートに供給され、かかる出力MOSFETMN1を駆動するものである。   As described above, the output signal N1 of the X decoder XDEC is supplied to the gate of the MOSFET constituting one CMOS inverter circuit, inverted by the inverter circuit, and supplied to the gate of the MOSFET constituting the other CMOS inverter circuit. The output signal N2 of the one inverter circuit is supplied to the input of a CMOS inverter circuit that operates as a driver, and the output signal N3 of the inverter circuit is supplied to the gate of the N-channel output MOSFET MN1 to drive the output MOSFET MN1. Is.

この実施例では、上記出力MOSFETMP1とMN1のゲートとドレイン間に印加される電圧を小さくするために、言い換えるならば、上記MOSFETMP1とMN1のゲート絶縁膜にかかるストレスを緩和するために、ワード線Wiが接続される出力端子との間にそれぞれPチャンネル型MOSFETMP2とNチャンネル型MOSFETMN2が直列に接続される。上記Pチャンネル型MOSFETMP2のゲートには、接地電位VSSが印加されて定常的にオン状態にされ、上記Nチャンネル型MOSFETMN2のゲートには上記内部降圧電圧VDLが印加されて定常的にオン状態にされる。   In this embodiment, in order to reduce the voltage applied between the gates and drains of the output MOSFETs MP1 and MN1, in other words, to alleviate the stress applied to the gate insulating films of the MOSFETs MP1 and MN1, the word line Wi P-channel type MOSFET MP2 and N-channel type MOSFET MN2 are connected in series with each other to the output terminal to which is connected. A ground potential VSS is applied to the gate of the P-channel MOSFET MP2 to be constantly turned on, and the internal step-down voltage VDL is applied to the gate of the N-channel MOSFET MN2 to be constantly turned on. The

上記レベル変換回路LSPは、上記のようにVCHとVSSのような信号振幅の駆動信号N5を形成して、上記出力MOSFETMP1のオン/オフ状態を制御する。そして、上記Pチャンネル型MOSFETMP2は、ワード線Wiが負電圧VNNのときでも、出力MOSFETMP1のドレイン電圧を接地電位VSS+VT(ここでVTはMOSFETMP2のしきい値電圧)に保つ。   The level conversion circuit LSP forms the drive signal N5 having signal amplitudes such as VCH and VSS as described above, and controls the on / off state of the output MOSFET MP1. The P-channel MOSFET MP2 keeps the drain voltage of the output MOSFET MP1 at the ground potential VSS + VT (where VT is the threshold voltage of the MOSFET MP2) even when the word line Wi is the negative voltage VNN.

その結果、図7の動作波形図に示すように、出力端子がNチャンネル型出力MOSFETMN1のオン状態によりワード線Wiを非選択レベルに対応された負電圧VNNのときでも、上記オフ状態のPチャンネル型出力MOSFETMP1のゲートとドレイン間には、VCH−(VSS+VT)の電圧しか印加されない。   As a result, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 7, even when the output terminal is the negative voltage VNN corresponding to the non-selection level of the word line Wi due to the ON state of the N-channel output MOSFET MN1, the P channel in the OFF state. Only a voltage of VCH− (VSS + VT) is applied between the gate and drain of the type output MOSFET MP1.

上記レベル変換回路LSNは、上記のようにVDLとVNNのような信号振幅の駆動信号N3を形成して、上記出力MOSFETMN1のオン/オフ状態を制御する。そして、上記Nチャンネル型MOSFETMN1は、ワード線Wiが高電圧VCHのときでも、出力MOSFETMN1のドレイン電圧を内部降圧電圧VDL−VT(ここでVTはMOSFETMN2のしきい値電圧)に保つ。その結果、図7の動作波形図に示すように、出力端子が上記Pチャンネル型MOSFETMP1のオン状態によりワード線Wiの選択レベルに対応された内部高電圧VCHのときでも、上記オフ状態のNチャンネル型出力MOSFETMN1のゲートとドレイン間には、(VDL−VT)−VNNのような電圧しか印加されない。   The level conversion circuit LSN controls the on / off state of the output MOSFET MN1 by generating the drive signal N3 having signal amplitudes such as VDL and VNN as described above. The N-channel MOSFET MN1 keeps the drain voltage of the output MOSFET MN1 at the internal step-down voltage VDL-VT (where VT is the threshold voltage of the MOSFET MN2) even when the word line Wi is at the high voltage VCH. As a result, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 7, even when the output terminal is the internal high voltage VCH corresponding to the selection level of the word line Wi due to the ON state of the P-channel MOSFET MP1, the N-channel in the OFF state. Only a voltage such as (VDL-VT) -VNN is applied between the gate and drain of the type output MOSFET MN1.

つまり、図7の動作波形図に示すように、上記のような2種類のレベル変換回路LSPとLSNによる駆動電圧N5とN3のような信号振幅の制限作用と、上記直列に設けられたMOSFETMP2とMN2による印加電圧分割作用とが相乗的に作用して、上記のようにワード線Wiの選択レベル/非選択レベルが内部高電圧VCHと内部負電圧VNNに対応した大きな電圧であるにもかかわらず、出力MOSFETMP1とMN1とに印加される電圧は、小さく制限されたものとすることができる。そして、メモリセルについてみると、記憶キャパシタCsには、回路の接地電位VSSか内部降圧電圧VDLが保持されているから、ワード線Wiが非選択のような負電圧VNNにされたとき、VNN−VDLのような最大電圧が印加され、ワード線Wiが選択電圧VCHにされた直後ではVSS−VCHのような最大電圧が印加される。   That is, as shown in the operation waveform diagram of FIG. 7, the signal amplitude limiting action such as the drive voltages N5 and N3 by the two types of level conversion circuits LSP and LSN as described above, and the MOSFET MP2 provided in series, Although the applied voltage dividing action by MN2 acts synergistically, the selection level / non-selection level of the word line Wi is a large voltage corresponding to the internal high voltage VCH and the internal negative voltage VNN as described above. The voltages applied to the output MOSFETs MP1 and MN1 can be small and limited. As for the memory cell, since the storage capacitor Cs holds the circuit ground potential VSS or the internal step-down voltage VDL, when the word line Wi is set to a negative voltage VNN that is not selected, VNN− A maximum voltage such as VSS-VCH is applied immediately after the maximum voltage such as VDL is applied and the word line Wi is set to the selection voltage VCH.

上記レベル変換回路LSPのレベル変換動作の概略は、次の通りである。上記XデコーダXDECを構成するゲート回路G1の出力信号N1が接地電位VSSに対応したロウレベルのときには、一方のCMOSインバータ回路(Q17とQ19)のPチャンネル型MOSFETQ19がオン状態にされる。他方のCMOSインバータ回路(Q16とQ18)には、インバータ回路IV1の出力信号のハイレベルによりNチャンネル型MOSFETQ16がオン状態となり、出力信号をロウレベルにする。これにより、Pチャンネル型MOSFETQ21がオン状態にされて上記オン状態のMOSFETQ19を通して出力信号N4を高電圧VCHのようなハイレベルにする。この結果、上記高電圧VCHに対応したハイレベルを形成しつつ、Pチャンネル型MOSFETQ20がオフ状態にされて他方のCMOSインバータ回路に直流電流が流れないようにする。   The outline of the level conversion operation of the level conversion circuit LSP is as follows. When the output signal N1 of the gate circuit G1 constituting the X decoder XDEC is at a low level corresponding to the ground potential VSS, the P channel MOSFET Q19 of one of the CMOS inverter circuits (Q17 and Q19) is turned on. In the other CMOS inverter circuit (Q16 and Q18), the N-channel MOSFET Q16 is turned on by the high level of the output signal of the inverter circuit IV1, and the output signal is set to the low level. As a result, the P-channel MOSFET Q21 is turned on, and the output signal N4 is set to a high level like the high voltage VCH through the MOSFET Q19 in the on state. As a result, while forming a high level corresponding to the high voltage VCH, the P-channel MOSFET Q20 is turned off so that no direct current flows through the other CMOS inverter circuit.

上記XデコーダXDECを構成するゲート回路G1の出力信号N1が内部降圧電圧VDLのようなハイレベルときには、一方のCMOSインバータ回路(Q17とQ19)のNチャンネル型MOSFETQ17がオン状態にされる。他方のCMOSインバータ回路(Q16とQ18)には、インバータ回路IV1の出力信号がロウレベルになり、Pチャンネル型MOSFETQ18をオン状態にする。上記MOSFETQ17のオン状態により出力信号N4がロウレベルにされて、Pチャンネル型MOSFETQ20をオン状態にするので、他方のCMOSインバータ回路の出力信号が高電圧VCHに対応したハイレベルにされる。この結果、Pチャンネル型MOSFETQ21がオフ状態にされて上記ロウレベルの出力信号N4を形成している一方のCMOSインバータ回路に直流電流が流れないようにする。   When the output signal N1 of the gate circuit G1 constituting the X decoder XDEC is at a high level such as the internal step-down voltage VDL, the N-channel MOSFET Q17 of one of the CMOS inverter circuits (Q17 and Q19) is turned on. In the other CMOS inverter circuit (Q16 and Q18), the output signal of the inverter circuit IV1 becomes low level, and the P-channel type MOSFET Q18 is turned on. Since the output signal N4 is set to the low level by turning on the MOSFET Q17 and the P-channel type MOSFET Q20 is turned on, the output signal of the other CMOS inverter circuit is set to the high level corresponding to the high voltage VCH. As a result, the P-channel MOSFET Q21 is turned off so that no direct current flows through one of the CMOS inverter circuits forming the low-level output signal N4.

レベル変換回路LSNのレベル変換動作の概略も上記のほぼ同様であるので、上記XデコーダXDECを構成するゲート回路G1の出力信号N1が接地電位VSSに対応したロウレベルのときの動作のみを説明すると以下の通りである。上記出力信号N1が供給される一方のCMOSインバータ回路のPチャンネル型MOSFETがオン状態にされる。他方のCMOSインバータ回路には、それと反転されたハイレベルの信号が供給れるために、Nチャンネル型MOSFETがオン状態となる。上記一方のCMOSインバータ回路のPチャンネル型MOSFETのオン状態により出力信号N2が内部降圧電圧VDLのようなハイレベルとなり、他方のCMOSインバータ回路のNチャンネル型MOSFETをオン状態にさせる。この結果、他方のCMOSインバータ回路の出力信号は、2つのNチャンネル型MOSFETがオン状態にされて負電圧VNNを出力する。この結果、上記内部降圧電圧VDLに対応したハイレベルの出力信号N2を形成しつつ、それに対応した負電圧VNN側のNチャンネル型MOSFETをオフ状態して上記一方のCMOSインバータ回路に直流電流が流れないようにするものである。   Since the level conversion operation of the level conversion circuit LSN is almost the same as described above, only the operation when the output signal N1 of the gate circuit G1 constituting the X decoder XDEC is at a low level corresponding to the ground potential VSS will be described below. It is as follows. The P-channel MOSFET of one CMOS inverter circuit to which the output signal N1 is supplied is turned on. The other CMOS inverter circuit is supplied with an inverted high level signal, so that the N-channel MOSFET is turned on. The ON state of the P channel MOSFET of the one CMOS inverter circuit causes the output signal N2 to be at a high level like the internal step-down voltage VDL, and the N channel MOSFET of the other CMOS inverter circuit is turned on. As a result, the output signal of the other CMOS inverter circuit outputs the negative voltage VNN with the two N-channel MOSFETs turned on. As a result, a high-level output signal N2 corresponding to the internal step-down voltage VDL is formed, and the corresponding N-channel MOSFET on the negative voltage VNN side is turned off, and a direct current flows through the one CMOS inverter circuit. It is something to prevent.

図8には、上記ワードドライバWDの他の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、Xデコーダが2つの回路に分割されて構成される。第1デコーダXDECでは、ワード線4本分の選択信号N1を形成する。この選択信号は、図示しない第2デコーダで形成された選択信号X00、X01、X10及びX11によりスイッチ制御されるスイッチMOSFETM10〜M13を通してそれぞれに対応されたワードドライバWDiに供給される。   FIG. 8 shows a circuit diagram of another embodiment of the word driver WD. In this embodiment, the X decoder is divided into two circuits. In the first decoder XDEC, a selection signal N1 for four word lines is formed. This selection signal is supplied to the corresponding word driver WDi through switch MOSFETs M10 to M13 which are switch-controlled by selection signals X00, X01, X10 and X11 formed by a second decoder (not shown).

ワードドライバWDiは、1つの回路が代表として例示的に示されているようにレベル変換機能とワードドライブ機能とを合わせ持つようにされる。Pチャンネル型出力MOSFETM3とM4、Nチャンネル型MOSFETM6とM5は、前記のようなワードドライバを構成するものである。上記Nチャンネル型の出力MOSFETM6は、Nチャンネル型MOSFETM7とラッチ形態にされて前記のようなレベル変換機能を持つようにされる。このMOSFETM7には、前記のように耐圧緩和のためのNチャンネル型MOSFETM8が直列に接続され、上記MOSFETM5とともにゲートに内部降圧電圧VDLが供給される。   The word driver WDi is configured to have both a level conversion function and a word drive function so that one circuit is exemplarily shown as a representative. The P-channel type output MOSFETs M3 and M4 and the N-channel type MOSFETs M6 and M5 constitute the word driver as described above. The N-channel output MOSFET M6 is latched with the N-channel MOSFET M7 so as to have the level conversion function as described above. As described above, the MOSFET M7 is connected in series with the N-channel MOSFET M8 for reducing the breakdown voltage, and the internal step-down voltage VDL is supplied to the gate together with the MOSFET M5.

上記Pチャンネル型出力MOSFETM3には、レベル変換のためにラッチ形態にされたPチャンネル型MOSFETM2が設けられる。上記出力MOSFETM3のゲートには、プリチャージ信号WPHにより制御されるPチャンネル型MOSFETM1を通して高電圧VCHにプリチャージされる。そして、この入力点には上記スイッチMOSFETM10を通して選択信号N5が供給される。   The P-channel output MOSFET M3 is provided with a P-channel MOSFET M2 that is latched for level conversion. The gate of the output MOSFET M3 is precharged to a high voltage VCH through a P channel type MOSFET M1 controlled by a precharge signal WPH. A selection signal N5 is supplied to the input point through the switch MOSFET M10.

図9には、上記ワードドライバの動作を説明するためのタイミング図が示されている。プリチャージ信号WPHが回路の接地電位GNDのようなロウレベルのときに、Pチャンネル型MOSFETM1がオン状態にされて上記入力端子が高電圧VCHにプリチャージされる。このプリチャージ動作によりMOSFETM3がオフ状態にされ、それとともにオン状態のMOSFETM9、MOSFETM8を通してNチャンネル出力MOSFETM6のゲート電位N3がVDL−VTのようなハイレベルにされる。このため、MOSFETM6がオン状態にされてワード線Wiを負電圧VNNのような非選択レベルにしている。   FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the word driver. When the precharge signal WPH is at a low level such as the circuit ground potential GND, the P-channel MOSFET M1 is turned on and the input terminal is precharged to the high voltage VCH. By this precharge operation, the MOSFET M3 is turned off, and at the same time, the gate potential N3 of the N-channel output MOSFET M6 is set to a high level like VDL-VT through the MOSFET M9 and MOSFET M8 which are turned on. For this reason, the MOSFET M6 is turned on, and the word line Wi is set to a non-selection level such as the negative voltage VNN.

上記MOSFETM6のオン状態により、それとラッチ形態にされているMOSFETM7のゲートに負電圧VNNが供給されてオフ状態にされる。それ故、上記オン状態にされているプリチャージMOSFETM1と、上記電圧緩和のために定常的にオン状態にされているMOSFETM9とM8と上記MOSFETM7からなる直列経路に貫通電流が流れることが防止できる。   When the MOSFET M6 is turned on, the negative voltage VNN is supplied to the gate of the MOSFET M7 which is latched with the MOSFET M6 to be turned off. Therefore, it is possible to prevent a through current from flowing through a series path including the precharge MOSFET M1 that is turned on, the MOSFETs M9 and M8 that are constantly turned on to relax the voltage, and the MOSFET M7.

Xデコーダの動作により、第1デコーダXDEC1の出力信号N1がロウレベルにされる。そして、4つのワード線のうち選択信号X00のハイレベルによりMOSFETM10がオン状態にされると、上記入力端子の選択信号N5がロウレベルに引き抜かれる。この結果、出力MOSFETM3がオフ状態からオン状態に変化し、ワード線Wiを負電圧VNNから高電圧VCHに向けて立ち上げる。この電圧の立ち上がりにより、MOSFETM7がオン状態にされて、MOSFETM6のゲート電圧N3をVDL−VTから負電圧VNNに低下させる。このため、MOSFETM6がオフ状態にされて、ワード線Wiの電位は高速に高電圧VCHに立ち上がることになる。他の非選択ワード線は、それに対応したワードドライバにおいて、上記プリチャージ電圧を維持するために、上記Pチャンネル型出力MOSFETがオフ状態となり、Nチャンネル型出力MOSFETがオン状態となって上記負電圧VNNのような非選択レベルを維持する。   By the operation of the X decoder, the output signal N1 of the first decoder XDEC1 is set to the low level. When the MOSFET M10 is turned on by the high level of the selection signal X00 among the four word lines, the selection signal N5 of the input terminal is pulled out to the low level. As a result, the output MOSFET M3 changes from the off state to the on state, and the word line Wi is raised from the negative voltage VNN to the high voltage VCH. Due to the rise of this voltage, the MOSFET M7 is turned on, and the gate voltage N3 of the MOSFET M6 is lowered from VDL-VT to the negative voltage VNN. For this reason, the MOSFET M6 is turned off, and the potential of the word line Wi rises to the high voltage VCH at high speed. In the other non-selected word lines, in order to maintain the precharge voltage in the corresponding word driver, the P-channel output MOSFET is turned off, the N-channel output MOSFET is turned on, and the negative voltage is applied. Maintain a non-selection level such as VNN.

上記ワード線Wiの選択動作の終了によりデコード信号X00がロウレベルにされて、上記MOSFETM10はオフ状態にされる。また、第1デコーダXDEC1の出力信号N1がハイレベルに復帰する。この後に、プリチャージ信号WPHがロウレベルの変化して、上記MOSFETM1をオン状態にさせる。このため、入力端子の電圧N5は上記高電圧VCHにプリチャージされる。このプリチャージ動作により、Pチャンネル型出力MOSFETM3がオフ状態にされるとともに、Nチャンネル型MOSFETM6のゲート電圧N3が上記MOSFETM8によりVDL−VTのように制限されたハイレベルにされる。このMOSFETM6のオン状態により、ワード線Wiの選択レベル(VCH)を非選択レベルに対応した負電圧VNNに立ち下げる。この構成においても、出力MOSFETM3やM6に印加される電圧は、上記のように制限されたものとなり、デバイスの高信頼性を確保することができるものである。   When the selection operation of the word line Wi is completed, the decode signal X00 is set to the low level, and the MOSFET M10 is turned off. Further, the output signal N1 of the first decoder XDEC1 returns to the high level. Thereafter, the precharge signal WPH changes to a low level to turn on the MOSFET M1. For this reason, the voltage N5 at the input terminal is precharged to the high voltage VCH. By this precharge operation, the P-channel output MOSFET M3 is turned off, and the gate voltage N3 of the N-channel MOSFET M6 is set to a high level limited by the MOSFET M8 as VDL-VT. Due to the ON state of the MOSFET M6, the selection level (VCH) of the word line Wi is lowered to the negative voltage VNN corresponding to the non-selection level. Also in this configuration, the voltage applied to the output MOSFETs M3 and M6 is limited as described above, and the high reliability of the device can be ensured.

この実施例では、上記のような第1のXデコーダ回路XDECに対して4本のワード線に対応したワードドライバに共用するものである。これにより、1つのワード線当たりに必要なMOSFETの数を低減させることができる。言い換えるならば、高密度で配置れるワード線のピッチと、その選択信号を形成するXデコーダのピッチとを合わせ込むことができ高集積化を可能にするものである。   In this embodiment, the first X decoder circuit XDEC is shared by word drivers corresponding to four word lines. Thereby, the number of MOSFETs required per one word line can be reduced. In other words, the pitch of the word lines arranged at a high density can be matched with the pitch of the X decoder that forms the selection signal, thereby enabling high integration.

図10には、この発明を階層化(分割ワード線方式)ワードドライバに適用した場合の一実施例の構成図が示されている。階層化ワード線とは、ワード線をメインワード線とサブワード線に分け、サブワード線にメモリセルを接続するようにするものである。上記のような階層化ワード方式においては、高抵抗のワード線を低抵抗のメタル配線層で裏打ちするいわゆるワードシャント方式におけるメタル配線層のレイアウトピッチを緩和するためのものである。このような分割ワード線とすることにより、大記憶容量化を図りつつ、高集積化を実現することができる。   FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a hierarchical (divided word line type) word driver. The hierarchical word line is a word line divided into a main word line and a sub word line, and a memory cell is connected to the sub word line. The hierarchical word system as described above is for relaxing the layout pitch of the metal wiring layer in the so-called word shunt system in which a high resistance word line is lined with a low resistance metal wiring layer. By using such divided word lines, high integration can be realized while increasing the storage capacity.

同図には、上記メモリマットのメインワード線とサブワード線との関係を説明するための概略構成が示されている。同図においては、代表として2本のメインワード線MW0とMWiが示されている。上記メインワード線MW0,MWi等は、メインワードドライバMWDに設けられた各ドライバMDRV0,MDRVi等により選択/非選択にされる。上記1つのメインワード線MW0には、それの延長方向に対して複数組のサブワード線SWLが設けられる。同図には、そのうちの3組のサブワード線SWLが代表として例示的に示されている。サブワード線SWLは、偶数0〜6と奇数1〜7の合計8本のサブワード線が1つのメモリマットMAT0とMAT1に交互に配置される。このように1つのメインワード線に対して、その配列方向に8本のサブワード線を割り当てることにより、メインワード線のピッチを1/8に緩和することができる。   FIG. 2 shows a schematic configuration for explaining the relationship between the main word line and the sub word line of the memory mat. In the figure, two main word lines MW0 and MWi are shown as representatives. The main word lines MW0, MWi, etc. are selected / unselected by the drivers MDRV0, MDRVi, etc. provided in the main word driver MWD. The one main word line MW0 is provided with a plurality of sets of sub word lines SWL in the extending direction thereof. In the drawing, three sets of sub word lines SWL are illustratively shown. In the sub word lines SWL, a total of eight sub word lines of even numbers 0 to 6 and odd numbers 1 to 7 are alternately arranged in one memory mat MAT0 and MAT1. Thus, by assigning eight sub word lines in the arrangement direction to one main word line, the pitch of the main word lines can be reduced to 1/8.

上記メインワードドライバMWDに隣接する偶数0〜6と、図示しないメインワード線MW0の遠端側(ワードドライバの反対側)に配置される奇数1〜7を除いて、メモリマット間に配置されるサブワードドライバSWD1等は、それを中心にした左右のメモリマットMAT0とMAT1等の一対のサブワード線の選択信号を形成する。このようにサブワード線の長さをメインワード線の延長方向に対して分割することにより、1つのサブワード線に接続されるメモリセルの数を減らすことができ、メモリセルの選択動作を高速にすることができる。   Arranged between memory mats except for even numbers 0 to 6 adjacent to the main word driver MWD and odd numbers 1 to 7 disposed on the far end side (opposite side of the word driver) of the main word line MW0 (not shown). The sub word driver SWD1 and the like form a selection signal for a pair of sub word lines such as the left and right memory mats MAT0 and MAT1 around the driver. Thus, by dividing the length of the sub word line with respect to the extending direction of the main word line, the number of memory cells connected to one sub word line can be reduced, and the memory cell selection operation is accelerated. be able to.

上記のようにサブワード線を偶数0〜6と偶数1〜7に分け、それぞれメモリマットの両側にサブワードドライバSWD0,SWD1等を配置する構成では、メモリセルの配置に合わせて高密度に配置されるサブワード線SWLの実質的なピッチがサブワードドライバSWD0,SWD1の中で2倍に緩和でき、サブワードドライバSWD0,SWD1に設けられるドライバSDRVとそれに対応したサブワード線SWL等とを効率よくレイアウトすることができる。上記ドライバSDRVは、メインワード線MWiとサブワード選択線FX1との論理積(アンド)によりサブワード線SWLを選択/非選択とするものである。   In the configuration in which the sub word lines are divided into even numbers 0 to 6 and even numbers 1 to 7 as described above, and the sub word drivers SWD0 and SWD1 are arranged on both sides of the memory mat, respectively, the sub word lines are arranged at high density according to the arrangement of the memory cells. The substantial pitch of the sub word lines SWL can be relaxed to twice that of the sub word drivers SWD0 and SWD1, and the driver SDRV provided in the sub word drivers SWD0 and SWD1 and the corresponding sub word lines SWL can be efficiently laid out. . The driver SDRV selects / deselects the sub word line SWL by the logical product (AND) of the main word line MWi and the sub word selection line FX1.

XデコーダXDECを構成するゲート回路AN3,AN4等で形成された選択信号がメインワードドライバMWDに供給される。メインワードドライバMWDは、上記選択信号を受けるドライバMDRV0,MDRVi等により構成され、各メモリマットMAT0,MAT1において4本ずつのサブワード線0〜6(1〜7)に対応した選択信号としてのメインワード線MW0,MWi等を選択/非選択に駆動する。上記4つのサブワード線0〜6又は1〜7の中から1つのサブワード線を選択するためのサブワード選択線FXiが設けられる。サブワード選択線FXiは、FX0〜FX7のような8本から構成され、上記XデコーダXDECに含まれるゲート回路AN1,AN2等で選択信号が形成される。   A selection signal formed by the gate circuits AN3, AN4, etc. constituting the X decoder XDEC is supplied to the main word driver MWD. The main word driver MWD is composed of drivers MDRV0, MDRVi and the like that receive the selection signal, and a main word as a selection signal corresponding to four sub word lines 0-6 (1-7) in each of the memory mats MAT0, MAT1. The lines MW0, MWi, etc. are driven to be selected / unselected. A sub word selection line FXi for selecting one sub word line from among the four sub word lines 0 to 6 or 1 to 7 is provided. The sub word selection lines FXi are composed of eight lines such as FX0 to FX7, and a selection signal is formed by the gate circuits AN1, AN2, etc. included in the X decoder XDEC.

上記メインワードドライバMWDに含まれるドライバFDRV0等を介して偶数サブワード選択線FX0〜FX6が上記偶数列のサブワードドライバSDRV0〜6に供給され、ドライバFDRV1等を介して奇数サブワード選択線FX1〜FX7が上記奇数列のサブワードドライバFDRV1〜7に供給される。特に制限されないが、サブワード選択線FX0〜FX7は、アレイの周辺部では上記メインワード線MW0等と同じ第2層目の金属配線層M2により形成される。サブワード選択線FX0〜FX7は、上記サブワードドライバに対応した部分で分岐して、同じく第2層目の金属配線層M2により構成されるメインワード線MW0〜MWiと交差する箇所では、第3層目の金属配線層M3により構成されて上記メインワード線と直交する方向に延長され、上記サブワードドライバの入力に導かれる。   The even numbered subword selection lines FX0 to FX6 are supplied to the even numbered subword drivers SDRV0 to SDRV0 through the drivers FDRV0 and the like included in the main word driver MWD, and the odd numbered subword selection lines FX1 to FX7 are supplied to the even numbered subword drivers SDRV1 and the like through the driver FDRV1 and the like. The odd-numbered column sub-word drivers FDRV1 to FDRV7 are supplied. Although not particularly limited, the sub word selection lines FX0 to FX7 are formed by the second metal wiring layer M2 which is the same as the main word line MW0 and the like in the periphery of the array. The sub word selection lines FX0 to FX7 are branched at a portion corresponding to the sub word driver, and at a portion intersecting with the main word lines MW0 to MWi constituted by the second metal wiring layer M2, the third layer is selected. The metal wiring layer M3 is extended in a direction perpendicular to the main word line and led to the input of the sub word driver.

図11には、上記階層化ワードドライバ方式に対応したサブワードドライバSDRVの一実施例の回路図が示されている。この実施例では、前記のような高信頼性を確保するために、上記サブワード選択線とメインワード線とは、一対の信号線により構成される。つまり、一対からなるサブワード選択線の信号FXiBとFXiは、信号FXiBが内部高電圧VCHのようなハイレベルのとき信号FXinが負電圧VNNのようなロウレベルとなり、信号FXiBが回路の接地電位VSSのようなロウレベルのとき、信号FXinは内部降圧電圧VDLのようなハイレベルにされる実質的な相補信号とされる。   FIG. 11 shows a circuit diagram of an embodiment of a sub word driver SDRV corresponding to the above hierarchical word driver system. In this embodiment, in order to ensure the high reliability as described above, the sub word selection line and the main word line are constituted by a pair of signal lines. That is, the signals FXiB and FXi of the pair of sub word selection lines are such that when the signal FXiB is at a high level such as the internal high voltage VCH, the signal FXin is at a low level such as the negative voltage VNN, and the signal FXiB is at the ground potential VSS of the circuit. At such a low level, the signal FXin is a substantially complementary signal that is set to a high level such as the internal step-down voltage VDL.

上記サブワード選択線の信号FXiとFXiBは、サブワードドライバが設けられる分岐部にドライバDV1とDV2によりそれぞれ反転させられて、対応するサブワードドライバに対応したサブワード選択線の信号FXiBnとFXinにされる。この分岐されたサブワード選択線の信号FXinは、次に説明するサブワードドライバSDRVの動作電圧として利用される。つまり、選択されたものが前記のような内部高電圧VCHにされ、非選択のものは回路の接地電位VSS(0V)にされる。上記分岐されたサブワード選択線の信号FXiBnは、上記信号FXinが非選択の接地電位0Vのときに、サブワード線SWLを負電圧VNNに設定するために利用される。   The signals FXi and FXiB of the sub word selection lines are inverted by drivers DV1 and DV2, respectively, at branch portions where the sub word drivers are provided, and become signals FXiBn and FXin of the sub word selection lines corresponding to the corresponding sub word drivers. The branched signal FXin of the sub word selection line is used as an operating voltage of a sub word driver SDRV described below. That is, the selected one is set to the internal high voltage VCH as described above, and the non-selected one is set to the circuit ground potential VSS (0 V). The signal FXiBn of the branched sub word selection line is used to set the sub word line SWL to the negative voltage VNN when the signal FXin is at the non-selected ground potential 0V.

一対からなるメインワード線MWiBPとMWiBNは、メインワード線MWiBPが内部高電圧VCHのようなハイレベルのときメインワード線MWiBNは、内部降圧電圧VDLのようなハイレベルとなり、メインワード線MWiBPが接地電位VSSのようなロウレベルのときメインワード線MWiBNは、内部負電圧VNNのようなロウレベルとなるという実質的な同相の選択/非選択信号が供給される。   When the main word line MWiBP is at a high level such as the internal high voltage VCH, the main word line MWiBN is at a high level such as the internal step-down voltage VDL, and the main word line MWiBP is grounded. The main word line MWiBN is supplied with a substantially in-phase selection / non-selection signal indicating a low level such as the internal negative voltage VNN when it is at a low level such as the potential VSS.

このような2つの信号MWiBPとMWiBNにより、前記図6と同様なPチャンネル型出力MOSFETM14とNチャンネル型出力MOSFETM17を駆動して、サブワード線SWLをVCHとVNNのような選択/非選択レベルにする。ただし、前記図6の回路と異なる点は、上記のように動作電圧がサブワード選択線FXinにより供給される。したがって、サブワード選択線FXinが0Vのような非選択レベルで、上記メインワード線の信号MWiBPとMWiBNが選択レベルのときに、サブワード線SWLを非選択の負電圧VNNにするために、MOSFETM18とM19が設けられ、かかるMOSFETM19のゲートには上記サブワード選択線FXiBnの内部降圧電圧VDLが供給される。これにより、上記サブワード選択線FXinが0Vのような非選択レベルで、上記メインワード線の信号MWiBPとMWiBNが選択レベルのときに、上記MOSFETM19がオン状態になってサブワード線SWLを負電圧VNNのような非選択レベルにするものである。   Such two signals MWiBP and MWiBN drive a P-channel output MOSFET M14 and an N-channel output MOSFET M17 similar to those shown in FIG. 6 to set the sub word line SWL to a select / non-select level such as VCH and VNN. . However, the difference from the circuit of FIG. 6 is that the operating voltage is supplied by the sub-word selection line FXin as described above. Therefore, when the sub word selection line FXin is at a non-selection level such as 0V and the signals MWiBP and MWiBN of the main word line are at the selection level, MOSFETs M18 and M19 are used to set the sub word line SWL to the non-selection negative voltage VNN. The internal step-down voltage VDL of the sub word selection line FXiBn is supplied to the gate of the MOSFET M19. As a result, when the sub word selection line FXin is at a non-selection level such as 0V and the main word line signals MWiBP and MWiBN are at the selection level, the MOSFET M19 is turned on and the sub word line SWL is set to the negative voltage VNN. This is a non-selection level.

MOSFETM15、M16及びM18は、前記のように出力MOSFETM14、M17及びM19に印加されるゲート絶縁膜に印加される電圧を分担して低くするものであり、上記各信号の信号振幅をVNN〜VDLとVSS〜VCHのように小さくすることとが相乗的に作用して上記のようにデバイスの高信頼性を確保することがきる。   The MOSFETs M15, M16, and M18 share and lower the voltage applied to the gate insulating film applied to the output MOSFETs M14, M17, and M19 as described above. It is possible to ensure the high reliability of the device as described above by synergistically acting as small as VSS to VCH.

図12には、上記サブワード選択線とメインワード線を駆動するドライバの一実施例の回路図が示されている。図13の波形図に示すように、ドライバFDRVは、XデコーダXDECで形成された0〜VDLのような小振幅のサブワード選択線FSXiを受けて、上記サブワード選択線に供給される信号FXiとFXiBを形成する。つまり、上記小振幅信号FSXiは、前記図6で説明したのと同様なレベル変換回路LSNとLSPとでVNN〜VDLと0〜VCHとのような信号振幅にそれぞれレベル変換され、出力部に設けられたドライバDV3とDV4を介してサブワード選択線FXiとFXiBに出力される。   FIG. 12 is a circuit diagram showing one embodiment of a driver for driving the sub word selection line and the main word line. As shown in the waveform diagram of FIG. 13, the driver FDRV receives signals FXi and FXiB supplied to the subword selection line in response to the subword selection line FSXi having a small amplitude such as 0 to VDL formed by the X decoder XDEC. Form. That is, the small amplitude signal FSXi is level-converted into signal amplitudes such as VNN to VDL and 0 to VCH by the level conversion circuits LSN and LSP similar to those described with reference to FIG. The sub-word selection lines FXi and FXiB are output via the drivers DV3 and DV4.

メインワードドライバMDRVは、上記図13の波形図に示すように、Xデコーダで形成された0〜VDLで変化する小振幅のメインワード線選択信号を受けて、上記メインワード線MWiBNとMWiBPに供給される選択/非選択信号を形成する。つまり、上記小振幅信号XDECは、前記図6で説明したと同様なレベル変換回路LSNとLSPとでVNN〜VDLと0〜VCHとのような信号振幅にそれぞれレベル変換され、出力部に設けられたドライバDV5とDV6を介して上記メインワード線MWiBNとMWiBPを駆動するものである。   As shown in the waveform diagram of FIG. 13, the main word driver MDRV receives a small-amplitude main word line selection signal varying from 0 to VDL formed by the X decoder, and supplies it to the main word lines MWiBN and MWiBP. The selected / unselected signal is formed. That is, the small amplitude signal XDEC is level-converted into signal amplitudes such as VNN to VDL and 0 to VCH by the level conversion circuits LSN and LSP similar to those described with reference to FIG. The main word lines MWiBN and MWiBP are driven through the drivers DV5 and DV6.

このような階層ワード方式においても、上記のように各ドライバを構成する出力MOSFETには、前記のような電圧分担用のMOSFETを設け、かつ、その信号振幅をPチャンネル型MOSFET側とNチャンネル型MOSFET側用に分けて、2通りの比較的小さな信号振幅として伝えるようにすることにより、デバイスの高信頼性を確保することができる。   Also in such a hierarchical word system, the output MOSFETs constituting each driver as described above are provided with the above-described MOSFET for voltage sharing, and the signal amplitude thereof is set to the P-channel MOSFET side and the N-channel type. High reliability of the device can be ensured by dividing it for the MOSFET side and transmitting it as two relatively small signal amplitudes.

図14には、この発明に係るダイナミック型RAMにおける電源回路の他の一実施例の概略ブロック図が示されている。この実施例のダイナミック型RAMは、複数(同図では4個)のメモリアレイMCAを持つようにされる。これらのメモリアレイMCAは、前記階層ワードドライバ方式をとる場合、それぞれが後述するような複数のメモリマットから構成される。この実施例では、高電圧用のチャージポンプ回路VPPGと負電圧用のチャージポンプ回路VBBGに対して、複数の定電圧回路RGNとRGPが設けられる。特に制限されないが、これらの定電圧回路RGNとRGPとは、上記複数からなるメモリアレイMCAに一対一に対応して複数個設けられる。各メモリアレイMCAにおいて、上記電圧VCHとVNNは、同じであることから上記VCHとVNNに対応させられ基準電圧VRHとVRNを形成する基準電圧発生回路RGFPとRGFNとは共通の回路が用いられる。   FIG. 14 is a schematic block diagram showing another embodiment of the power supply circuit in the dynamic RAM according to the present invention. The dynamic RAM of this embodiment has a plurality (four in the figure) of memory arrays MCA. These memory arrays MCA are each composed of a plurality of memory mats as will be described later when the hierarchical word driver method is adopted. In this embodiment, a plurality of constant voltage circuits RGN and RGP are provided for the charge pump circuit VPPG for high voltage and the charge pump circuit VBBG for negative voltage. Although not particularly limited, a plurality of these constant voltage circuits RGN and RGP are provided in one-to-one correspondence with the above-described plurality of memory arrays MCA. In each memory array MCA, since the voltages VCH and VNN are the same, a common circuit is used for the reference voltage generation circuits RGFP and RGFN that correspond to the VCH and VNN and form the reference voltages VRH and VRN.

この構成では、負荷となるメモリアレイMCAのワード線選択回路XDECとWDに近接して、上記定電圧回路RGPとRGNとを配置させることができ、その間の配線も短くなり、電源インピーダンスを低くすることができるとともに、上記チャージポンプ回路VPPGとVBBG及び基準電圧発生回路RGFPとRGFNを共通に使用できるために回路規模を小さくすることができる。上記チャージポンプ回路VPPGとVBBGで形成される電圧は、上記ワード線の選択状態又は非選択状態への変化時に電圧変動が生じても問題ないように予め絶対値的に大きく形成されていること、及び上記基準電圧発生回路は、上記差動回路の参照電圧として使用されるだけでほとんど電流は流れないので上記のように複数の回路に共通に設け、その間の配線長が長くなってもほとんど問題ない。   In this configuration, the constant voltage circuits RGP and RGN can be arranged close to the word line selection circuits XDEC and WD of the memory array MCA as a load, the wiring between them is shortened, and the power source impedance is lowered. In addition, since the charge pump circuits VPPG and VBBG and the reference voltage generation circuits RGFP and RGFN can be used in common, the circuit scale can be reduced. The voltage formed by the charge pump circuits VPPG and VBBG is formed large in advance in absolute value so that there is no problem even if voltage fluctuation occurs when the word line changes to the selected state or the non-selected state, Since the reference voltage generation circuit is used only as a reference voltage for the differential circuit and almost no current flows, it is provided in common for a plurality of circuits as described above, and there is almost no problem even if the wiring length between them becomes long. Absent.

図15には、前記階層化ワードドライバ方式に対応したサブワード選択線用のドライバ及びサブワードドライバの他の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、1本のメインワード線MWiBと1本のサブワード選択線FXiBにより上記サブワード線を選択できるよう工夫されたものである。このような1本のサブワード選択線とメインワード線とで構成することにより、配線数を減らすとともに回路素子数も低減できる。   FIG. 15 shows a circuit diagram of another embodiment of a subword selection line driver and subword driver corresponding to the hierarchical word driver system. In this embodiment, the sub-word line can be selected by one main word line MWiB and one sub-word selection line FXiB. Such a single sub word selection line and main word line make it possible to reduce the number of wirings and the number of circuit elements.

上記のようにサブワード選択線とメインワード線を1本で構成することに対してして、選択/非選択の信号レベルは、図16の波形図に示すようにVNN〜VCHのような大きな信号振幅とされる。サブワード選択線の前記のような分岐部には、反転信号を形成するドライバが設けられる。このドライバは、上記VCHとVNNの電圧で動作して、図16の波形図に示すように上記信号FXiBnとは反転されたサブワード選択線FXinを形成して、サブワードドライバの動作電圧として利用される。   As described above, when the sub-word selection line and the main word line are configured by one, the selection / non-selection signal level is a large signal such as VNN to VCH as shown in the waveform diagram of FIG. Amplitude. A driver for forming an inversion signal is provided at the branch portion of the sub word selection line as described above. This driver operates with the voltages of VCH and VNN, forms a subword selection line FXin inverted from the signal FXiBn as shown in the waveform diagram of FIG. 16, and is used as the operating voltage of the subword driver. .

上記分岐部のドライバにおいて、上記サブワード選択線FXiBの信号は、ゲートにVDLが供給されたNチャンネル型MOSFETM21を介して負電圧VNNを出力するNチャンネル型の出力MOSFETM25のゲートに伝えられ、ゲートに接地電位VSSが供給されたPチャンネル型MOSFETM20を介して高電圧VCHを出力するPチャンネル型の出力MOSFETM22のゲートに伝えられる。上記Pチャンネル型の出力MOSFETM22と出力端子との間には、上記VSSがゲートに印加されたPチャンネル型MOSFETM24が直列に挿入され、上記Nチャンネル型の出力MOSFETM25と出力端子と間には、上記VDLがゲートに印加されたNチャンネル型MOSFETM24が設けられる。   In the branch driver, the signal of the sub-word selection line FXiB is transmitted to the gate of the N-channel output MOSFET M25 that outputs the negative voltage VNN through the N-channel MOSFET M21 to which VDL is supplied to the gate. The voltage is transmitted to the gate of the P-channel output MOSFET M22 that outputs the high voltage VCH via the P-channel MOSFET M20 to which the ground potential VSS is supplied. Between the P-channel type output MOSFET M22 and the output terminal, a P-channel type MOSFET M24 with the VSS applied to the gate is inserted in series, and between the N-channel type output MOSFET M25 and the output terminal, An N-channel MOSFET M24 is provided in which VDL is applied to the gate.

上記のようにサブワード選択線FXiBには、VCHとVNNのような大きな信号振幅とするにもかかわらず、上記ドライバを構成する出力MOSFETM22とM25には、それぞれ前記図7と同様に比較的小さな電圧しか印加されずデバイスの高信頼性を確保することができるものとなる。   Although the sub-word selection line FXiB has a large signal amplitude such as VCH and VNN as described above, a relatively small voltage is applied to the output MOSFETs M22 and M25 constituting the driver as in FIG. Only the voltage is applied and the high reliability of the device can be ensured.

サブワードドライバも上記ドイラバと同様である。ただし、メインワード線MWiBがVNNのような選択レベルのときに、上記サブワード選択線FXinがVNNのような非選択レベルのときに、サブワード線SWLiを負電圧VNNのような非選択レベルにするために、上記サブワード選択線FXiBnがゲートに接続されたMOSFET27が設けられ、そのハイレベル(VCH)が前記同様にゲートにVDLが印加された電圧分割用のMOSFETを介してゲートに伝えられてオン状態となり、サブワード線SWLiを負電圧VNNにする。このときにも、サブワード線SWLiが接続される出力端子との間には、前記VDLがゲートに印加された電圧分割用のMOSFETM26が直列に接続される。   The subword driver is the same as the above driver. However, when the main word line MWiB is at a selection level such as VNN and the sub word selection line FXin is at a non-selection level such as VNN, the sub-word line SWLi is set to a non-selection level such as the negative voltage VNN. Further, a MOSFET 27 having the gate connected to the sub-word selection line FXiBn is provided, and the high level (VCH) is transmitted to the gate through the voltage dividing MOSFET in which VDL is applied to the gate in the same manner as described above. Thus, the sub word line SWLi is set to the negative voltage VNN. Also at this time, the voltage dividing MOSFET M26 in which the VDL is applied to the gate is connected in series between the output terminal to which the sub word line SWLi is connected.

上記サブワード選択線FXiBやメインワード線MWiBを駆動するドライバは、VNN〜VCHのような出力信号を形成するものであるから、前記図6に示したようなワードドライバを利用するものである。   Since the driver for driving the sub word selection line FXiB and the main word line MWiB generates output signals such as VNN to VCH, the word driver as shown in FIG. 6 is used.

図17には、基準電圧発生回路の一実施例の回路図が示されている。この実施例回路では、前記VCHとVNNに対応した基準電圧VRNとVRPを発生させる。基準電圧発生回路は、バイポーラトランジスタのシリコンバンドギャップを利用した基準電圧回路BGGと、基準電圧回路で形成された電圧を電流信号に変換する電圧電流変換回路IVCONと、かかる電流信号を電流ミラー回路を利用して上記各基準電圧VRNとVRPを発生する回路から構成される。   FIG. 17 shows a circuit diagram of an embodiment of the reference voltage generating circuit. In this embodiment circuit, reference voltages VRN and VRP corresponding to the VCH and VNN are generated. The reference voltage generation circuit includes a reference voltage circuit BGG that uses the silicon band gap of the bipolar transistor, a voltage / current conversion circuit IVCON that converts a voltage formed by the reference voltage circuit into a current signal, and a current mirror circuit that converts the current signal into a current mirror circuit. A circuit for generating the reference voltages VRN and VRP is used.

バイポーラトランジスタT1とT2は、そのエミッタ面積AE が1と8のように異なるように形成され、そのコレクタとベースを共通接続してダイオード形態にするとともに、エミッタに1MΩのような高抵抗を介して同じ電流が流れるようにして、シリコンバンドギャップに対応した差電圧を発生させて88KΩのような抵抗に印加して定電流を発生させる。つまり、上記トランジスタT1のエミッタ電圧と上記88KΩを介したトランジスタT2のエミッタ電圧が等しくなるように差動MOSFETQ21とQ22からなる差動増幅回路で上記高抵抗に供給される電圧を制御する。これにより、上記高抵抗において1.26Vのような基準電圧VREFを発生させる。 The bipolar transistors T1 and T2 are formed so that their emitter areas A E are different as 1 and 8, and their collectors and bases are connected in common to form a diode, and the emitter is connected via a high resistance such as 1 MΩ. Thus, a constant voltage is generated by applying a difference voltage corresponding to the silicon band gap to a resistor such as 88 KΩ so that the same current flows. That is, the voltage supplied to the high resistance is controlled by the differential amplifier circuit composed of the differential MOSFETs Q21 and Q22 so that the emitter voltage of the transistor T1 and the emitter voltage of the transistor T2 through 88 KΩ are equal. As a result, a reference voltage VREF such as 1.26 V is generated at the high resistance.

上記トランジスタT1とT2は、Pチャンネル型MOSFETのソース,ドレイン拡散領域をエミッタとし、それが形成されるn型ウェル領域nWELLをベースとし、p−型基板をコレクタとして用いる。上記コレクタとベースとは共通に接続して、上記p−型基板に与えられる接地電位にされる。上記88KΩの抵抗に発生した差電圧は、それと同じ電流が流れる上記高抵抗との抵抗比に対応して上記1.26Vのような電圧にされる。   The transistors T1 and T2 use a source / drain diffusion region of a P-channel MOSFET as an emitter, an n-type well region nWELL in which it is formed, and a p− type substrate as a collector. The collector and the base are connected in common and set to the ground potential applied to the p-type substrate. The differential voltage generated in the 88 KΩ resistor is set to a voltage of 1.26 V corresponding to the resistance ratio with the high resistance through which the same current flows.

上記ゲートに接地電位が供給されて抵抗素子として作用するPチャンネル型MOSFETQ23は、起動回路を構成する。上記トランジスタT1とT2及び差像増幅回路からなるBGGは、VREFが0Vのとき、つまりトランジスタT1,T2がオフ状態で、差動MOSFETQ21とQ22がオフ状態でも安定するために、上記起動回路を設けて上記1.26Vのような基準電圧を形成するものである。上記基準電圧VREFは、キャパシタC1が設けられていっそうの安定化させられるものである。   The P-channel MOSFET Q23, which acts as a resistance element with the ground potential supplied to the gate, constitutes a start-up circuit. The BGG composed of the transistors T1 and T2 and the difference image amplifier circuit is provided with the start-up circuit in order to be stable even when VREF is 0 V, that is, when the transistors T1 and T2 are off and the differential MOSFETs Q21 and Q22 are off. Thus, a reference voltage such as 1.26V is formed. The reference voltage VREF is more stabilized because the capacitor C1 is provided.

電圧電流変換回路IVCONは、差動MOSFETQ24とQ25からなる差動回路と出力MOSFETQ26によりボルテージフォロワ回路を構成し、上記基準電圧VREFを抵抗RFに流して定電流を形成する。この定電流は上記出力MOSFETQ26に流れるので、それとゲートとソースが共通化されたPチャンネル型MOSFETQ27、Q30を設けて電流ミラー回路を構成し、上記MOSFETQ27及びQ30のドレインから電流変換された基準電流を取り出す。特に制限されないが、上記抵抗RFにより形成された基準電圧VREF0は、特に制限されないが、後述するレベルサンサに利用される。   The voltage / current conversion circuit IVCON forms a voltage follower circuit by the differential circuit composed of the differential MOSFETs Q24 and Q25 and the output MOSFET Q26, and causes the reference voltage VREF to flow through the resistor RF to form a constant current. Since this constant current flows to the output MOSFET Q26, P channel type MOSFETs Q27 and Q30 having a common gate and source are provided to form a current mirror circuit, and the reference current converted from the drains of the MOSFETs Q27 and Q30 is used as a current mirror circuit. Take out. Although not particularly limited, the reference voltage VREF0 formed by the resistor RF is not particularly limited, but is used for a level sensor described later.

上記MOSFETQ27のドレインから出力される基準電流は、前記チャージポンプ回路VBBGで形成された−1.0Vのような基板電圧VBBにソースが接続されたNチャンネル型MOSFETQ28とQ29からなる電流ミラー回路に供給され、その出力電流を接地電位との間に設けられた抵抗RL1に流すようにして、−0.75Vのような基準電圧VRNを発生させる。上記抵抗RL1には、キャパシタC3が並列に設けられて電圧安定化が図られている。   The reference current output from the drain of the MOSFET Q27 is supplied to a current mirror circuit composed of N-channel MOSFETs Q28 and Q29 whose source is connected to a substrate voltage VBB such as −1.0 V formed by the charge pump circuit VBBG. Then, the output current is passed through a resistor RL1 provided between the ground potential and a reference voltage VRN such as -0.75V is generated. The resistor RL1 is provided with a capacitor C3 in parallel to stabilize the voltage.

上記MOSFETQ30のドレインから出力される基準電流は、回路の接地電位にソースが接続されたNチャンネル型MOSFETQ31とQ32からなる電流ミラー回路に供給され、かかる電流ミラー回路を介した基準電流は、前記チャージポンプ回路VPPGで発生された高電圧VPPにソースが接続されたPチャンネル型MOSFETQ33とQ34に供給し、その出力と内部電圧VDD(VDL)との間に抵抗RL2を設けて上記VDDを基準にして約2.25Vのような基準電圧VRPが形成される。キャパシタC4は、上記基準電圧VRPを安定化させるために設けられる。   The reference current output from the drain of the MOSFET Q30 is supplied to a current mirror circuit composed of N-channel MOSFETs Q31 and Q32 whose sources are connected to the ground potential of the circuit, and the reference current via the current mirror circuit is the charge current. A high voltage VPP generated by the pump circuit VPPG is supplied to P-channel MOSFETs Q33 and Q34 whose sources are connected, and a resistor RL2 is provided between the output and the internal voltage VDD (VDL), and the above VDD is used as a reference. A reference voltage VRP such as about 2.25V is formed. The capacitor C4 is provided to stabilize the reference voltage VRP.

上記電流ミラー回路を構成するPチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETとはそれぞれ同じ素子サイズとされて上記抵抗RFで形成された基準電圧と等しい電流を形成するようにすると、上記基準電圧VRPとVRNとは、次式(1)と(2)のように表される。
VRP=VREF×RL2/RF+VDD(VDL) ………(1)
VRN=−VREF×RL1/RF ………(2)
When the P-channel MOSFET and the N-channel MOSFET constituting the current mirror circuit have the same element size and form a current equal to the reference voltage formed by the resistor RF, the reference voltages VRP and VRN Is expressed by the following equations (1) and (2).
VRP = VREF × RL2 / RF + VDD (VDL) (1)
VRN = −VREF × RL1 / RF (2)

このように上記実施例回路においては、シリコンバンドギャップを利用して上記基準電圧VREFを形成し、抵抗比RL2/RF、RL1/RFにより上記基準電圧VRPとVRNを形成するものであるため、プロセスバラツキの大きな半導体回路に形成される回路素子を用いても、上記抵抗比はその影響を受けないので高い精度で上記基準電圧VRPとVRNとを形成することができる。   As described above, in the circuit of the embodiment, the reference voltage VREF is formed using the silicon band gap, and the reference voltages VRP and VRN are formed by the resistance ratios RL2 / RF and RL1 / RF. Even if a circuit element formed in a semiconductor circuit having large variations is used, the resistance ratio is not affected by the circuit element, so that the reference voltages VRP and VRN can be formed with high accuracy.

図18には、前記定電圧発生回路RGPの一実施例の回路図が示されている。この実施例では、差動増幅回路は2つの回路から構成される。差動MOSFETQ40とQ41及び可変抵抗素子との作用するMOSFETQ44からなる回路は、動作電流を形成するMOSFETQ48のゲートに定常的にVDLのような定電圧が印加されて定常的に動作させられる。つまり、メモリ回路がスタンバイ状態のときの定電圧発生回路自体での電流消費を小さくするために上記MOSFETQ48には小さな電流しか流れないようにされる。   FIG. 18 shows a circuit diagram of an embodiment of the constant voltage generation circuit RGP. In this embodiment, the differential amplifier circuit is composed of two circuits. A circuit composed of the differential MOSFETs Q40 and Q41 and the MOSFET Q44 acting as a variable resistance element is steadily operated by constantly applying a constant voltage such as VDL to the gate of the MOSFET Q48 forming the operating current. That is, only a small current flows through the MOSFET Q48 in order to reduce current consumption in the constant voltage generation circuit itself when the memory circuit is in a standby state.

メモリアクセスによりワード線の選択/非選択動作の切り換えに対応して、比較的大きな電流供給能力を持つようにするため、制御信号ACTHによりNチャンネル型MOSFETQ47をオン状態にして上記メモリアクセス時に差動MOSFETQ42とQ43及び可変抵抗素子として作用するMOSFETQ45からなる定電圧回路を動作させる。この回路は、上記信号ACTHがロウレベルの非動作状態にのときに、Pチャンネル型MOSFETQ46をオン状態して上記可変抵抗素子としてのMOSFETQ45をオフ状態にさせるものである。   In order to have a relatively large current supply capability in response to switching of the word line selection / non-selection operation by memory access, the N-channel MOSFET Q47 is turned on by the control signal ACTH to perform differential operation during the memory access. A constant voltage circuit comprising MOSFETs Q42 and Q43 and MOSFET Q45 acting as a variable resistance element is operated. In this circuit, when the signal ACTH is in a low level non-operating state, the P-channel type MOSFET Q46 is turned on to turn off the MOSFET Q45 as the variable resistance element.

図19には、前記定電圧発生回路RGNの一実施例の回路図が示されている。この実施例では、上記同様に差動増幅回路は2つの回路から構成される。差動MOSFETQ50とQ51及び可変抵抗素子との作用するMOSFETQ52からなる回路は、動作電流を形成するMOSFETQ43のゲートに定常的にVSSのような接地電位が印加されて定常的に動作させられる。つまり、メモリ回路がスタンバイ状態のときの定電圧発生回路自体での電流消費を小さくするために上記MOSFETQ53には前記同様に小さな電流しか流れないようにされる。   FIG. 19 shows a circuit diagram of an embodiment of the constant voltage generating circuit RGN. In this embodiment, the differential amplifier circuit is composed of two circuits as described above. The circuit comprising the differential MOSFETs Q50 and Q51 and the MOSFET Q52 acting as a variable resistance element is steadily operated by applying a ground potential such as VSS to the gate of the MOSFET Q43 that forms the operating current. That is, in order to reduce current consumption in the constant voltage generation circuit itself when the memory circuit is in a standby state, only a small current flows through the MOSFET Q53 as described above.

メモリアクセスによりワード線の選択/非選択動作の切り換えに対応して、比較的大きな電流供給能力を持つようにするため、制御信号ACTNのロウレベルによりPチャンネル型MOSFETQ58をオン状態にして、上記メモリアクセス時に差動MOSFETQ54とQ44及び可変抵抗素子として作用するMOSFETQ56からなる定電圧回路を動作させる。この回路は、上記信号ACTNがハイレベルの非動作状態にされるとき、Nチャンネル型MOSFETQ57をオン状態にして、上記可変抵抗素子としてのMOSFETQ56をオフ状態にさせるものである。   In order to have a relatively large current supply capability in response to switching of the word line selection / non-selection operation by memory access, the P-channel MOSFET Q58 is turned on by the low level of the control signal ACTN, and the memory access is performed. Sometimes, a constant voltage circuit composed of differential MOSFETs Q54 and Q44 and MOSFET Q56 acting as a variable resistance element is operated. This circuit turns on the N-channel MOSFET Q57 and turns off the MOSFET Q56 as the variable resistance element when the signal ACTN is in a high level non-operating state.

図20には、前記VBB用のチャージポンプ回路7の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、特に制限されないが、Pチャンネル型MOSFETQ59〜Q66を用いて構成される。これらのPチャンネル型MOSFETはN型ウェル領域に形成される。それ故、メモリセルが形成されるP型ウェル領域と電気的に分離でき、チャージポンプ動作においてN型ウェル領域に少数キャリアが発生することになるので、P型のウェル領域に形成されるメモリセルに何ら影響を及ぼすことがない。   FIG. 20 shows a circuit diagram of an embodiment of the VBB charge pump circuit 7. In this embodiment, although not particularly limited, P-channel MOSFETs Q59 to Q66 are used. These P-channel MOSFETs are formed in the N-type well region. Therefore, it can be electrically separated from the P-type well region in which the memory cell is formed, and minority carriers are generated in the N-type well region in the charge pump operation. Therefore, the memory cell formed in the P-type well region Will not have any effect.

MOS容量を利用して形成されたキャパシタC13とMOSFETQ61及びQ63により負電圧VBBを発生させるポンピング回路の基本回路が構成される。キャパシタC14とMOSFETQ62及びQ64も同様な基本回路であるが、入力されるパルスOSCとOSCBとが互いにそのアクティブレベルが重なり合うことの無い逆相関係にあり、入力パルスOSCとOSCBに対応して交互に動作して効率の良いチャージポンプ動作を行うようにされる。   A basic circuit of a pumping circuit that generates the negative voltage VBB is configured by the capacitor C13 formed using the MOS capacitor and the MOSFETs Q61 and Q63. The capacitor C14 and the MOSFETs Q62 and Q64 are similar basic circuits, but the input pulses OSC and OSCB are in a reverse phase relationship that their active levels do not overlap with each other, and alternately correspond to the input pulses OSC and OSCB. It operates to perform an efficient charge pump operation.

MOSFETQ61とQ63は、基本的にはダイオード形態にされてもよいが、このようにすると、そのしきい値電圧分だけレベル損失が生じてしまう。パルス信号OSCのハイレベルが3.3Vのような低電圧であるときには、実質的に動作しなくなる。そこで、MOSFETQ61は、入力パルスOSCがロウレベルのときにオン状態にされればよいことに着目し、入力パルスと同様なパルスを形成するインバータ回路N10とキャパシタC11及びスイッチMOSFETQ59を設けて負電圧にされる制御電圧を形成する。これより、レベル損失なくキャパシタC13の負電位を基板電圧VBB側に伝えることができる。MOSFETQ59は他方の入力パルスOSCBによって負電圧を形成するときにオン状態にされ、キャパシタC11のチャージアップを行う。キャパシタC11は、上記MOSFETQ61の制御電圧を形成するに足る小さなサイズのキャパシタである。   MOSFETs Q61 and Q63 may basically be in the form of a diode, but if this is done, level loss will occur by the threshold voltage. When the high level of the pulse signal OSC is a low voltage such as 3.3V, the pulse signal OSC substantially does not operate. Therefore, focusing on the fact that the MOSFET Q61 only needs to be turned on when the input pulse OSC is at a low level, the inverter Q61 is provided with an inverter circuit N10 that forms a pulse similar to the input pulse, a capacitor C11, and a switch MOSFET Q59 to be a negative voltage. Forming a control voltage. Thus, the negative potential of the capacitor C13 can be transmitted to the substrate voltage VBB side without level loss. The MOSFET Q59 is turned on when a negative voltage is formed by the other input pulse OSCB to charge up the capacitor C11. The capacitor C11 is a small-sized capacitor sufficient to form the control voltage for the MOSFET Q61.

MOSFETQ63は、バックゲート(チャンネル部分)に他方の入力パルスOSCBを受ける駆動用インバータ回路N13のハイレベルの出力信号を受けることによって早いタイミングでオフ状態にされ、基板電位の引き抜きを効率よくする。同様にMOSFETQ61のバックゲートには、駆動用のインバータ回路N12の出力信号が供給されることによって、キャパシタC13をチャージアップするときMOSFETQ61を早いタイミングでオフ状態にし、基板電位VBBのリークを最小にする。他方の入力パルスOSCBに対応したMOSFETQ62のゲートに供給される制御電圧、MOSFETQ64とQ62のバックゲート電圧も同様な動作を行うようなインバータ回路N13及びキャパシタC14により形成れるパルス信号及び入力パルスOSCに基づいて形成されるパルス信号が用いられる。   The MOSFET Q63 is turned off at an early timing by receiving the high level output signal of the driving inverter circuit N13 that receives the other input pulse OSCB at the back gate (channel portion), and efficiently pulls out the substrate potential. Similarly, the output signal of the drive inverter circuit N12 is supplied to the back gate of the MOSFET Q61, so that when charging the capacitor C13, the MOSFET Q61 is turned off at an early timing to minimize the leakage of the substrate potential VBB. . The control voltage supplied to the gate of the MOSFET Q62 corresponding to the other input pulse OSCB and the back gate voltage of the MOSFETs Q64 and Q62 are based on the pulse signal and the input pulse OSC formed by the inverter circuit N13 and the capacitor C14 that perform the same operation. The pulse signal formed in this way is used.

上記MOSFETQ59とQ63(Q60とQ64)ゲート電圧を早いタイミングで引き抜くMOSFETQ65(Q66)が設けられる。このMOSFETQ65(Q66)は、ゲートとドレインとが共通接続されてダイオード形態にされるとともに、バックゲートに自身の入力パルスOSC(OSCB)を受ける駆動用インバータ回路N12(N13)の出力信号が供給されることにより、MOSFETQ63(Q64)と相補的にスイッチ制御される。これにより、入力パルスOSC(OSCB)に応じて駆動用インバータ回路N12(N13)の出力信号がロウレベルに変化するときMOSFETQ63(Q64)がオン状態からオフ状態に切り換わるのを早くできるから、効率よく基板電位を負電位に引き抜くことができる。   A MOSFET Q65 (Q66) for pulling out the gate voltages of the MOSFETs Q59 and Q63 (Q60 and Q64) at an early timing is provided. This MOSFET Q65 (Q66) has a gate and drain connected in common to form a diode and is supplied with an output signal of a driving inverter circuit N12 (N13) receiving its input pulse OSC (OSCB) at its back gate. As a result, the switch is complementarily controlled with the MOSFET Q63 (Q64). As a result, the MOSFET Q63 (Q64) can be quickly switched from the on state to the off state when the output signal of the driving inverter circuit N12 (N13) changes to the low level in response to the input pulse OSC (OSCB), so that it is efficient. The substrate potential can be extracted to a negative potential.

図21には、前記VBB用のチャージポンプ回路7に供給される発振パルスを形成する発振回路6の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、CMOSインバータ回路を構成するPチャンネル型MOSFETQ67とNチャンネル型MOSFETQ70に抵抗素子として作用するPチャンネル型MOSFETQ68とNチャンネル型MOSFETQ69をそれぞれ直列接続し、次段のCMOSインバータ回路の入力容量とともに時定数回路を構成して信号遅延を行わせる。これらのCMOSインバータ回路の奇数個(同図では5個)を縦列接続してリングオシレータを構成する。   FIG. 21 shows a circuit diagram of an embodiment of an oscillation circuit 6 for forming an oscillation pulse supplied to the VBB charge pump circuit 7. In this embodiment, a P-channel MOSFET Q68 and an N-channel MOSFET Q69 acting as resistance elements are connected in series to a P-channel MOSFET Q67 and an N-channel MOSFET Q70 constituting the CMOS inverter circuit, respectively, and the input capacitance of the CMOS inverter circuit at the next stage is connected. In addition, a time constant circuit is configured to delay the signal. An odd number of these CMOS inverter circuits (5 in the figure) are connected in cascade to form a ring oscillator.

これらのリングオシレータを間欠的に動作させるために、言い換えるならば、基板電圧VBBが所望の負電圧(−1.0V程度)に到達したとき、発振回路の動作を停止して基板電圧VBBの安定化と低消費電力化を図るよう制御回路が設けられる。信号DETAは、次に説明するレベルセンサにより形成された信号であり、上記基板電圧VBBが所望の電位に到達したことを判定するとロウレベルにされる。この信号DETAのロウレベルにより、インバータ回路N15とN16を通した出力信号がロウレベルとなり、上記リングオシレータを構成する最終段のCMOSインバータ回路に設けられ、抵抗素子として作用するNチャンネル型MOSFETをオフ状態にさせるとともに、その出力端子に設けられたPチャンネル型MOSFETをオン状態にさせて、強制的に最終段出力をハイレベルに固定させる。そして、ゲート回路G1とG2の出力をハイレベルにし、ゲート回路G3の出力信号をロウレベルにして発振パルスOSCをロウレベルに、発振パルスOSCBをハイレベルに固定させる。   In order to operate these ring oscillators intermittently, in other words, when the substrate voltage VBB reaches a desired negative voltage (about −1.0 V), the operation of the oscillation circuit is stopped to stabilize the substrate voltage VBB. A control circuit is provided to reduce power consumption and power consumption. The signal DETA is a signal formed by a level sensor to be described next, and is set to a low level when it is determined that the substrate voltage VBB has reached a desired potential. Due to the low level of the signal DETA, the output signal that has passed through the inverter circuits N15 and N16 becomes a low level, and the N-channel MOSFET that is provided in the final stage CMOS inverter circuit constituting the ring oscillator and functions as a resistance element is turned off. At the same time, the P-channel type MOSFET provided at the output terminal is turned on to forcibly fix the final stage output to the high level. Then, the outputs of the gate circuits G1 and G2 are set to high level, the output signal of the gate circuit G3 is set to low level, and the oscillation pulse OSC is fixed to low level and the oscillation pulse OSCB is fixed to high level.

信号VBOSCSWは、メモリがスタンバイ状態にされたときにハイレベルにされる信号であり、この信号VBOSCSWのハイレベルにより、ゲート回路G1がゲートを閉じ、ゲート回路G2を開いて、上記リングオシレータで形成された比較的高い周波数に代えて内蔵のセルフリフレッシュタイマー用の発振パルスSLOSCを上記チャージポンプ回路に供給する発振パルスOSC、OSCBとして用いる。このような低い周波数でのチャージポンプ回路の動作においても、上記信号DETAのロウレベルにより、ゲートG2がゲートを閉じるようにして発振パルスOSCをロウレベルに、発振パルスOSCBをハイレベルに固定させるものである。   The signal VBOSCSW is a signal that is set to a high level when the memory is in a standby state. The high level of the signal VBOSCSW causes the gate circuit G1 to close the gate and open the gate circuit G2, and is formed by the ring oscillator. Instead of the relatively high frequency, a built-in self-refresh timer oscillation pulse SLOSC is used as oscillation pulses OSC and OSCB for supplying the charge pump circuit. Also in the operation of the charge pump circuit at such a low frequency, the oscillation pulse OSC is fixed to the low level and the oscillation pulse OSCB is fixed to the high level so that the gate G2 closes the gate by the low level of the signal DETA. .

図22には、前記VBB用のレベルセンサ8の一実施例の回路図が示されている。前記定電圧VREF0がゲート,ソース間に印加されたNチャンネル型MOSFETQ72により定電電流を形成して、それを基に電流ミラー回路により基準となる電流i1を形成する。電流経路にNチャンネル型MOSFETを複数個直列接続して基板電圧VBBを供給する。上記複数個の直列MOSFETは、調整用の端子が設けられておりデバイスのプロセスバラツキの調整に用いられる。つまり、基板電圧VBBが前記のように−1.0のとき、かかる直列MOSFETに流れる電流i2が上記電流i1とバランスするようにされる。つまり、MOSFETQ76のソース電位が接地電位VSSに一致するようにして、かかるMOSFETQ76に流れる電流i2と上記電流i1とのバランス調整を行う。上記基準となる電流i1の調整も可能とするためにNチャンネル型の電流ミラー回路にも2個のMOSFETQ73とQ74が直列に接続され、選択的なソースとドレインの短絡によりミラー電流比が調整されるものである。   FIG. 22 shows a circuit diagram of an embodiment of the level sensor 8 for VBB. A constant current is formed by an N-channel MOSFET Q72 to which the constant voltage VREF0 is applied between the gate and source, and a reference current i1 is formed by a current mirror circuit based on the constant current. A substrate voltage VBB is supplied by connecting a plurality of N-channel MOSFETs in series in the current path. The plurality of series MOSFETs are provided with adjustment terminals and are used for adjustment of process variations of devices. That is, when the substrate voltage VBB is −1.0 as described above, the current i2 flowing through the series MOSFET is balanced with the current i1. That is, the balance adjustment of the current i2 flowing through the MOSFET Q76 and the current i1 is performed so that the source potential of the MOSFET Q76 coincides with the ground potential VSS. Two MOSFETs Q73 and Q74 are also connected in series to the N-channel current mirror circuit to enable adjustment of the reference current i1, and the mirror current ratio is adjusted by selective short-circuiting of the source and drain. Is.

上記基板電圧VBBが上記設定電圧より絶対値的に小さいときには、MOSFETQ76のソース電位が接地電位より高くなって上記電流i2<i1の関係となる。これにより、上記基準電流i1を流すPチャンネル型MOSFETQ76と並列に設けられたPチャンネル型MOSFETQ77には電流が流れなく、上記電流i1に対応した電流を流すNチャンネル型MOSFETQ78との電流差に対応して電圧vsがロウレベルにされる。このロウレベルの信号vsは、MOSFETQ68〜Q71からなるCMOSインバータ回路により増幅され、さらにインバータ回路とゲート回路G4を通してセンス出力DETAとして出力される。   When the substrate voltage VBB is smaller in absolute value than the set voltage, the source potential of the MOSFET Q76 becomes higher than the ground potential and the current i2 <i1 is satisfied. As a result, no current flows through the P-channel MOSFET Q77 provided in parallel with the P-channel MOSFET Q76 that supplies the reference current i1, and this corresponds to the current difference from the N-channel MOSFET Q78 that supplies the current corresponding to the current i1. Thus, the voltage vs is set to the low level. This low level signal vs is amplified by a CMOS inverter circuit composed of MOSFETs Q68 to Q71, and further output as a sense output DETA through the inverter circuit and the gate circuit G4.

上記センス出力DETAのハイレベルにより上記MOSFETQ78と並列形態に電流経路が形成されて上記信号vsをよりロウレベル側に引き抜くように作用させている。基板電位VBBが所望の電圧より絶対値的に大きくなると、上記電流i2>i1のように逆転し、かかる電流の差分がPチャンネル型MOSFETQ77に流れて上記電圧vsをハイレベル側に持ち上げるように作用する。この電位vsが上記CMOSインバータ回路のロジックスレョシルドを超えて高くなると、センス出力DETAがロウレベルに変化し、それが帰還されて上記電圧vsをロウレベル側に引き下げているNチャンネル型MOSFETがオフ状態にさせて急減に電圧vsをハイレベルに立ち上げる。このような帰還回路により上記CMOSインバータ回路によるレベル判定がヒステリシス特性を持つようにされる。このようなヒステリシス特性を持たせることにより、上記発振回路の間欠動作を安定的に制御するとともに、基板電圧VBBを設定値に対して約10%の範囲内に安定的に設定することができる。   Due to the high level of the sense output DETA, a current path is formed in parallel with the MOSFET Q78 so that the signal vs is pulled out to the lower level side. When the substrate potential VBB becomes larger than the desired voltage in absolute value, the current i2> i1 is reversed, and the difference between the currents flows to the P-channel MOSFET Q77 to raise the voltage vs to the high level side. To do. When the potential vs becomes higher than the logic threshold of the CMOS inverter circuit, the sense output DETA changes to a low level, which is fed back to turn off the N-channel MOSFET that pulls down the voltage vs to the low level side. The voltage vs is raised to a high level rapidly. With such a feedback circuit, the level determination by the CMOS inverter circuit has a hysteresis characteristic. By providing such hysteresis characteristics, the intermittent operation of the oscillation circuit can be stably controlled, and the substrate voltage VBB can be stably set within a range of about 10% with respect to the set value.

信号SETBは、電源投入直後に一時的にハイレベルにされる信号であり、この信号SETBのハイレベルにより上記センス出力DETAを強制的にハイレベルにして発振回路を起動させるものである。電圧VSNやVSPは、上記電圧vsのハイレベル/ロウレベルを判定するCMOSインバータ回路等のように低消費電流で動作させるためのバイアス電圧として用いられる。   The signal SETB is a signal that is temporarily set to high level immediately after the power is turned on, and the sense output DETA is forcibly set to high level by the high level of the signal SETB to start the oscillation circuit. The voltages VSN and VSP are used as bias voltages for operating with low current consumption, such as a CMOS inverter circuit for determining the high level / low level of the voltage vs.

図23には、前記VPP用のチャージポンプ回路2の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、外部端子から供給される電源電圧の変動に影響されないで、安定的に高電圧VPPを発生させるために、上記内部降圧電圧VDLが動作電圧として用いられる。発振パルスOSCHがハイレベルのとき、キャパシタC8とキャパシタC9及びキャパシタC10に対して内部降圧電圧VDLまでのチャージアップが行われる。このチャージアップのときには、キャパシタC7により形成された昇圧電圧チャージアップ用のMOSFETがオン状態にされるものであるので、そのしきい値電圧によるレベル損失なく上記VDLまでのチャージアップが行われる。   FIG. 23 shows a circuit diagram of an embodiment of the VPP charge pump circuit 2. In this embodiment, the internal step-down voltage VDL is used as an operating voltage in order to stably generate the high voltage VPP without being affected by fluctuations in the power supply voltage supplied from the external terminal. When the oscillation pulse OSCH is at a high level, the capacitors C8, C9, and C10 are charged up to the internal step-down voltage VDL. At the time of this charge-up, the boosted voltage charge-up MOSFET formed by the capacitor C7 is turned on, so that the charge up to the VDL is performed without level loss due to the threshold voltage.

上記発振パルスOSCHがロウレベルに変化すると、上記キャパシタC7にチャージアップが行われるとともに、キャパシタC10には2VDLの昇圧電圧が発生される。この2VDLの昇圧電圧は、MOSFETQ71とQ72からなるCMOSインバータ回路の動作電圧が、上記キャパシタC9で形成された2VDLの昇圧電圧とされることから、キャパシタC8にはかかる2VDLの電圧が供給されるために3VDLの昇圧電圧VPP’を形成して出力用のMOSFETをオン状態にさせる。これにより、上記キャパシタC10で形成された2VDLの昇圧電圧がそのままレベル損失なく昇圧電圧VPPとして出力される。   When the oscillation pulse OSCH changes to a low level, the capacitor C7 is charged up and a boosted voltage of 2VDL is generated in the capacitor C10. The 2VDL boosted voltage is obtained by supplying the 2VDL voltage to the capacitor C8 because the operating voltage of the CMOS inverter circuit composed of the MOSFETs Q71 and Q72 is the 2VDL boosted voltage formed by the capacitor C9. Then, a boosted voltage VPP ′ of 3 VDL is formed to turn on the output MOSFET. As a result, the 2VDL boosted voltage formed by the capacitor C10 is output as the boosted voltage VPP without any level loss.

前記のように内部降圧電圧VDLは、1.5V程度であるので上記実施例のチャージポンプ回路により最大で約3Vのような昇圧電圧VPPを形成することができる。この実施例では、前記のように昇圧電圧VPPは2.6V程度であればよいので、後述するような発振回路の間欠動作により上記2.6Vのような昇圧電圧VPPを発生させるものである。   As described above, since the internal step-down voltage VDL is about 1.5V, the boost voltage VPP of about 3V at the maximum can be formed by the charge pump circuit of the above embodiment. In this embodiment, since the boosted voltage VPP only needs to be about 2.6V as described above, the boosted voltage VPP such as 2.6V is generated by the intermittent operation of the oscillation circuit described later.

図24には、前記VPP用の発振回路1の一実施例の回路図が示されている。この実施例の発振回路1は、前記VBB用の発振回路6と実質的に同じ回路が用いられるものである。ただし、上記のようなチャージポンプ回路に対応して発振パルスOSCHのように1つのパルスのみを出力する点が異なる。   FIG. 24 shows a circuit diagram of an embodiment of the VPP oscillation circuit 1. The oscillation circuit 1 of this embodiment uses substantially the same circuit as the VBB oscillation circuit 6. However, it differs in that only one pulse is output like the oscillation pulse OSCH corresponding to the charge pump circuit as described above.

図25には、上前記VPP用のレベルセンサ3の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、内部降圧電圧VDLを受けるPチャンネル型MOSFETQ72のソースに昇圧電圧VPPを印加する。このMOSFETQ72には電源投入時に一時的にロウレベルにされる起動信号NSENBが供給されるMOSFETQ73が設けられている。定常状態ではMOSFETQ73はオン状態にされており、Nチャンネル型MOSFETQ74との抵抗比により昇圧電圧VPPを分圧させる。この分圧電圧をNチャンネル型MOSFETQ76、Q77及びNチャンネル型MOSFETQ78からなるインバータ回路のロジックスレッショルドで判定する。   FIG. 25 shows a circuit diagram of an embodiment of the level sensor 3 for the VPP. In this embodiment, the boosted voltage VPP is applied to the source of the P-channel MOSFET Q72 that receives the internal step-down voltage VDL. The MOSFET Q72 is provided with a MOSFET Q73 to which an activation signal NSENB that is temporarily set to a low level when power is turned on is supplied. In the steady state, the MOSFET Q73 is turned on, and the boosted voltage VPP is divided by the resistance ratio with the N-channel MOSFET Q74. This divided voltage is determined by the logic threshold of the inverter circuit composed of the N-channel MOSFETs Q76 and Q77 and the N-channel MOSFET Q78.

つまり、昇圧電圧VPPが設定値より高いと、上記分圧電圧がロジックスレッショルド電圧より高くなり、ロウレベルの出力信号を形成し、それを2段のCMOSインバータ回路を通して増幅してセンス出力DETHをロウレベルにする。これにより、前記発振回路の動作を停止させる。昇圧電圧VPPが設定値より低くなると、上記分圧電圧がロジックスレッショルド電圧より低くなり、ハイレベルの出力信号を形成し、それを2段のCMOSインバータ回路を通して増幅してセンス出力DETHをハイレベルにする。これにより、前記発振回路の動作を再開させる。電源投入時には、信号NSENBをハイレベルにし、上記VPPのセンス経路のPチャンネル型MOSFETQ73をオフ状態にするととに、Nチャンネル型MOSFETQ75をオン状態にして上記増幅MOSFETQ76をオフ状態にする。これにより、センス出力DETHは強制的にハイレベルにされて上記発振回路を動作させる。   That is, when the boosted voltage VPP is higher than the set value, the divided voltage becomes higher than the logic threshold voltage to form a low level output signal, which is amplified through a two-stage CMOS inverter circuit and the sense output DETH is set to low level. To do. As a result, the operation of the oscillation circuit is stopped. When the boosted voltage VPP becomes lower than the set value, the divided voltage becomes lower than the logic threshold voltage to form a high level output signal, which is amplified through a two-stage CMOS inverter circuit and the sense output DETH is set to high level. To do. Thereby, the operation of the oscillation circuit is resumed. When the power is turned on, the signal NSENB is set to the high level to turn off the P-channel MOSFET Q73 in the VPP sense path, and the N-channel MOSFET Q75 is turned on to turn off the amplification MOSFET Q76. As a result, the sense output DETH is forcibly set to a high level to operate the oscillation circuit.

図26には、この発明に係るダイナミック型RAMの一実施例の概略全体構成図が示されている。ダイナミック型RAMは、情報記憶を行うメモリセルをマトリックス状態に配置してなるメモリセルアレイMCAと、その中から1ビット単位でのアクセスなら1個のメモリセルを、複数ビット単位でのメモリアクセスなら複数個のメモリセルを選択するXデコーダXDEC、ワードドライバWD及びYデコーダYDECと、外部制御信号/RAS(ロウアドレスストローブ)、/CAS(カラムアドレスストローブ)、/WE(ライトイネーブル)及び/OE(アウトプットイネーブル)を受けてそれらの制御を行う制御回路から構成される。   FIG. 26 shows a schematic overall configuration diagram of an embodiment of the dynamic RAM according to the present invention. The dynamic RAM includes a memory cell array MCA in which memory cells for storing information are arranged in a matrix state, one memory cell for accessing in one bit unit, and a plurality of memory cells for accessing in multiple bit units. X decoder XDEC, word driver WD and Y decoder YDEC for selecting memory cells, external control signals / RAS (row address strobe), / CAS (column address strobe), / WE (write enable) and / OE (output) Control circuit for controlling them in response to (enable enable).

ダイナミック型RAMのメモリセルは、前記のように1キャパシタ、1トランジスタ(MOSFET)で構成される。同図において、WDは前記のようなワードドライバであり、ワード線Wi(i=1〜n)が出力される。ワードドライバWDは、その前段のXデコーダXDECにより選択される。SAは、センスアンプ、bit,/bitはビット線、ACはアレイコントロール回路であり、かかるACによりビット線のイコライズ信号EQとセンスアンプ起動信号が出力される。IOCは、読み出し時と書き込み時にI/O線の選択とデータの増幅を行うリードアンプ(メインアンプ)RAとライトアンプWAが設けられる。   As described above, the memory cell of the dynamic RAM is composed of one capacitor and one transistor (MOSFET). In the figure, WD is a word driver as described above, and word lines Wi (i = 1 to n) are output. The word driver WD is selected by the previous X decoder XDEC. SA is a sense amplifier, bit and / bit are bit lines, and AC is an array control circuit. The AC outputs the equalize signal EQ and sense amplifier activation signal of the bit lines. The IOC is provided with a read amplifier (main amplifier) RA and a write amplifier WA that perform I / O line selection and data amplification during reading and writing.

メモリの読み出し動作は、信号EQがハイレベル(VCH)となり、ビット線がイコライズされたところから始まる。上記信号EQがロウレベル(VNN)となってイコライズが解除され、ワード線が負電圧VNNからVCHのような選択レベルに立ち上がる。これにより、ワード線に接続されたメモリセルからビット線に信号が現れる。次に、センスアンプ起動信号SAPとSANによりセンスアンプを起動する。これにより、ビット線上の信号は外部電圧Vext又は図示しい前記のような内部降圧電圧VDLのようなハイレベルと接地電位VSSのようなロウレベルにされる。上記ビット線に付加された行選択スイッチをYデコーダYDECの出力で選択し、ビット線を入出力線I/Oに接続させてリードアンプRA、入出力バッファに含まれる出力バッファを通してチップ外へデータが出力される。   The memory read operation starts when the signal EQ becomes high level (VCH) and the bit line is equalized. The signal EQ becomes low level (VNN) and equalization is canceled, and the word line rises from the negative voltage VNN to a selection level such as VCH. Thereby, a signal appears on the bit line from the memory cell connected to the word line. Next, the sense amplifier is activated by the sense amplifier activation signals SAP and SAN. As a result, the signal on the bit line is set to a high level such as the external voltage Vext or the internal step-down voltage VDL as shown above and a low level such as the ground potential VSS. The row selection switch added to the bit line is selected by the output of the Y decoder YDEC, the bit line is connected to the input / output line I / O, and the data is sent out of the chip through the read amplifier RA and the output buffer included in the input / output buffer. Is output.

メモリの書き込み動作は、上記のような選択動作において入出力バッファに含まれる入力バッファが動作状態にされて、チップ外から入力された書き込みデータをライトアンプWA−入出力線I/O及び行選択スイッチ−ビット線を通してメモリセルのキャパシタに書き込まれる。   In the memory write operation, the input buffer included in the input / output buffer is set in the operation state in the selection operation as described above, and the write data input from the outside of the chip is written into the write amplifier WA-input / output line I / O and row selection. Data is written to the capacitor of the memory cell through the switch-bit line.

この実施例では、内部電源回路として基板電圧発生回路によりメモリセルが形成されたp型ウェル領域に負のバックバイアス電圧VBBを形成するチャージポンプ回路VBBGと、この電圧VBBを利用して図示しない前記のような定電圧回路により上記ワード線の非選択レベルとしての負電圧VNNを形成する。また、チャージポンプ回路VPPGにより昇圧電圧VPPを発生させ、これを基に図示しない前記定電圧により上記ワード線の選択レベルVCHに対応した高電圧を発生させる。この高電圧VCHは、メモリセルを構成するMOSFETのしきい値電圧の影響を受けないで上記ビット線のハイレベルをそのままキャパシタにフルライトさせるものである。上記基板電圧VBBは、ビット線やセンスアンプのpn接合容量を低減させ、あるいはメモリセルのMOSFETのしきい値電圧を高くしてデータ保持特性を改善させ、α線によって誘起された少数キャリアを吸収してソフトエラーを低減させるように作用する。   In this embodiment, a charge pump circuit VBBG for forming a negative back bias voltage VBB in a p-type well region where a memory cell is formed by a substrate voltage generation circuit as an internal power supply circuit, and the voltage VBB not shown in the drawing. The negative voltage VNN as the non-selection level of the word line is formed by the constant voltage circuit as described above. Further, the boosted voltage VPP is generated by the charge pump circuit VPPG, and a high voltage corresponding to the word line selection level VCH is generated by the constant voltage (not shown) based on the boosted voltage VPP. The high voltage VCH causes the capacitor to fully write the high level of the bit line as it is without being affected by the threshold voltage of the MOSFET constituting the memory cell. The substrate voltage VBB reduces the pn junction capacitance of the bit line and sense amplifier, or raises the threshold voltage of the MOSFET of the memory cell to improve the data retention characteristics, and absorbs minority carriers induced by α rays. And acts to reduce soft errors.

上記メモリセルの選択のためのアドレス信号Aiは、アドレスバッファを介して上記デコーダXDEC,YDEC等に供給される。ダイナミック型RAMでは、アドレスマルチプレックス方式により、上記/RAS信号に同期してX系アドレス信号が入力され、続いて上記信号/CASに同期してY系アドレス信号が入力される。アドレスバッファには、アドレスラッチ回路が設けられており、上記時系列的に入力されたアドレス信号を保持している。また、同図では、省略されているが、ダイナミック型メモリセルでは、上記キャパシタに保持された情報電荷が時間の経過とともに失われてしまう。そこで、電荷が失われる前に読み出して、もとの電荷の状態に戻すというリフレッシュ動作が必要である。同図においては省略されていが、前記制御回路に上記リフレッシュ動作を一定時間間隔で行う自動リフレッシュ制御回路も設けられるものである。   The address signal Ai for selecting the memory cell is supplied to the decoders XDEC, YDEC, etc. via an address buffer. In the dynamic RAM, the X-system address signal is input in synchronization with the / RAS signal and the Y-system address signal is input in synchronization with the signal / CAS by the address multiplex method. The address buffer is provided with an address latch circuit and holds the address signal input in time series. Although omitted in the figure, in the dynamic memory cell, the information charge held in the capacitor is lost with time. Therefore, it is necessary to perform a refresh operation in which the charge is read out before being lost and returned to the original charge state. Although not shown in the figure, an automatic refresh control circuit for performing the refresh operation at regular time intervals is also provided in the control circuit.

図27には、この発明に係るダイナミック型RAMにおけるワードドライバの他の一実施例の回路図が示されている。この実施例の特徴は、前記のような階層ワード線方式のサブワードドライバを階層化しない方式のワードドライバに適用したものである。つまり、ワードドライバWDiの動作電圧として、デコード信号X0を用いるようにするものである。この構成により、前記スイッチMOSFETが省略でき、高耐圧用のMOSFETが付加されているにもかかわらずに、ワードドライバWDiの素子数が全体で6個のように少ないので、ワード線のピッチがより小さなメモリアレイにも適用することができる。   FIG. 27 is a circuit diagram showing another embodiment of the word driver in the dynamic RAM according to the present invention. The feature of this embodiment is that the above-mentioned hierarchical word line type sub-word driver is applied to a non-hierarchical word driver. That is, the decode signal X0 is used as the operating voltage of the word driver WDi. With this configuration, the switch MOSFET can be omitted, and the number of elements of the word driver WDi is as small as six in total despite the addition of a high breakdown voltage MOSFET, so that the pitch of the word lines is further increased. It can also be applied to small memory arrays.

この実施例では、XデコーダXDECとして選択信号を形成する論理回路と、その出力信号をレベル変換する2個のレベル変換回路LSPとLSNに対してワード線4本分のワードドライバを割り当てている。これに対してデコード信号Xiを上記4種類から8種類に拡張して、ワード線8本分のワードドライバに共通に用いるようにしてもよい。この場合、Xデコーダのレイアウトピッチがいっそう緩和されるので、レベル変換回路LSPとLSNを横方向に広げることで、レイアウトパターンの縦寸法(ワード線の延長方向)を低減できる。   In this embodiment, a word circuit corresponding to four word lines is assigned to a logic circuit that forms a selection signal as the X decoder XDEC and two level conversion circuits LSP and LSN that perform level conversion of the output signal. On the other hand, the decode signal Xi may be expanded from the above four types to eight types and used in common for word drivers for eight word lines. In this case, since the layout pitch of the X decoder is further relaxed, the vertical dimension of the layout pattern (the direction in which the word lines extend) can be reduced by expanding the level conversion circuits LSP and LSN in the horizontal direction.

図28には、この発明に係るダイナミック型RAMにおける外部電圧と内部電圧VCHとVNN、VDLの関係を説明するための一実施例の電圧特性図が示されている。通常半導体メモリでは、出荷される前に初期不良を洗い出しために通常使用される電圧よりも高い電圧を印加して、不良の素子を取り除くというエージング試験又はバーンイン試験が実施される。この実施例では、この試験を容易にし、さらに試験での歩留りを向上させる。この実施例では、ゲート絶縁膜を前記のように2種類とし、VCHとVDLを一定のレベル差でともに外部電源電圧に比例して上昇させ、標準動作領域とバーンイン領域の間でそのレベル差を切り換えるようにするものである。   FIG. 28 is a voltage characteristic diagram of one embodiment for explaining the relationship between the external voltage and the internal voltages VCH, VNN, and VDL in the dynamic RAM according to the present invention. In general, a semiconductor memory is subjected to an aging test or a burn-in test in which a defective element is removed by applying a voltage higher than a voltage normally used for identifying an initial defect before shipping. In this embodiment, this test is facilitated and the yield in the test is further improved. In this embodiment, two types of gate insulating films are used as described above, and both VCH and VDL are increased with a certain level difference in proportion to the external power supply voltage, and the level difference between the standard operating region and the burn-in region is reduced. It is intended to switch.

これに対して負電圧VNNは、外部電源電圧に対して無関係に一定の値を保つようにしている。バーインのときに大きくするようにしてもよい。上記VCHは、上記電圧変化の傾きを大きくすることによりVDLとの差を拡大させるようにしてもよいが、上記のような方式の方が、VCHが図17の抵抗RL2の抵抗値を2段階に切り換えるだけで容易に実現できるという利点がある。上記のような電圧切り換えにより、標準動作領域でバーンイン領域でも電圧が精度よく設定できるために、ストレスのかかりすぎによるデバイスの破壊が防止でき、結果として歩留りを高くすることができる。上記VDLは外部電圧Vextに等しい。   On the other hand, the negative voltage VNN is kept constant regardless of the external power supply voltage. You may make it enlarge at the time of a burn-in. The VCH may increase the difference from the VDL by increasing the slope of the voltage change. However, in the above method, the VCH increases the resistance value of the resistor RL2 in FIG. There is an advantage that it can be easily realized simply by switching to. By switching the voltage as described above, the voltage can be set with high precision in the standard operation region and the burn-in region, so that the device can be prevented from being damaged due to excessive stress, and as a result, the yield can be increased. The VDL is equal to the external voltage Vext.

図29には、この発明に係るダイナミック型RAMにおける外部電圧と内部電圧VCHとVNN、VDLの関係を説明するための他の一実施例の電圧特性図が示されている。この実施例では、外部電源電圧を2.5Vにしたときに、図28の実施例と同じ種類、同じ厚さのゲート絶縁膜を用いることができるように電圧リミッタを用いて降圧し、標準動作領域での内部電圧VDLを1.5Vに設定している。上記2種類のMOSFETのうちの厚い厚さのゲート絶縁膜のMOSFETは、前述のワードドライバやメモリセル以外に入力バッファと出力バッファに用いられ、薄い薄さのゲート絶縁膜のMOSFETは、周辺回路やセンスアンプに用いられる。   FIG. 29 is a voltage characteristic diagram of another embodiment for explaining the relationship between the external voltage and the internal voltages VCH, VNN, and VDL in the dynamic RAM according to the present invention. In this embodiment, when the external power supply voltage is 2.5 V, the voltage is stepped down by using a voltage limiter so that the same type and thickness of the gate insulating film as in the embodiment of FIG. The internal voltage VDL in the region is set to 1.5V. Of the two types of MOSFETs, a thick gate insulating film MOSFET is used for an input buffer and an output buffer in addition to the word driver and memory cell, and a thin gate insulating film MOSFET is a peripheral circuit. And sense amplifier.

上記VCHとVDLとは、標準動作領域近傍では外部電源電圧に無関係に一定レベルとする一方で、バーンイン領域近傍では外部電源電圧に対応して上昇させる。その切り替えは、前記図28の実施例と同様に、標準動作領域とバーイン領域との間で行うようにされる。負電圧VNNは、外部電源電圧に無関係に一定である。この実施例でも、VCHはその基準電圧VRPを前記のようにVDLを基準として発生させ、抵抗RL2の抵抗値を2段階に切り替えるようにして、バーンイン領域ではVDLとの差電圧を大きくしている。これにより、標準動作領域でもバーイン領域でもMOSFETに印加される電圧を精度よく設定でき、ストレスのかかりすぎにより不良になる素子を減らようにできるので製品歩留りを高くすることができる。   The VCH and VDL are set at a constant level in the vicinity of the standard operation region regardless of the external power supply voltage, while they are increased in correspondence with the external power supply voltage in the vicinity of the burn-in region. The switching is performed between the standard operation area and the burn-in area, as in the embodiment of FIG. Negative voltage VNN is constant regardless of the external power supply voltage. Also in this embodiment, the VCH generates the reference voltage VRP based on the VDL as described above, and the resistance value of the resistor RL2 is switched in two stages to increase the difference voltage from the VDL in the burn-in region. . As a result, the voltage applied to the MOSFET can be set with high accuracy in both the standard operating region and the burn-in region, and the number of elements that become defective due to excessive stress can be reduced, so that the product yield can be increased.

上記VDLは、標準動作領域では前記基準電圧VREF0を用いて、前記同様な定電圧回路でVDLを発生させ、バーイン動作領域では上記電圧VREF0に代えて上記外部電源電圧に依存して変化する電圧に切り替えるようにすればよい。この外部電圧に依存して変化する電圧としては、抵抗の一端をVDLに接続して他端を接地電位VSSを基準のNチャンネル型MOSFETによる電流ミラー回路に接続して、そこで発生する電圧を利用すればよい。   In the standard operation region, the VDL is generated by the same constant voltage circuit using the reference voltage VREF0. In the burn-in operation region, the VDL is changed to a voltage that changes depending on the external power supply voltage instead of the voltage VREF0. What is necessary is just to switch. As the voltage that changes depending on the external voltage, one end of the resistor is connected to VDL and the other end is connected to the ground potential VSS to a current mirror circuit by a reference N-channel MOSFET, and the voltage generated there is used. do it.

図30には、この発明に係る電源回路が搭載されるダイナミック型RAMの一実施例の概略レイアウト図が示されている。この実施例では、特に制限されないが、メモリアレイは、チップの縦と横に4個ずつに分けられ、チップ全体では16個のメモリセルアレイが構成される。チップの長手方向の中央部分は、間接回路領域とされて、縦に並ぶ□で示されたボンディンバッド、及び電源回路を含む周辺回路設けられる。上記間接回路領域には、上記ボンディングパッドに対応してアドレスバッファ回路や、データ入力バッファ、データ出力バッファが適宜に形成される。   FIG. 30 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a dynamic RAM on which the power supply circuit according to the present invention is mounted. In this embodiment, although not particularly limited, the memory array is divided into four vertical and horizontal chips, and 16 memory cell arrays are formed in the entire chip. A central portion in the longitudinal direction of the chip is an indirect circuit region, and is provided with a peripheral circuit including a bonding pad indicated by □ arranged vertically and a power supply circuit. In the indirect circuit area, an address buffer circuit, a data input buffer, and a data output buffer are appropriately formed corresponding to the bonding pads.

上述のように半導体チップの長手方向に対して左右に2個ずつ合計4個と、上下方向に4個ずつに分けられた合計16個からなる各メモリアレイにおいて、長手方向に対して上下中央部で2に分けられ、2個づつに分けられた中央部分においてメインワード選択回路MWLが設けられる。このメインワード選択回路MWLの各メモリセルアレイに隣接した上下には、図示しないがメインワードドライバが形成されて、上記上下に分けられたメモリアレイのメインワード線をそれぞれが駆動するようにされる。チップの横方向に並んで2個ずつ配置されるメモリセルアレイの間には、Y選択回路YDが設けられる。   As described above, in each of the memory arrays consisting of a total of 16 pieces divided into 4 pieces in the vertical direction and 2 pieces in the left and right direction with respect to the longitudinal direction of the semiconductor chip, The main word selection circuit MWL is provided in the center portion divided into two. Although not shown, main word drivers are formed on the upper and lower sides of the main word selection circuit MWL adjacent to the memory cell arrays so as to drive the main word lines of the memory arrays divided in the upper and lower directions. A Y selection circuit YD is provided between two memory cell arrays arranged side by side in the horizontal direction of the chip.

上記メモリセルアレイは、上記長手方向とそれに対して直角方向(横方向)とに複数のメモリマットが配列される。つまり、1つのメモリセルは、長手方向に8分割されて8個のメモリマットが設けられ、上記直角方向に16分割されて16個のメモリマットが設けられる。言い換えるならば、ワード線が8分割され、ビット線が16分割させられる。これにより、1つのメモリマットに設けられるメモリセルの数が上記8分割と16分割され、メモリアクセスの高速化を図るようにされる。上記メモリマットは、後述するようにそれを挟んで同図ではセンスアンプ領域が左右に配置され、サブワードドライバ領域が上下に配置されるものである。上記センスアンプ領域に設けられるセンスアンプは、シェアードセンス方式により構成され、メモリセルアレイの両端に配置されるセンスアンプを除いて、センスアンプを中心にして左右に相補ビット線が設けられ、左右いずれかのメモリマットの相補ビット線に選択的に接続される。   In the memory cell array, a plurality of memory mats are arranged in the longitudinal direction and in a direction perpendicular to the longitudinal direction (lateral direction). That is, one memory cell is divided into 8 in the longitudinal direction to provide 8 memory mats, and is divided into 16 in the perpendicular direction to provide 16 memory mats. In other words, the word line is divided into 8 and the bit line is divided into 16. As a result, the number of memory cells provided in one memory mat is divided into the above-mentioned 8 divisions and 16 divisions, and the memory access speed is increased. As will be described later, the memory mat has a sense amplifier region arranged on the left and right and a sub word driver region arranged on the top and bottom in the figure. The sense amplifier provided in the sense amplifier area is configured by a shared sense system, and except for the sense amplifiers arranged at both ends of the memory cell array, complementary bit lines are provided on the left and right with the sense amplifier as the center, and either the left or right Are selectively connected to complementary bit lines of the memory mat.

上述のように2個ずつ組となって配置された2つのメモリアレイは、その中央部分にメインワード選択回路MWLとメインワードドライバが配置される。このメインワード選択回路MWLは、それを中心にして上下に振り分けられた2個のメモリアレイに対応して共通に設けられる。メインワードドライバは、上記1つのメモリアレイを貫通するように延長されるメインワード線の選択信号を形成する。また、上記メインワードドライバにサブワード選択用のドライバも設けられ、後述するように上記メインワード線と平行に延長されてサブワード選択線の選択信号を形成する。   As described above, the main memory selection circuit MWL and the main word driver are arranged in the central portion of the two memory arrays arranged in groups of two. The main word selection circuit MWL is provided in common corresponding to two memory arrays distributed up and down around the main word selection circuit MWL. The main word driver generates a selection signal for a main word line that extends so as to penetrate the one memory array. The main word driver is also provided with a sub word selection driver, which is extended in parallel with the main word line to form a selection signal for the sub word selection line, as will be described later.

1つのメモリマットは、図示しないがサブワード線が256本とされ、それと直交する相補ビット線(又はデータ線)が512対とされる。上記1つのメモリアレイにおいて、上記メモリマットがビット線方向に16個設けられるから、全体としての上記サブワード線は約8K分設けられ、チップ全体では16K分設けられる。また、上記1つのメモリアレイにおいて、上記メモリマットがワード線方向に8個設けられるから、相補ビット線は全体として約4K分設けられる。このようなメモリアレイが全体で4個設けられるから、全体では16K分の相補データ線が設けられ、全体としての記憶容量は、16K×16K=256Mビットのような大記憶容量を持つようにされる。   Although not shown, one memory mat has 256 sub-word lines, and 512 complementary bit lines (or data lines) orthogonal to the sub-word lines. In the one memory array, since 16 memory mats are provided in the bit line direction, the sub word lines as a whole are provided for about 8K, and the whole chip is provided for 16K. Further, in the one memory array, since eight memory mats are provided in the word line direction, a total of about 4K complementary bit lines are provided. Since four such memory arrays are provided in total, 16K complementary data lines are provided as a whole, and the overall storage capacity is set to have a large storage capacity such as 16K × 16K = 256M bits. The

上記1つのメモリセルアレイは、メインワード線方向に対して8個に分割される。かかる分割されたメモリセルアレイ15毎にサブワードドライバ(サブワード線駆動回路)が設けられる。サブワードドライバは、メインワード線に対して1/8の長さに分割され、それと平行に延長されるサブワード線の選択信号を形成する。この実施例では、メインワード線の数を減らすために、言い換えるならば、メインワード線の配線ピッチを緩やかにするために、特に制限されないが、1つのメインワード線に対して、相補ビット線方向に4本からなるサブワード線を配置させる。このようにメインワード線方向には8本に分割され、及び相補ビット線方向に対して4本ずつが割り当てられたサブワード線の中から1本のサブワード線を選択するために、サブワード選択ドライバが配置される。このサブワード選択ドライバは、上記サブワードドライバの配列方向に延長される4本のサブワード選択線の中から1つを選択する選択信号を形成する。   The one memory cell array is divided into eight in the main word line direction. A sub word driver (sub word line drive circuit) is provided for each of the divided memory cell arrays 15. The sub word driver forms a selection signal of a sub word line which is divided into a length of 1/8 with respect to the main word line and extends in parallel therewith. In this embodiment, in order to reduce the number of main word lines, in other words, to reduce the wiring pitch of the main word lines, there is no particular limitation. 4 sub word lines are arranged. In order to select one sub word line from the sub word lines divided into eight in the main word line direction and four each in the complementary bit line direction, the sub word selection driver Be placed. This subword selection driver forms a selection signal for selecting one of the four subword selection lines extended in the arrangement direction of the subword drivers.

上記1つのメモリセルアレイに着目すると、1つのメインワード線に割り当てられる8個のメモリセルアレイのうち選択すべきメモリセルが含まれる1つのメモリマットに対応したサブワードドライバにおいて、1本のサブワード選択線が選択される結果、1本のメインワード線に属する8×4=32本のサブワード線の中から1つのサブワード線が選択される。上記のようにメインワード線方向に4K(4096)のメモリセルが設けられるので、1つのサブワード線には、4096/8=512個のメモリセルが接続されることとなる。特に制限されないが、リフレッシュ動作(例えばセルフリフレッシュモード)においては、1本のメインワード線に対応する8本のサブワード線が選択状態とされる。   Focusing on the one memory cell array, in the sub word driver corresponding to one memory mat including a memory cell to be selected among the eight memory cell arrays assigned to one main word line, one sub word selection line is provided. As a result of selection, one sub word line is selected from 8 × 4 = 32 sub word lines belonging to one main word line. Since 4K (4096) memory cells are provided in the main word line direction as described above, 4096/8 = 512 memory cells are connected to one sub word line. Although not particularly limited, in a refresh operation (for example, self-refresh mode), eight sub word lines corresponding to one main word line are set in a selected state.

上記のように1つのメモリアレイは、相補ビット線方向に対して4Kビットの記憶容量を持つ。しかしながら、1つの相補ビット線に対して4Kものメモリセルを接続すると、相補ビット線の寄生容量が増大し、微細な情報記憶用キャパシタとの容量比により読み出される信号レベルが得られなくなってしまうために、相補ビット線方向に対しても16分割される。つまり、メモリマット間に配置されたセンスアンプにより 相補ビット線が16分割に分割される。特に制限されないが、センスアンプは、上記のようにシェアードセンス方式により構成され、メモリセルアレイの両端に配置されるセンスアンプを除いて、センスアンプ16を中心にして左右に相補ビット線が設けられ、左右いずれかの相補ビット線に選択的に接続される。   As described above, one memory array has a storage capacity of 4K bits in the complementary bit line direction. However, if 4K memory cells are connected to one complementary bit line, the parasitic capacitance of the complementary bit line increases, and a read signal level cannot be obtained due to the capacitance ratio with a fine information storage capacitor. In addition, it is divided into 16 in the complementary bit line direction. In other words, the complementary bit lines are divided into 16 divisions by the sense amplifiers arranged between the memory mats. Although not particularly limited, the sense amplifier is configured by the shared sense method as described above, and except for the sense amplifiers arranged at both ends of the memory cell array, complementary bit lines are provided on the left and right with the sense amplifier 16 as the center, It is selectively connected to either the left or right complementary bit line.

この実施例では、特に制限されないが、前記図14の実施例に対応して、2組ずつ合計4組の定電圧回路RGP,RGNが設けられようにされる。つまり、ボンディングパッド列を挟んで、縦方向に2組(RGPとRGN)ずつが割り当てられる。この結果、1組の定電圧回路(RGPとRGN)は、4つのメモリセルアレイを受け持つようにされる。特に制限されないが、チャージポンプ回路VPPGとVBBGとは、チップの中央部分に設けられ、上記4個の定電圧回路RGP,RGNに対してチャージポインプ電圧VPPとVBBを供給する。中央に設けられた基準電圧発生回路RGFNも上記4組の定電圧発生回路に対してそれぞれ定電圧を供給する。この構成では、チャージポンプ回路VPPGとVBBG及び基準電圧発生回路RGFNと各定電圧回路との距離が均一にしかも短く形成することができる。   In this embodiment, although not particularly limited, a total of four sets of constant voltage circuits RGP and RGN are provided corresponding to the embodiment of FIG. That is, two pairs (RGP and RGN) are assigned in the vertical direction across the bonding pad row. As a result, one set of constant voltage circuits (RGP and RGN) is responsible for four memory cell arrays. Although not particularly limited, the charge pump circuits VPPG and VBBG are provided in the center portion of the chip, and supply charge-pump voltages VPP and VBB to the four constant voltage circuits RGP and RGN. A reference voltage generation circuit RGFN provided in the center also supplies a constant voltage to each of the four sets of constant voltage generation circuits. In this configuration, the distances between the charge pump circuits VPPG and VBBG and the reference voltage generation circuit RGFN and each constant voltage circuit can be made uniform and short.

図31には、この発明が適用されるシングルチップマイクロコンピュータの一実施例のブロック構成図が示されている。特に制限されないが、この実施例のシングルチップマイクロコンピュータMCUは、自動車又は産業用機械等に組み込まれ、その制御装置として機能する。   FIG. 31 is a block diagram showing an embodiment of a single chip microcomputer to which the present invention is applied. Although not particularly limited, the single-chip microcomputer MCU of this embodiment is incorporated in an automobile or an industrial machine and functions as its control device.

同図のマイクロコンピュータMCUは、いわゆるストアドプログラム方式の中央処理装置CPUとされる。中央処理装置CPUには、特に制限されないが、内部バスIBUSを介してリードオンリーメモリROM,ランダムアクセスメモリRAM,アナログディジタル変換回路A/D,ウォッチドッグタイマWDT,タイマー回路TIM及びシリアルコミュニケーションインターフェイスSCIが結合される。また、中央処理装置CPUを含むマイクロコンピュータMCUの各部には、クロック生成回路CLKGから所定のクロック信号CLKが供給され、マイクロコンピュータMCUは、さらに、クロック生成回路CLKGの動作を制御するためのクロックコントローラCLKCと、電源投入時にマイクロコンピュータMCUの各部を初期状態にリセットするためのパワーオンリセット回路PORとを備える。   The microcomputer MCU shown in the figure is a central processing unit CPU of a so-called stored program system. The central processing unit CPU includes, but is not limited to, a read-only memory ROM, a random access memory RAM, an analog / digital conversion circuit A / D, a watchdog timer WDT, a timer circuit TIM, and a serial communication interface SCI via an internal bus IBUS. Combined. A predetermined clock signal CLK is supplied from the clock generation circuit CLKG to each part of the microcomputer MCU including the central processing unit CPU. The microcomputer MCU further controls a clock controller for controlling the operation of the clock generation circuit CLKG. CLKC and a power-on reset circuit POR for resetting each part of the microcomputer MCU to the initial state when the power is turned on.

ウォッチドッグタイマWDTには、中央処理装置CPUから内部信号PRが供給され、その出力信号つまり異常検出信号TDは、クロックコントローラCLKCに供給される。クロック生成回路CLKGの一方の入力端子は、外部端子EXTALを介して水晶発振子XTALの一方の電極に結合され、その他方の入力端子には、クロックコントローラCLKCのクロック出力信号CGが供給される。水晶発振子XTALの他方の電極は、外部端子XTALを介してクロックコントローラCLKCに結合される。   The watchdog timer WDT is supplied with the internal signal PR from the central processing unit CPU, and its output signal, that is, the abnormality detection signal TD is supplied to the clock controller CLKC. One input terminal of the clock generation circuit CLKG is coupled to one electrode of the crystal oscillator XTAL via the external terminal EXTAL, and the clock output signal CG of the clock controller CLKC is supplied to the other input terminal. The other electrode of the crystal oscillator XTAL is coupled to the clock controller CLKC via the external terminal XTAL.

パワーオンリセット回路PORには、外部端子VCC及びVSSを介してシングルチップマイクロコンピュータMCUの動作電源となる電源電圧VCC及び接地電位VSSがそれぞれ供給され、その出力信号つまりパワーオンリセット信号PORは、クロックコントローラCLKCに供給される。上記クロックコントローラCLKCには、さらに中央処理装置CPUから完全停止制御レジスタRSTPの出力信号RSTPならびにモード制御レジスタRCMDの出力信号RCMDが供給され、その出力信号つまり通常リセット信号RSは、中央処理装置CPUを含むマイクロコンピュータMCUの各部に供給される。   The power-on reset circuit POR is supplied with the power supply voltage VCC and the ground potential VSS, which are the operation power supply of the single-chip microcomputer MCU, via the external terminals VCC and VSS, respectively. It is supplied to the controller CLKC. The clock controller CLKC is further supplied with an output signal RSTP of the complete stop control register RSTP and an output signal RCMD of the mode control register RCMD from the central processing unit CPU. The output signal, that is, the normal reset signal RS is sent to the central processing unit CPU. It is supplied to each part of the microcomputer MCU.

上記中央処理装置CPUは、リードオンリーメモリROMに格納されたユーザプログラムに従ってステップ動作し、所定の演算処理を実行するとともに、マイクロコンピュータの各部を制御・統括する。この実施例において、中央処理装置CPUは、命令により書き込み可能な完全停止制御レジスタ及びモード制御レジスタを備え、その出力信号RSTP及びRCMDは、前述のように、クロックコントローラCLKCに供給される。また、中央処理装置CPUのプログラム実行状況を示す内部信号PRは、ウォッチドッグタイマWDTによって常時モニタされ、マイクロコンピュータMCUの異常検出に供される。リードオンリーメモリROMは、例えば所定の記憶容量を有するマスクROM等からなり、中央処理装置CPUの制御に必要なプログラムや固定データを格納する。ランダムアクセスメモリRAMは、例えば所定の記憶容量を有するスタティック型RAM等からなり、中央処理装置CPUの演算結果や制御データ等を一時的に格納する。フラッシュEPEOMは、電気的に書き換え可能なROMであり、電源が遮断されたときに保持すべきデータを記憶する。   The central processing unit CPU performs step operations according to a user program stored in a read-only memory ROM, executes predetermined arithmetic processing, and controls and supervises each part of the microcomputer. In this embodiment, the central processing unit CPU includes a complete stop control register and a mode control register which can be written by an instruction, and output signals RSTP and RCMD are supplied to the clock controller CLKC as described above. Further, the internal signal PR indicating the program execution status of the central processing unit CPU is constantly monitored by the watchdog timer WDT and used for detecting an abnormality of the microcomputer MCU. The read-only memory ROM is composed of, for example, a mask ROM having a predetermined storage capacity, and stores programs and fixed data necessary for controlling the central processing unit CPU. The random access memory RAM is composed of, for example, a static RAM having a predetermined storage capacity, and temporarily stores calculation results and control data of the central processing unit CPU. The flash EPEOM is an electrically rewritable ROM and stores data to be held when the power is turned off.

アナログディジタル変換回路A/Dは、外部の各種センサから入力されるアナログ入力信号を所定ビットのディジタル信号に変換し、内部バスIBUSを介して中央処理装置CPU等に伝達する。この実施例では、前記のような予充放電電圧を形成するために用いられる基準電圧Vref が供給される。この基準電圧Vref は、A/D変換器にも供給され、A/D変換動作のための基準電圧としても用いるようにしても差支えない。アナログディジタル変換器A/Dに含まれる前記のようなサンプル・ホールド手段、予備充放電手段に用いられるサンプリングクロック及び予充放電クロックは、前記クロック発生回路CPGにより形成されたクロックに基づいて形成される。また、A/変換器ADCそれ自体に用いられるクロック信号も同様である。   The analog / digital conversion circuit A / D converts an analog input signal input from various external sensors into a digital signal of a predetermined bit and transmits it to the central processing unit CPU or the like via the internal bus IBUS. In this embodiment, the reference voltage Vref used to form the precharge / discharge voltage as described above is supplied. This reference voltage Vref is also supplied to the A / D converter and may be used as a reference voltage for the A / D conversion operation. Sampling clocks and precharge / discharge clocks used for the sample-and-hold means, precharge / discharge means, etc., included in the analog / digital converter A / D are formed based on the clock formed by the clock generation circuit CPG. The The same applies to the clock signal used for the A / converter ADC itself.

タイマー回路TIMは、クロック発生回路CPGから供給されるクロック信号に従って時間計時を行い、シリアルコミュニケーションインターフェイスSCIは、例えばマイクロコンピュータの外部に結合されたシリアル入出力装置とランダムアクセスメモリRAMとの間の高速データ転送をサポートする。   The timer circuit TIM measures time according to the clock signal supplied from the clock generation circuit CPG, and the serial communication interface SCI is a high-speed connection between the serial input / output device coupled to the outside of the microcomputer and the random access memory RAM, for example. Support data transfer.

ウォッチドッグタイマWDTは、中央処理装置CPUから出力される内部信号PRをモニタし、この内部信号PRが所定時間を超えて形成されないことを受けて、言い換えるならば中央処理装置CPUによる命令フェッチが長期間にわたって行われないことを受けて中央処理装置つまりはマイクロコンピュータの異常を検出して、その出力信号つまり異常検出信号TDを選択的にハイレベルとする。上記パワーオンリセット回路PORは、外部端子VCC及びVSSを介して供給される電源電圧VCC及び接地電位VSSの電位をモニタし、動作電源が投入された当初において、その出力信号つまりパワーオンリセット信号PORを所定期間だけ一時的にハイレベルとする。ウォッチドッグタイマWDTによる異常検出信号TD及びパワーオンリセット回路PORによるパワーオンリセット信号PORは、クロックコントローラCLKCに供給される。   The watchdog timer WDT monitors the internal signal PR output from the central processing unit CPU. In response to the fact that the internal signal PR is not formed over a predetermined time, in other words, the instruction fetch by the central processing unit CPU is long. In response to not being performed over a period of time, an abnormality of the central processing unit, that is, the microcomputer is detected, and its output signal, that is, the abnormality detection signal TD is selectively set to the high level. The power-on reset circuit POR monitors the potential of the power supply voltage VCC and the ground potential VSS supplied via the external terminals VCC and VSS, and when the operation power is turned on, its output signal, that is, the power-on reset signal POR. Is temporarily set to the high level for a predetermined period. The abnormality detection signal TD from the watchdog timer WDT and the power-on reset signal POR from the power-on reset circuit POR are supplied to the clock controller CLKC.

自動車や産業用機械等に組み込まれるシングルチップマイクロコンピュータ等において、ウォッチドッグタイマによる異常検出あるいは中央処理装置からの命令による所定レジスタの書き込みを受けて選択的にクロック生成回路の動作を停止しうるクロックコントローラを設け、この完全停止状態の解除を、電源再投入時のパワーオンリセット信号によってのみ可能とすることで、異常発生時には、動作電源が切断後再投入されるまでの間、マイクロコンピュータ等の動作を完全に停止することができる。   A clock that can selectively stop the operation of a clock generation circuit in response to detection of an abnormality by a watchdog timer or writing of a predetermined register by a command from a central processing unit in a single chip microcomputer incorporated in an automobile or industrial machine A controller is provided, and this complete stop state can be released only by a power-on reset signal when the power is turned on again. When an abnormality occurs, the operating power is turned off and then turned on again. The operation can be stopped completely.

上記のようなマイクロコンピュータの内部電圧+V,+V’及び−V,−V’のような内部電圧を発生させる前記のような電源回路POWが搭載される。この電源回路は、チャージポンプ回路と定電圧回路とを組み合わせて安定的な内部電圧+V,+V’及び−V,−V’を発生させる。電圧+Vと−Vは、特に制限されないが、12Vと−12Vのような高い電圧とされ、上記FEPROMの書き込みと消去電圧として利用される。   The above power supply circuit POW for generating internal voltages such as the internal voltages + V and + V ′ and −V and −V ′ of the microcomputer as described above is mounted. This power supply circuit generates a stable internal voltage + V, + V ′ and −V, −V ′ by combining a charge pump circuit and a constant voltage circuit. The voltages + V and −V are not particularly limited, but are high voltages such as 12V and −12V, and are used as write and erase voltages of the FEPROM.

これにより、FEPROMをシステムに搭載した状態で書き換えが可能になる。−V,−V’は、上記A/D変換器の動作電圧とされる。このようにA/D変換器が正負二電圧で動作させられるために、アナログ信号を外部端子から直接にさせることができる。つまり、一電源で動作させられるA/D変換回路のように直流阻止用のカップリング容量を設けることなく、アナログ信号を入力できるから低い周波数の入力信号も受け付けることができるとともに大容量の外付容量が不用になる。   As a result, rewriting is possible with the FEPROM mounted in the system. −V and −V ′ are operating voltages of the A / D converter. Since the A / D converter is operated with two positive and negative voltages in this way, an analog signal can be directly supplied from an external terminal. In other words, an analog signal can be input without providing a DC blocking coupling capacitor as in the case of an A / D converter circuit operated by a single power supply, so that an input signal of a low frequency can be received and a large capacity externally attached. Capacity is useless.

図32には、この発明に係る基準電圧発生回路の他の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、MOSFETのしきい値電圧が高くなっても差動アンプに十分な電流が流れるように入力トランジスタにPチャンネル型MOSFETを用い、さらに従来通りPチャンネル型出力バッファを駆動できるようにダブルエンド構成のプッシュプル変換回路が設けられる。   FIG. 32 is a circuit diagram showing another embodiment of the reference voltage generating circuit according to the present invention. In this embodiment, a P-channel MOSFET is used as an input transistor so that a sufficient current flows through the differential amplifier even when the threshold voltage of the MOSFET becomes high, and a P-channel output buffer can be driven as usual. A push-pull conversion circuit having a double-end configuration is provided.

トランジスタT3,T4のベース,エミッタ間電圧で形成されるノード(a),(b)の電位は、0.6V〜0.7Vと低い。このため、前記図17に示した実施例回路では、電源電圧が3.3V〜5V用のMOSFETでは、しきい値電圧が上記ノード(a),(b)の電位と同程度となり、十分な電流を流すことができないため、パワーオン特性や安定性等が悪化する。特に、パワーオン時には、ノード(a),(b)の電位は、0Vなので差動アンプが動作できずに基準電圧Vref が立ち上がらない可能性も生じる。   The potentials of the nodes (a) and (b) formed by the base-emitter voltages of the transistors T3 and T4 are as low as 0.6V to 0.7V. For this reason, in the embodiment circuit shown in FIG. 17, in the MOSFET for the power supply voltage of 3.3V to 5V, the threshold voltage is almost the same as the potentials of the nodes (a) and (b), and sufficient. Since no current can flow, power-on characteristics, stability, and the like deteriorate. In particular, when the power is turned on, the potentials of the nodes (a) and (b) are 0 V, so that there is a possibility that the differential amplifier cannot operate and the reference voltage Vref does not rise.

この実施例では、上記ノード(a),(b)の比較的低い電圧をPチャンネル型MOSFETMP1とMP2で受けるために、かかるMOSFETMP1,MP2のしきい値電圧が上記のように高く設定されてしいても十分なゲート,ソース間電圧を確保することができ、電流をより多く流すことができる。これにより上記パワーオン特性や安定性等を改善することができる。   In this embodiment, since the relatively low voltages at the nodes (a) and (b) are received by the P-channel MOSFETs MP1 and MP2, the threshold voltages of the MOSFETs MP1 and MP2 are set high as described above. In this case, a sufficient gate-source voltage can be secured, and a larger amount of current can flow. As a result, the power-on characteristics and stability can be improved.

また、基準電圧Vref を接地電位VSS基準で作るためにはバイポーラトランジスタのベース又はエミッタ端子を接地電位VSSに接続する必要がある。これを低い電源電圧から動作させるためには、Pチャンネル型MOSFETのドライバが必要になる。これを通常のPチャンネル型MOSFET入力の電流ミラー負荷型のアンプで駆動すると、ハイレベルが十分に出ず、Pチャンネル型のMOSドライバをカットオフできなくなってしまう。本実施例では、それを解決するためにダブルエンド構成のプッシュプル変換回路を設けて十分なハイレベルを確保できるようになっている。   In order to make the reference voltage Vref based on the ground potential VSS, it is necessary to connect the base or emitter terminal of the bipolar transistor to the ground potential VSS. In order to operate this from a low power supply voltage, a driver for a P-channel MOSFET is required. When this is driven by a normal P-channel MOSFET input current mirror load type amplifier, the high level is not sufficiently obtained, and the P-channel type MOS driver cannot be cut off. In this embodiment, in order to solve this problem, a push-pull conversion circuit having a double-end configuration is provided to ensure a sufficiently high level.

つまり、上記差動アンプを構成する一方のPチャンネル型MOSFETMP1のドレインと回路の接地電位との間には、ダイオード形態のNチャンネル型MOSFETQ80と、それと電流ミラー形態にNチャンネル型MOSFETQ81を接続する。このMOSFETQ81は、電源電圧側に設けられたダイオード形態のPチャンネル型MOSFETQ82を駆動する。上記差動アンプを構成する他方のPチャンネル型MOSFETMP2のドレインと回路の接地電位との間にも、ダイオード形態のNチャンネル型MOSFETQ83と、それと電流ミラー形態にNチャンネル型MOSFETQ84を接続する。このMOSFETQ84のドレインと、上記Pチャンネル型MOSFETQ82と電流ミラー接続されたPチャンネル型MOSFETQ85のドレインと接続して、ダブルエンド構成のプッシュプル変換回路を構成する。このプッシュプル回路により、Pチャンネル型MOSFETMP3を駆動し、上記トランジスタT3,T4をドライブするものである。なお、Pチャンネル型MOSFETQ87は、ゲートが定常的に回路の接地電位に接続されて抵抗素子として作用しパワーオン時のノード(a),(b)の電位を立ち上げる役割を果たす。それ故、オン抵抗値は十分大きく設定される。   That is, the N-channel MOSFET Q80 in the form of a diode and the N-channel MOSFET Q81 in the form of a current mirror are connected between the drain of one P-channel MOSFET MP1 constituting the differential amplifier and the circuit ground potential. The MOSFET Q81 drives a diode-shaped P-channel MOSFET Q82 provided on the power supply voltage side. A diode-shaped N-channel MOSFET Q83 and an N-channel MOSFET Q84 in the form of a current mirror are also connected between the drain of the other P-channel MOSFET MP2 constituting the differential amplifier and the ground potential of the circuit. A double-end push-pull conversion circuit is configured by connecting the drain of the MOSFET Q84 and the drain of the P-channel MOSFET Q85 that is current-mirror connected to the P-channel MOSFET Q82. This push-pull circuit drives the P-channel MOSFET MP3 and drives the transistors T3 and T4. The P-channel MOSFET Q87 has a gate that is steadily connected to the circuit ground potential and acts as a resistance element to raise the potential of the nodes (a) and (b) at power-on. Therefore, the on-resistance value is set sufficiently large.

この実施例では、MOSFETのしきい値電圧が高くなっても、十分低い電源電圧から安定的に動作させることができる。また、パワーオン時の立ち上がりも速く、安定性も高くできる。   In this embodiment, even if the threshold voltage of the MOSFET increases, it can be stably operated from a sufficiently low power supply voltage. In addition, the start-up at power-on is fast and the stability can be enhanced.

図33には、この発明に係る電源回路の他の一実施例の回路図が示されている。この実施例では、チャージポンプ回路を動作させる発振パルスの周波数を負荷電流に対応して変化させるよう工夫されたものである。   FIG. 33 is a circuit diagram showing another embodiment of the power supply circuit according to the present invention. In this embodiment, the frequency of the oscillation pulse for operating the charge pump circuit is devised so as to change in accordance with the load current.

チャージポンプ回路として、消費電流を低減させるために発振回路の周波数を動作時とスタンバイ時に合わせて2種類に設定することが考えられる。しかし、この構成では、それぞれのモードでの最大電流に合わせて発振周波数を決める必要がある。前述のように低電源電圧で動作する回路では、高速動作化のためにはMOSFETのしきい値電圧を下げる必要がある。このため、スタンバイ時のように回路が動作をしていないとき、つまりオフ状態のMOSFETにおいても比較的大きなサブスレッショルドリーク電流が流れるものとなる。この電流は、温度に対して指数関数的に変化するため、それに合わせて発振周波数も高く設定する必要があり、消費電流が必要以上に大きくなるという問題がある。   As a charge pump circuit, in order to reduce current consumption, it is conceivable to set the frequency of the oscillation circuit to two types according to operation and standby. However, in this configuration, it is necessary to determine the oscillation frequency according to the maximum current in each mode. As described above, in a circuit that operates with a low power supply voltage, it is necessary to lower the threshold voltage of the MOSFET in order to achieve high-speed operation. For this reason, a relatively large subthreshold leakage current flows even when the circuit is not operating as in the standby state, that is, in the off-state MOSFET. Since this current changes exponentially with respect to temperature, it is necessary to set the oscillation frequency to be high accordingly, and there is a problem that the current consumption becomes larger than necessary.

この実施例では、昇圧電圧VCHを形成するPチャンネル型の出力MOSFETM1に並列にPチャンネル型の電流検出用のMOSFETM2を設ける。このMOSFETM2には、上記出力MOSFETM1とのサイズ比kに対応した検出電流kILが形成され、かかる電流kILをダイオード形態にされたNチャンネル型のMOSFETM3に流すようにして、それに対応した電圧信号CFBを発振回路に供給し、発振周波数を連続的に変化させるようにするものである。つまり、検出電流kILの増加に対応して発振周波数が高くなるように発振回路を制御するものである。   In this embodiment, a P-channel type current detection MOSFET M2 is provided in parallel with a P-channel type output MOSFET M1 that forms a boosted voltage VCH. In this MOSFET M2, a detection current kIL corresponding to the size ratio k with the output MOSFET M1 is formed, and the current kIL is passed through a diode-shaped N-channel type MOSFET M3, and a voltage signal CFB corresponding thereto is supplied. This is supplied to the oscillation circuit so that the oscillation frequency is continuously changed. That is, the oscillation circuit is controlled so that the oscillation frequency becomes higher in response to the increase in the detection current kIL.

図34には、上記図33の実施例回路に用いられる発振回路の一実施例の回路図が示されている。発振回路は、インバータ回路をリング状に縦列接続したリングオシレータが利用される。上記各インバータ回路の動作電流を流すNチャンネル型MOSFETM5〜M9は、上記電流検出を行うNチャンネル型MOSFETM3と電流ミラー形態にされる。つまり、上記各MOSFETM5〜M9のゲートには、上記信号CFBが供給される。   FIG. 34 shows a circuit diagram of an embodiment of an oscillation circuit used in the embodiment circuit of FIG. As the oscillation circuit, a ring oscillator in which inverter circuits are cascade-connected in a ring shape is used. The N-channel MOSFETs M5 to M9 through which the operation current of each inverter circuit flows are made into a current mirror form with the N-channel MOSFET M3 that performs the current detection. That is, the signal CFB is supplied to the gates of the MOSFETs M5 to M9.

上記信号CFBがゲートに供給されたNチャンネル型MOSFETM4によりaILの電流に変換し、それをダイオード形態にされたPチャンネル型MOSFETM10に流し、それと上記各インバータ回路に動作電流を流すPチャンネル型MOSFETM11〜M15と電流ミラー形態にし、上記信号CFBに対応して各インバータ回路の遅延時間を制御し、電流の増加に反比例させて遅延時間を変化させ、発振周波数を制御するものである。   The signal CFB is converted into an aIL current by the N-channel MOSFET M4 supplied to the gate, and the current CFB is supplied to the P-channel MOSFET M10 in the form of a diode. M15 and a current mirror form are used, the delay time of each inverter circuit is controlled in accordance with the signal CFB, the delay time is changed in inverse proportion to the increase in current, and the oscillation frequency is controlled.

上記電源回路の負荷電流ILが増加すると、発振周波数も高くなって単位時間当たりのチャージポンプ回数が増加し、電源回路は上記負荷電流の増加に対応した電流供給能力を持つようにされる。このとき、発振出力パルスのデューティ比は、ほぼ一定に保たれるので、チャージポンプ回路の効率もほぼ一定となる。   When the load current IL of the power supply circuit increases, the oscillation frequency increases and the number of charge pumps per unit time increases, so that the power supply circuit has a current supply capability corresponding to the increase of the load current. At this time, since the duty ratio of the oscillation output pulse is kept substantially constant, the efficiency of the charge pump circuit is also substantially constant.

この実施例によれば、MOSFETのしきい値電圧が低くなったり、高温度になって負荷電流が増加しても、チャージポンプ回路に入力される発振パルスの発振周波数がそれに応答して自動的に高くなるので電流供給能力が不足することはない。また、低温度時には自動的に発振周波数が低くなって消費電流を低減させるので、低消費電流化が重要な携帯用電子機器に搭載される電源回路に好適なものとなる。   According to this embodiment, even if the threshold voltage of the MOSFET decreases or the load current increases due to high temperature, the oscillation frequency of the oscillation pulse input to the charge pump circuit automatically responds accordingly. The current supply capacity will not be insufficient. In addition, since the oscillation frequency is automatically lowered and the current consumption is reduced at a low temperature, it is suitable for a power supply circuit mounted on a portable electronic device in which low current consumption is important.

上記実施例では、昇圧回路を例にして具体的に説明したが、負電圧を形成するネガティブチャージポンプ回路に対しても同様に適用できることはいうまでもない。   In the above embodiment, the booster circuit has been described as an example, but it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a negative charge pump circuit that forms a negative voltage.

図35は、この発明に係る出力回路の一実施例の回路図が示されている。この実施例は、リーク電流を低減しながら駆動能力を増強できるよう工夫されたプッシュプル出力回路に向けられている。この実施例回路は、図1に示したセンスアンプ駆動回路と同様に、駆動能力を増強するためにNチャンネル型の駆動MOSFETMO1とPチャンネル型の駆動MOSFETMO2を低しきい値電圧のものとする。そして、これらのMOSFETMO1又はMO2がオフ状態のときのサブスレッショルドリーク電流による両MOSFETMO1とMO2を通して流れる直流電流(貫通電流)を低減するために、これらのMOSFETMO1とMO2のゲートに供給されるオフ状態でのソース,ゲート間が逆バイアス状態になるような入力信号を形成するレベル変換回路LSNとLSPが設けられる。   FIG. 35 is a circuit diagram showing one embodiment of the output circuit according to the present invention. This embodiment is directed to a push-pull output circuit devised so as to enhance the driving capability while reducing the leakage current. In the circuit of this embodiment, like the sense amplifier driving circuit shown in FIG. 1, the N-channel type driving MOSFET MO1 and the P-channel type driving MOSFET MO2 have a low threshold voltage in order to enhance the driving capability. In order to reduce the direct current (through current) flowing through both MOSFETs MO1 and MO2 due to the subthreshold leakage current when these MOSFETs MO1 or MO2 are in the off state, the MOSFETs MO1 and MO2 are supplied in the off state. Level conversion circuits LSN and LSP are provided for generating an input signal such that the source and gate are in a reverse bias state.

一方のレベル変換回路LSNは、VSS−VDDのような入力信号を受けて、VDD−VNNにレベル変換する。これにより、VNNが出力された状態では、MOSFETMO1のゲートとソース間には、VNN−VSSの逆バイアス電圧が印加されることになる。他方のレベル変換回路LSPは、VSS−VDDのような入力信号を受けて、VCH−VSSにレベル変換する。したがって、VCHが出力された状態では、MOSFETMO2のゲートとソース間には、VDD−VCHの逆バイアス電圧が印加されることになる。
上記VDDは、半導体集積回路装置の内部で形成するものであってもよいし、外部端子から供給された動作電圧をそのまま用いるものであってもよい。
One level conversion circuit LSN receives an input signal such as VSS-VDD and converts the level to VDD-VNN. As a result, in a state where VNN is output, a reverse bias voltage of VNN-VSS is applied between the gate and source of the MOSFET MO1. The other level conversion circuit LSP receives an input signal such as VSS-VDD and converts the level to VCH-VSS. Therefore, when VCH is output, a reverse bias voltage of VDD-VCH is applied between the gate and the source of MOSFET MO2.
The VDD may be formed inside the semiconductor integrated circuit device, or may be an operation voltage supplied from an external terminal as it is.

この実施例では、CMOS(プッシュプル)回路において、出力MOSFETのしきい値電圧を小さくして駆動能力を増強しつつ、それを駆動する駆動回路にレベル変換回路を用いて、オフ状態にさせる信号レベルがMOSFETのゲート,ソース間を逆バイアス状態にさせるような電圧に設定するとにより、サブスレッショルドリーク電流による貫通電流を抑えることができる。したがって、3V以下の低電圧で動作する回路又はシステムに好適なものとなる。   In this embodiment, in the CMOS (push-pull) circuit, the threshold voltage of the output MOSFET is reduced to enhance the driving capability, and the level conversion circuit is used for the driving circuit for driving the signal to turn it off. By setting the level to a voltage that causes the gate and source of the MOSFET to be in a reverse bias state, it is possible to suppress the through current due to the subthreshold leakage current. Therefore, it is suitable for a circuit or system that operates at a low voltage of 3 V or less.

図36は、この発明に係る出力回路を出力バッファに適用した場合の一実施例を示す回路図である。この実施例の出力バッファでも、駆動能力を増強しながらサブスレッショルドリーク電流による貫通電流を抑えることができる。この実施例回路では、レベル変換回路LSPとLSNと、出力MOSFETMO2とMO1のゲートとの間に抵抗Rg1とRg2、ゲート保護MOSFETME2とME1が挿入される。   FIG. 36 is a circuit diagram showing one embodiment when the output circuit according to the present invention is applied to an output buffer. Even in the output buffer of this embodiment, it is possible to suppress the through current due to the subthreshold leakage current while enhancing the driving capability. In this embodiment circuit, resistors Rg1 and Rg2 and gate protection MOSFETs ME2 and ME1 are inserted between the level conversion circuits LSP and LSN and the gates of the output MOSFETs MO2 and MO1.

上記抵抗Rg1,Rg2は、駆動MOSFETのゲート電圧の変化時間を長くして出力の立ち上がりと立ち下がり波形を鈍らせてオーバーシュートやアンダーシュートを防止するよう作用する。   The resistors Rg1 and Rg2 act to prevent overshoot and undershoot by lengthening the change time of the gate voltage of the drive MOSFET and dulling the rising and falling waveforms of the output.

ゲート保護MOSFETME1とME2は、出力端子DOに外部から高電圧が印加されたときに出力MOSFETMO1とMO2のゲート絶縁膜(酸化膜)が破壊されるのを防止するよう作用する。つまり、出力端子DOの電位が電源電圧VDD以上に高くされると、Pチャンネル型MOSFETME1がオン状態になって出力MOSFETMO2のゲートと出力端子DOとを短絡し、出力端子DOの電位が接地電位VSS以下にあると、Nチャンネル型MOSFETME2がオン状態になって出力MOSFETMO1のゲートと出力端子DOとを短絡して上記ゲート絶縁膜に高電圧が印加されないようにする。   The gate protection MOSFETs ME1 and ME2 function to prevent the gate insulating films (oxide films) of the output MOSFETs MO1 and MO2 from being destroyed when a high voltage is applied to the output terminal DO from the outside. That is, when the potential of the output terminal DO is raised to the power supply voltage VDD or higher, the P-channel MOSFET ME1 is turned on to short-circuit the gate of the output MOSFET MO2 and the output terminal DO, and the potential of the output terminal DO is equal to or lower than the ground potential VSS. In this case, the N-channel MOSFET ME2 is turned on to short-circuit the gate of the output MOSFET MO1 and the output terminal DO so that a high voltage is not applied to the gate insulating film.

この実施例では、上記レベル変換回路LSNとLSPに対して、出力制御信号HIZで制御されるゲート回路やインバータ回路等による制御回路を介して別々の入力信号を入力する。この制御回路により、出力バッファの貫通電流防止と、両出力MOSFETMO1とMO2を共にオフ状態にして、出力ハイインピーダンス状態にするものである。   In this embodiment, different input signals are input to the level conversion circuits LSN and LSP via a control circuit such as a gate circuit or an inverter circuit controlled by an output control signal HIZ. By this control circuit, the through current of the output buffer is prevented, and both the output MOSFETs MO1 and MO2 are both turned off to make an output high impedance state.

以上のような本実施例回路では、プッシュプル型出力バッファにおいて、駆動能力を増強しながら、サブスレッショルドリーク電流による貫通電流を抑えることができる。したがって、3V以下の低電圧で動作する回路又はシステムに好適なものとなる。   In the circuit of this embodiment as described above, in the push-pull type output buffer, it is possible to suppress the through current due to the subthreshold leakage current while enhancing the driving capability. Therefore, it is suitable for a circuit or system that operates at a low voltage of 3 V or less.

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。
(1)外部端子から供給される電源電圧により動作させられる第1の回路ブロックと電源回路により形成された内部電圧で動作させられる第2の回路ブロックとを備えてなる半導体集積回路装置において、上記内部電圧に対して絶対値的に大きな電圧をチャージポンプ回路で形成し、この出力電圧と上記内部電圧との間に可変インピーダンス手段を設け、上記チャージポンプ回路で形成された出力電圧を動作電圧とする差動増幅回路により基準電圧と上記内部電圧とを比較して両者が一致するよう上記可変インピーダンス手段を制御して上記内部電圧を形成することにより、任意の内部電圧を安定的に発生させることができるという効果が得られる。
The effects obtained from the above embodiment are as follows.
(1) In a semiconductor integrated circuit device comprising a first circuit block operated by a power supply voltage supplied from an external terminal and a second circuit block operated by an internal voltage formed by the power supply circuit, A voltage that is large in absolute value with respect to the internal voltage is formed by the charge pump circuit, variable impedance means is provided between the output voltage and the internal voltage, and the output voltage formed by the charge pump circuit is used as the operating voltage. By comparing the reference voltage and the internal voltage by the differential amplifier circuit, and controlling the variable impedance means so that the two coincide with each other, the internal voltage is formed to stably generate an arbitrary internal voltage. The effect of being able to be obtained.

(2)上記電源回路を二種類設けることにより、上記電源回路により上記外部端子から供給された電圧と同じ極性で絶対値的に大きな電圧や外部端子から供給された電圧と異なる極性の電圧を安定的に発生させることができるという効果が得られる。 (2) By providing two types of the power supply circuit, it is possible to stabilize a voltage having the same polarity as the voltage supplied from the external terminal by the power supply circuit and having a large absolute value or a voltage different from the voltage supplied from the external terminal. The effect that it can generate | occur | produce automatically is acquired.

(3)上記ダイナミック型RAMのワード線選択レベルと負電圧の非選択レベルを上記電源回路で形成することにより、メモリセルのデータ保持特性の改善と、デバイスの高信頼性を確保することができるという効果が得られる。 (3) By forming the word line selection level and negative voltage non-selection level of the dynamic RAM with the power supply circuit, it is possible to improve the data retention characteristics of the memory cells and to ensure the high reliability of the device. The effect is obtained.

(4)上記電源回路に設けられる差動増幅回路として、内部電圧を維持することができる程度の小さな電流により定常的に動作させられるものと、内部回路が動作状態にされるときに対応して上記内部電圧を維持するに必要な大きな電流により動作させられるものとを組み合わせることにより、必要な電圧を低消費電力で形成することができるという効果が得られる。 (4) As a differential amplifier circuit provided in the power supply circuit, one that is steadily operated with a current that is small enough to maintain the internal voltage, and one that corresponds to when the internal circuit is brought into an operating state. By combining with the one that can be operated with a large current required to maintain the internal voltage, an effect that a necessary voltage can be formed with low power consumption can be obtained.

(5)上記第1の電源回路のチャージポンプ回路で形成された出力電圧を上記ダイナミック型メモリセルが形成されるP型のウェル領域が形成される深い深さのN型のウェル領域に印加することにより、そこでの寄生容量が利用できるとともにラッチアップのための格別な対策が不要にできるという効果が得られる。 (5) An output voltage formed by the charge pump circuit of the first power supply circuit is applied to a deep N-type well region where a P-type well region where the dynamic memory cell is formed is formed. As a result, it is possible to use the parasitic capacitance there and to eliminate the need for special measures for latch-up.

(6)上記第2の電源回路のチャージポンプ回路で形成された出力電圧は、上記ダイナミック型メモリセルが形成される上記P型のウェル領域に与えられる基板バックバイアス電圧としても用いることにより、上記接合容量を利用できることの他、α線によるソフトエラーの改善と回路の共用化による簡素化が可能になるという効果が得られる。 (6) The output voltage formed by the charge pump circuit of the second power supply circuit is also used as a substrate back bias voltage applied to the P-type well region where the dynamic memory cell is formed. In addition to being able to use the junction capacitance, it is possible to improve the soft error due to α rays and to simplify the circuit by sharing it.

(7)上記内部回路は、上記外部端子から供給された電源電圧を降圧して定電圧を形成する第3の電源回路と、かかる第3の電源回路で形成された降圧電圧により動作させられる回路部分とにより構成することにより、外部電源の依存性を無くして内部回路を安定的に動作させることができるという効果が得られる。 (7) The internal circuit includes a third power supply circuit that steps down the power supply voltage supplied from the external terminal to form a constant voltage, and a circuit that is operated by the stepped down voltage formed by the third power supply circuit. By comprising the part, the effect that the internal circuit can be stably operated without the dependence of the external power supply can be obtained.

(8)上記内部回路を構成し、上記第1の電源回路で形成されたハイレベルと、第2の電源回路で形成されたロウレベルとを出力する出力回路において、上記第1の電源回路で形成された内部電圧を出力させる第1導電型の出力MOSFETと、上記第2の電源回路で形成された内部電圧を出力させる第2導電型の出力MOSFETに対してそれぞれ接地電位がゲートに供給された第1導電型のMOSFETと内部電圧がゲートに供給された第2導電型のMOSFETとをそれぞれ直列に設けることにより、各MOSFETに印加される電圧を分割させることができるために高信頼性を確保することができるという効果が得られる。 (8) An output circuit that constitutes the internal circuit and outputs a high level formed by the first power supply circuit and a low level formed by the second power supply circuit, and is formed by the first power supply circuit. The ground potential is supplied to the gates for the first conductivity type output MOSFET that outputs the internal voltage and the second conductivity type output MOSFET that outputs the internal voltage formed by the second power supply circuit. Since the first conductivity type MOSFET and the second conductivity type MOSFET whose internal voltage is supplied to the gate are provided in series, the voltage applied to each MOSFET can be divided to ensure high reliability. The effect that it can do is acquired.

(9)上記出力回路を構成する第1導電型の出力MOSFETゲートに供給される駆動信号を形成する第1の駆動回路として、上記電源電圧又は内部降圧電圧と回路の接地電位で動作させられる内部回路で形成された入力信号を上記第1の電源回路の出力電圧と上記回路の接地電位に対応された第1信号レベルに変換する第1レベル変換回路を用い、上記出力回路を構成する第2導電型の出力MOSFETゲートに供給される駆動信号を形成する第2の駆動回路として、上記入力信号を上記内部電圧と上記第2の電源回路の出力電圧に対応された第2信号レベルに変換する第2レベル変換回路を用いることにより、上記出力MOSFETに印加される電圧を低く抑えていっそうの高信頼性を確保することができるという効果が得られる。 (9) As a first drive circuit for forming a drive signal to be supplied to the first conductivity type output MOSFET gate constituting the output circuit, the internal circuit operated by the power supply voltage or the internal step-down voltage and the ground potential of the circuit A first level conversion circuit that converts an input signal formed by the circuit into a first signal level corresponding to the output voltage of the first power supply circuit and the ground potential of the circuit, and the second that constitutes the output circuit. As a second drive circuit for forming a drive signal supplied to a conductive type output MOSFET gate, the input signal is converted into a second signal level corresponding to the internal voltage and the output voltage of the second power supply circuit. By using the second level conversion circuit, it is possible to obtain an effect that it is possible to secure a high reliability that can suppress the voltage applied to the output MOSFET.

(10)上記ダイナミック型メモリセルを構成するアドレス選択MOSFETのゲート絶縁膜と、上記ワード線の選択信号を形成する出力MOSFETのゲート絶縁膜とを同じ第1の膜厚に設定し、センスアンプ及びアドレス選択回路を構成するMOSFETのゲート絶縁膜を上記第1の膜厚に対して薄くされた第2の膜厚に設定することにより、高信頼性とともに動作の高速化を図ることができるという効果が得られる。 (10) The gate insulating film of the address selection MOSFET that constitutes the dynamic memory cell and the gate insulating film of the output MOSFET that forms the word line selection signal are set to the same first film thickness, By setting the gate insulating film of the MOSFET constituting the address selection circuit to the second film thickness that is made thinner than the first film thickness, it is possible to achieve high reliability and high speed operation. Is obtained.

(11)上記内部回路として、幾何学的に別れた複数回路から構成し、上記電源回路として、上記複数回路に一対一に対応し、上記外部端子から供給された電圧と同じ極性で絶対値的に大きな電圧を発生させる複数からなる第1電源回路と、上記外部端子から供給された電圧と異なる極性の電圧を発生させる複数からなる第2電源回路とし、上記第1と第2のチャージポンプ回路を共通にして、上記複数回路のそれぞれに隣接して上記可変インピーダンス手段と差動増幅回路とを複数個設けることにより、回路の簡素化を図りつつ効率のよい動作電圧の供給が可能になるという効果が得られる。 (11) The internal circuit includes a plurality of geometrically separated circuits, and the power supply circuit corresponds to the plurality of circuits on a one-to-one basis, and has the same polarity as the voltage supplied from the external terminal and is absolute A plurality of first power supply circuits for generating a large voltage, and a plurality of second power supply circuits for generating a voltage having a polarity different from the voltage supplied from the external terminal, and the first and second charge pump circuits. By providing a plurality of the variable impedance means and the differential amplifier circuit adjacent to each of the plurality of circuits in common, it is possible to supply an efficient operating voltage while simplifying the circuit. An effect is obtained.

(12)上記ダイナミック型メモリセルの複数個がマトリックス構成されてなるメモリアレイを複数組に分割し、上記第1と第2の電源回路として、上記第1と第2のチャージポンプ回路を共通にして、上記各組のメモリアレイに対応して上記可変インピーダンス手段と差動増幅回路とを複数個設けるようにすることにより、回路の簡素化を図りつつ効率のよい動作電圧の供給と記憶容量を大規模にすることができるという効果が得られる。 (12) A memory array in which a plurality of the dynamic memory cells are arranged in a matrix is divided into a plurality of sets, and the first and second charge pump circuits are shared as the first and second power supply circuits. Thus, by providing a plurality of variable impedance means and differential amplifier circuits corresponding to each set of memory arrays, efficient operation voltage supply and storage capacity can be achieved while simplifying the circuit. The effect that it can be made large is obtained.

(13)上記内部回路として、中央処理装置、フラッシュEPROM、アナログ/デジタル変換回路を含む1チップのマイクロコンピュータに適用し、上記第1電源回路と第2電源回路を、上記フラッシュEPROMとアナログ/デジタル変換回路の動作に用いられる正と負の電圧を形成することより、オンチップでの記憶情報の一括消去やカップリングコンデンサを用いることなくアナログ信号をそのまま入力することができるという効果が得られる。 (13) The internal circuit is applied to a one-chip microcomputer including a central processing unit, a flash EPROM, and an analog / digital conversion circuit. The first power supply circuit and the second power supply circuit are connected to the flash EPROM and the analog / digital By forming positive and negative voltages used for the operation of the conversion circuit, it is possible to input analog signals as they are without erasing stored information on-chip and using a coupling capacitor.

(14)上記内部回路として、上記電源電圧又はそれ以下の電圧を出力させるPチャンネル型MOSFETと、回路の接地電位を出力させるNチャンネル型MOSFETと、上記第1電源回路の出力電圧又はチャージポンプ出力電圧により上記Pチャンネル型MOSFETをオフ状態にする信号レベルに用い、上記第2の電源回路の出力電圧又はチャージポンプ出力電圧により上記Nチャンネル型MOSFETをオフ状態にする信号レベルに用いる回路とを備えることにより、MOSFETをソース,ゲート間を逆バイアス状態でオフ状態にできるからスレショルドリーク電流を大幅に低減できるという効果が得られる。 (14) As the internal circuit, a P-channel MOSFET that outputs the power supply voltage or lower voltage, an N-channel MOSFET that outputs the ground potential of the circuit, and an output voltage or charge pump output of the first power supply circuit And a circuit used for a signal level for turning off the P-channel MOSFET by a voltage, and for a signal level for turning off the N-channel MOSFET by an output voltage of the second power supply circuit or a charge pump output voltage. As a result, the MOSFET can be turned off in the reverse bias state between the source and the gate, so that the effect of greatly reducing the threshold leak current can be obtained.

(15)上記基準電圧として、エミッタ電流密度差に対応して形成されたシリコンバンドギャップを利用して形成された定電圧を電圧電流変換回路で定電流に変換し、1ないし複数からなるカレントミラー回路を介して上記電源回路を構成するチャージポンプ電圧が印加された電流ミラー回路からの定電流に変換して抵抗の一端に流し、かかる抵抗の他端を所定の内部電圧端子に接続することにより高精度及び高安定の電圧設定が容易にできるという効果が得られる。 (15) As the reference voltage, a constant voltage formed using a silicon band gap formed corresponding to a difference in emitter current density is converted into a constant current by a voltage-current conversion circuit, and a current mirror including one or a plurality of current mirrors. By converting the constant current from the current mirror circuit to which the charge pump voltage constituting the power supply circuit is applied through the circuit and flowing it to one end of the resistor, and connecting the other end of the resistor to a predetermined internal voltage terminal It is possible to obtain an effect that a highly accurate and highly stable voltage setting can be easily performed.

(16)エミッタ面積が小さく形成され、共通化されたベースとコレクタとが回路の接地電位に接続された第1トランジスタのエミッタに大きな抵抗値を持つようにされた第1抵抗の一端を接続し、エミッタ面積が大きく形成され、共通化されたベースとコレクタとが回路の接地電位に接続された第2トランジスタのエミッタに上記第1抵抗の抵抗値に比べて無視できる程度に小さくされた第2抵抗の一端を接続し、その他端に上記第1抵抗とほぼ同じ大きな抵抗値を持つようにされた第3抵抗の一端を接続し、上記第1トランジスタのエミッタ電位と上記第2抵抗と第3抵抗の接続点の電位とを受けるPチャンネル型の差動MOSFETを含む差動増幅回路により、上記両電圧が同じくなるように電圧を形成して、上記第1抵抗と第3抵抗の共通接続された他端に供給して上記定電圧を形成することにより、低電圧まで安定的に定電圧を形成することができるという効果が得られる。 (16) One end of the first resistor having a large resistance value is connected to the emitter of the first transistor in which the emitter area is small and the common base and collector are connected to the ground potential of the circuit. The emitter of the second transistor having a large emitter area and having a common base and collector connected to the ground potential of the circuit is made to be negligibly small compared to the resistance value of the first resistor. One end of the resistor is connected, and the other end is connected to one end of a third resistor having a resistance value substantially the same as that of the first resistor, and the emitter potential of the first transistor, the second resistor, and the third resistor are connected. A differential amplifier circuit including a P-channel type differential MOSFET that receives the potential at the connection point of the resistor forms a voltage so that the two voltages are the same, and the first resistor and the third resistor By forming the constant voltage is supplied to the commonly connected other end, the effect of being able to form a stable constant voltage to a low voltage is obtained.

(17)上記電源回路において、上記可変インピーダンス手段を構成するMOSFETにゲートとソースを共通接続し、そのサイズ比に対応した小さなMOSFETにより負荷電流に対応したセンス電流を形成する電流センスMOSFETを設け、上記センス電流に対応して発振周波数が変化させられる発振回路で形成された発振パルスで上記チャージポンプ回路のポンピング周期を制御することにより、チャージポンプ回路の効率を高くすることができるという効果が得られる。 (17) In the power supply circuit, a current sense MOSFET is provided in which a gate and a source are commonly connected to the MOSFET constituting the variable impedance means, and a sense current corresponding to a load current is formed by a small MOSFET corresponding to the size ratio. By controlling the pumping cycle of the charge pump circuit with an oscillation pulse formed by an oscillation circuit whose oscillation frequency is changed in response to the sense current, an effect that the efficiency of the charge pump circuit can be increased is obtained. It is done.

以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、ダイナミック型RAMを構成する各回路の具体的構成やそのレイアウト構成は、種々の実施形態をとることができる。上記定電圧回路は、差動増幅回路と可変抵抗素子としてのMOSFETとを用いるもの他、定電圧がゲートに印加されたソースフォロワMOSFETを用いるもの等種々の実施例形態をとることができる。ダイナミック型RAMの入出力インターフェスイは、シンクロナスDRAMに対応されたもの、あるいはランバス仕様に対応されたもの等種々の実施形態を取ることができる。   The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the invention of the present application is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, the specific configuration of each circuit constituting the dynamic RAM and the layout configuration thereof can take various embodiments. The constant voltage circuit can take various embodiments, such as a differential amplifier circuit and a MOSFET as a variable resistance element, as well as a source follower MOSFET in which a constant voltage is applied to the gate. The input / output interface of the dynamic RAM can take various embodiments such as one corresponding to the synchronous DRAM or one corresponding to the Rambus specification.

この発明は、前記のようなダイナミック型RAMや1チップのマイクロコンピュータ等のように外部端子から供給される電圧に対して、それと異なる内部電圧を必要とする各種半導体集積回路装置に広く利用できるものである。   The present invention can be widely used in various semiconductor integrated circuit devices that require an internal voltage different from the voltage supplied from an external terminal, such as the above-described dynamic RAM and one-chip microcomputer. It is.

この発明に係るダイナミック型RAMのメモリアレイ部の一実施例を示す概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram showing one embodiment of a memory array portion of a dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMの電源回路部の一実施例を示す概略回路図である。1 is a schematic circuit diagram showing an embodiment of a power supply circuit section of a dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMの概略動作を説明するための波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram for explaining a schematic operation of the dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMの一実施例を示す概略素子断面図である。1 is a schematic device sectional view showing an embodiment of a dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMの他の一実施例を示す概略素子断面図である。FIG. 5 is a schematic element cross-sectional view showing another embodiment of the dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMにおけるワードドライバWDの一実施例を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing one embodiment of a word driver WD in the dynamic RAM according to the present invention. FIG. 図6のワードドライバの動作を説明するための波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the word driver of FIG. 6. この発明に係るダイナミック型RAMにおけるワードドライバWDの他の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing another embodiment of the word driver WD in the dynamic RAM according to the present invention. 図8のワードドライバの動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of the word driver of FIG. この発明を階層化ワードドライバに適用した場合の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Example at the time of applying this invention to a hierarchical word driver. 図10の階層化ワードドライバ方式に対応したサブワードドライバSDRVの一実施例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing one embodiment of a sub word driver SDRV corresponding to the hierarchical word driver system of FIG. 10. 図11図のサブワード選択線とメインワード線を駆動するドライバの一実施例を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing an embodiment of a driver for driving the sub word selection line and the main word line of FIG. 11. 図12の回路の動作を説明するための波形図であり、It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of the circuit of FIG. この発明に係るダイナミック型RAMにおける電源回路の他の一実施例を示す概略ブロック図である。FIG. 6 is a schematic block diagram showing another embodiment of the power supply circuit in the dynamic RAM according to the present invention. 階層化ワードドライバ方式に対応したサブワード選択線用のドライバ及びサブワードドライバの他の一実施例を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing another embodiment of a sub word selection line driver and sub word driver corresponding to the hierarchical word driver system. 図15の回路の動作を説明するための波形図である。FIG. 16 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit of FIG. 15. 基準電圧発生回路の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of a reference voltage generation circuit. 図2の定電圧発生回路RGPの一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the constant voltage generation circuit RGP of FIG. 2. 図2の定電圧発生回路RGNの一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the constant voltage generation circuit RGN of FIG. 2. 図2のVBB用チャージポンプ回路7の一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of a VBB charge pump circuit 7 of FIG. 2. 図2のVBB用発振回路6の一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the VBB oscillation circuit 6 of FIG. 2. 図2のVBB用レベルセンサ8の一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the VBB level sensor 8 of FIG. 2. 図2のVPP用チャージポンプ回路2の一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the VPP charge pump circuit 2 of FIG. 2. 図2のVPP用発振回路1の一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the VPP oscillation circuit 1 of FIG. 2. 図2のVPP用レベルセンサの一実施例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the VPP level sensor of FIG. 2. この発明に係るダイナミック型RAMの全体の一実施例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an example of an entire dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMにおけるワードドライバの他の一実施例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment of the word driver in the dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMにおける外部電圧と内部電圧VCHとVNN、VDLの関係を説明するための一実施例を示す電圧特性図である。FIG. 6 is a voltage characteristic diagram showing an embodiment for explaining the relationship between an external voltage and internal voltages VCH, VNN, and VDL in the dynamic RAM according to the present invention. この発明に係るダイナミック型RAMにおける外部電圧と内部電圧VCHとVNN、VDLの関係を説明するための他の一実施例を示す電圧特性図である。It is a voltage characteristic diagram showing another embodiment for explaining the relationship between the external voltage and the internal voltages VCH, VNN, and VDL in the dynamic RAM according to the present invention. この発明に係る電源回路が搭載されるダイナミック型RAMの一実施例を示す概略レイアウト図である。1 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a dynamic RAM on which a power supply circuit according to the present invention is mounted. この発明が適用されるシングルチップマイクロコンピュータの一実施例を示すブロック構成図である。1 is a block diagram showing an embodiment of a single chip microcomputer to which the present invention is applied. この発明に係る基準電圧発生回路の他の一実施例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another embodiment of the reference voltage generating circuit according to the present invention. この発明に係る電源回路の他の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another Example of the power supply circuit which concerns on this invention. 図33の電源回路に用いられる発振回路の一実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one Example of the oscillation circuit used for the power supply circuit of FIG. この発明に係る出力回路の一実施例を示す回路である。1 is a circuit diagram showing an embodiment of an output circuit according to the present invention. この発明に係る出力回路を出力バッファに適用した場合の一実施例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an embodiment in which an output circuit according to the present invention is applied to an output buffer. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

MCA…メモリセルアレイ、XDEC…Xデコーダ、WD…ワードドライバ、AC…アレイ制御回路、SAND,SAPD…センスアンプ用ドライバ、W1〜Wn…ワード線、
1…VPP用発振回路、2…VPP用チャージポンプ回路、3…VPP用レベルセンサ、5…内部降圧回路、6…VBB用発振回路、7…VBB用チャージポンプ回路、8…VBB用レベルセンサ、
RGFP,RGFN…基準電圧発生回路、RGP,RGN…定電圧回路、DWELL…深い深さのn型ウェル領域、pWELL…p型ウェル領域、nWELL…n型ウェル領域、
LSP,LSN…レベル変換回路、AN1〜AN4…論理回路、FDRV0〜MDRVi…ドライバ、MAT0〜MAT1…メモリマット、SWD0〜2…サブワードドライバ、
VBBG…VBB発生回路、VPPG…VPP発生回路、
T1,T2…トランジスタ、Q1〜Q78…MOSFET、MP1,MP2…MOSFET、MN1,MN2…MOSFET、M1〜M9…MOSFET、C1〜C14…キャパシタ、RF,RL1,RL2…抵抗、
MWL…メインワードドラバ、YD…Yドライバ、
MCU…シングルチップマイクロコンピュータ、CPU…中央処理装置、IBUS…内部バス、POW…電源回路、ROM…リードオンリメモリ、FEPROM…フラッシュEPROM、RAM…ランダムアクセスメモリ、A/D(ADC)…アナログディジタル変換回路、WDT…ウォッチドッグタイマ、TIM…タイマー回路、SCI…シリアルコミュニケーションインターフェイス、POR…パワーオンリセット回路、CLKC…クロックコントローラ、CLKG…クロック生成回路、XTAL…水晶発振子。
MCA ... memory cell array, XDEC ... X decoder, WD ... word driver, AC ... array control circuit, SAND, SAPD ... sense amplifier driver, W1-Wn ... word lines,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... VPP oscillation circuit, 2 ... VPP charge pump circuit, 3 ... VPP level sensor, 5 ... Internal step-down circuit, 6 ... VBB oscillation circuit, 7 ... VBB charge pump circuit, 8 ... VBB level sensor,
RGFP, RGFN, reference voltage generation circuit, RGP, RGN, constant voltage circuit, DWELL, deep n-type well region, pWELL, p-type well region, nWELL, n-type well region,
LSP, LSN ... level conversion circuit, AN1 to AN4 ... logic circuit, FDRV0 to MDRVi ... driver, MAT0 to MAT1 ... memory mat, SWD0 to 2 ... subword driver,
VBBG ... VBB generation circuit, VPPG ... VPP generation circuit,
T1, T2 ... Transistor, Q1-Q78 ... MOSFET, MP1, MP2 ... MOSFET, MN1, MN2 ... MOSFET, M1-M9 ... MOSFET, C1-C14 ... Capacitor, RF, RL1, RL2 ... Resistance,
MWL ... Main word driver, YD ... Y driver,
MCU ... Single-chip microcomputer, CPU ... Central processing unit, IBUS ... Internal bus, POW ... Power supply circuit, ROM ... Read only memory, FEPROM ... Flash EPROM, RAM ... Random access memory, A / D (ADC) ... Analog / digital conversion Circuit, WDT ... watchdog timer, TIM ... timer circuit, SCI ... serial communication interface, POR ... power-on reset circuit, CLKC ... clock controller, CLKG ... clock generation circuit, XTAL ... crystal oscillator.

Claims (11)

外部端子から供給された外部電源電圧で動作し、前記外部電源電圧と同じ極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きな第1の内部電圧と、前記外部電源電圧と同じ極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きく前記第1の内部電圧よりも絶対値的に小さな第2の内部電圧とを発生する第1電源回路と、
前記外部電源電圧で動作し、前記外部電源電圧と異なる極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きな第3の内部電圧と、前記外部電源電圧と異なる極性で前記外部電源電圧よりも絶対値的に大きく前記第3の内部電圧よりも絶対値的に小さな第4の内部電圧とを発生する第2電源回路と、
上記第1及び第2電源回路で形成された第2と第4の内部電圧が印加される内部回路とを備えてなり、
前記第1の内部電圧は、上記内部回路を構成する素子が形成されるP型のウェル領域が形成されるN型のウェル領域に印加されるものであり、
前記第3の内部電圧は、上記内部回路を構成する素子が形成される上記P型のウェル領域に与えられる基板バックバイアス電圧としても用いられるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
The external power supply operates with an external power supply voltage supplied from an external terminal, and has the same polarity as the external power supply voltage and an absolute value larger than the external power supply voltage, and the same polarity as the external power supply voltage. A first power supply circuit that generates a second internal voltage that is larger in absolute value than the voltage and smaller in absolute value than the first internal voltage;
A third internal voltage that operates with the external power supply voltage, has a polarity different from that of the external power supply voltage, and is absolute greater than that of the external power supply voltage, and an absolute value that is different from that of the external power supply voltage and that has an absolute value greater than that of the external power supply voltage A second power supply circuit that generates a fourth internal voltage that is significantly larger than the third internal voltage and absolutely smaller than the third internal voltage;
An internal circuit to which the second and fourth internal voltages formed by the first and second power supply circuits are applied,
The first internal voltage is applied to an N-type well region in which a P-type well region in which elements constituting the internal circuit are formed is formed,
3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the third internal voltage is also used as a substrate back bias voltage applied to the P-type well region in which elements constituting the internal circuit are formed.
請求項1において、In claim 1,
前記第1電源回路は、The first power supply circuit includes:
前記第1の内部電圧を形成する第1のチャージポンプ回路と、A first charge pump circuit for forming the first internal voltage;
前記第1のチャージポンプ回路で形成された出力電圧と前記外部電源電圧との間に設けられ、前記第2の内部電圧を出力する第1の可変インピーダンス手段と、First variable impedance means for outputting the second internal voltage provided between the output voltage formed by the first charge pump circuit and the external power supply voltage;
前記第1のチャージポンプ回路で形成された出力電圧を動作電圧とし、第1の基準電圧と前記第2の内部電圧とを比較して両者が一致するよう前記第1の可変インピーダンス手段を制御してなる第1の差動増幅回路とを含み、The output voltage formed by the first charge pump circuit is used as an operating voltage, the first reference voltage is compared with the second internal voltage, and the first variable impedance means is controlled so that they match. A first differential amplifier circuit comprising:
前記第2電源回路は、The second power supply circuit includes:
前記第3の内部電圧を形成する第2のチャージポンプ回路と、A second charge pump circuit for forming the third internal voltage;
前記第2のチャージポンプ回路で形成された出力電圧と前記外部電源電圧との間に設けられ、前記第4の内部電圧を出力する第2の可変インピーダンス手段と、A second variable impedance means provided between the output voltage formed by the second charge pump circuit and the external power supply voltage for outputting the fourth internal voltage;
前記第2のチャージポンプ回路で形成された出力電圧を動作電圧とし、第2の基準電圧と前記第4の内部電圧とを比較して両者が一致するよう前記第2の可変インピーダンス手段を制御してなる第2の差動増幅回路とを含む、The output voltage formed by the second charge pump circuit is used as an operating voltage, the second reference voltage is compared with the fourth internal voltage, and the second variable impedance means is controlled so that they match. A second differential amplifier circuit comprising:
ことを特徴とする半導体集積回路装置。A semiconductor integrated circuit device.
請求項1において、
上記内部回路は、上記第1電源回路で形成されたハイレベルと、上記第2電源回路で形成されたロウレベルとを出力する出力回路を含み、
上記出力回路は、
上記第1電源回路で形成された上記第2の内部電圧を出力させる第1導電型の出力MOSFETと、
上記第2電源回路で形成された上記第4の内部電圧を出力させる第2導電型の出力MOSFETと、
上記第1導電型の出力MOSFETと出力端子との間にソース−ドレイン経路が接続され、ゲートに接地電位が供給された第1導電型のMOSFETと、
上記第2導電型の出力MOSFETと出力端子との間にソース−ドレイン経路が接続され、ゲートに内部降圧電圧が供給された第2導電型のMOSFETとからなるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 1,
The internal circuit includes an output circuit that outputs a high level formed by the first power supply circuit and a low level formed by the second power supply circuit,
The output circuit is
An output MOSFET of a first conductivity type that outputs the second internal voltage formed by the first power supply circuit;
A second conductivity type output MOSFET for outputting the fourth internal voltage formed by the second power supply circuit;
A first conductivity type MOSFET in which a source-drain path is connected between the first conductivity type output MOSFET and an output terminal, and a ground potential is supplied to the gate;
A semiconductor comprising: a second conductivity type MOSFET having a source-drain path connected between the second conductivity type output MOSFET and an output terminal, and an internal step-down voltage supplied to the gate. Integrated circuit device.
請求項3において、
上記出力回路を構成する第1導電型の出力MOSFETゲートには、その駆動信号を形成する第1の駆動回路が設けられ、
上記第1の駆動回路は、上記外部電源電圧又は内部降圧電圧と回路の接地電位で動作させられる内部回路で形成された入力信号を上記第2の内部電圧と上記回路の接地電位に対応された第1信号レベルに変換する第1レベル変換回路からなり、
上記出力回路を構成する第2導電型の出力MOSFETゲートには、その駆動信号を形成する第2の駆動回路が設けられ、
上記第2の駆動回路は、上記入力信号を上記内部降圧電圧と上記第4の内部電圧に対応された第2信号レベルに変換する第2レベル変換回路からなることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 3,
The first conductivity type output MOSFET gate constituting the output circuit is provided with a first drive circuit for forming a drive signal thereof,
In the first driving circuit, an input signal formed by an internal circuit operated by the external power supply voltage or the internal step-down voltage and the ground potential of the circuit corresponds to the second internal voltage and the ground potential of the circuit. A first level conversion circuit for converting to a first signal level;
The second conductivity type output MOSFET gate constituting the output circuit is provided with a second drive circuit for forming a drive signal thereof,
The second drive circuit comprises a second level conversion circuit for converting the input signal into a second signal level corresponding to the internal step-down voltage and the fourth internal voltage. .
請求項1において、
上記内部回路は、アドレス選択MOSFETと記憶キャパシタとからなるダイナミック型メモリセルを記憶セルとし、上記アドレス選択MOSFETのゲートが接続されたワード線、上記アドレス選択MOSFETのドレインが接続されたビット線、上記ビット線に読み出された信号を増幅するセンスアンプ、及び上記ワード線の選択信号を形成する出力MOSFET、その選択信号を形成するアドレス選択回路を有するメモリ回路を含むものであり、
上記アドレス選択MOSFETのゲート絶縁膜と、上記アドレス選択MOSFETのゲートが接続されたワード線の選択信号を形成する出力MOSFETのゲート絶縁膜とは同じ第1の膜厚に設定され、
上記ダイナミック型メモリセルの読み出し信号を増幅するセンスアンプ及びアドレス選択回路を構成するMOSFETのゲート絶縁膜は、上記第1の膜厚に対して薄くされた第2の膜厚に設定されるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 1,
The internal circuit includes a dynamic memory cell including an address selection MOSFET and a storage capacitor as a storage cell, a word line to which a gate of the address selection MOSFET is connected, a bit line to which a drain of the address selection MOSFET is connected, A sense amplifier that amplifies a signal read to the bit line; an output MOSFET that forms a selection signal for the word line; and a memory circuit that includes an address selection circuit that forms the selection signal.
The gate insulating film of the address selection MOSFET and the gate insulating film of the output MOSFET that forms the selection signal of the word line to which the gate of the address selection MOSFET is connected are set to the same first film thickness,
The gate insulating film of the MOSFET that constitutes the sense amplifier that amplifies the read signal of the dynamic memory cell and the address selection circuit is set to a second film thickness that is thinner than the first film thickness. A semiconductor integrated circuit device, comprising:
請求項において、
上記内部回路は、複数回路から構成されるものであり、
上記第1と第2電源回路は、上記第1と第2のチャージポンプ回路を共通にして、上記複数回路のそれぞれに隣接して上記第1および第2の可変インピーダンス手段と上記第1および第2の差動増幅回路とが設けられるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 2 ,
The internal circuit is composed of a plurality of circuits,
Said first and second power supply circuit, the first and by the second charge pump circuit in common, the variable impedance means and the first and second of to the first and second adjacent each said plurality of circuits the semiconductor integrated circuit device, characterized in that the second differential amplifier circuit is one that is provided.
請求項6において、
上記複数回路のそれぞれは、ダイナミック型メモリセルの複数個がマトリックス構成されてなるメモリアレイ、センスアンプ及びそれに対応したアドレス選択回路からなるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 6,
Each of the plurality of circuits comprises a memory array in which a plurality of dynamic memory cells are arranged in a matrix, a sense amplifier, and an address selection circuit corresponding to the memory array.
請求項1において、
上記内部回路は、
中央処理装置、
フラッシュEPROM、
アナログ/デジタル変換回路を含むものであり、
上記第1電源回路と第2電源回路は、上記フラッシュEPROMとアナログ/デジタル変換回路の動作に用いられる正と負の電圧を形成するものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 1,
The internal circuit is
Central processing unit,
Flash EPROM,
Including analog / digital conversion circuit,
The semiconductor integrated circuit device, wherein the first power supply circuit and the second power supply circuit form positive and negative voltages used for the operation of the flash EPROM and the analog / digital conversion circuit.
請求項1において、
上記内部回路は、
上記外部電源電圧又はそれ以下の電圧を出力させるPチャンネル型MOSFETと、回路の接地電位を出力させるNチャンネル型MOSFETと、
上記第2の内部電圧により上記Pチャンネル型MOSFETをオフ状態にする信号レベルに用い、上記第4の内部電圧により上記Nチャンネル型MOSFETをオフ状態にする信号レベルに用いる回路とを備えるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 1,
The internal circuit is
A P-channel MOSFET for outputting the external power supply voltage or lower voltage; an N-channel MOSFET for outputting the ground potential of the circuit;
And a circuit used for a signal level for turning off the P-channel MOSFET by the second internal voltage and used for a signal level for turning off the N-channel MOSFET by the fourth internal voltage. A semiconductor integrated circuit device.
請求項において、
上記第1の基準電圧は、
エミッタ電流密度差に対応して形成されたシリコンバンドギャップを利用して形成された定電圧を定電流に変換する電圧電流変換回路と、
上記定電流を1ないし複数からなるカレントミラー回路を介して上記第1電源回路を構成するチャージポンプ電圧が印加された電流ミラー回路からの定電流に変換して抵抗の一端に流し、かかる抵抗の他端を所定の内部電圧端子に接続して形成されるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 2 ,
The first reference voltage is
A voltage-current conversion circuit that converts a constant voltage formed using a silicon band gap formed corresponding to the emitter current density difference into a constant current;
The constant current is converted into a constant current from a current mirror circuit to which a charge pump voltage constituting the first power supply circuit is applied via a current mirror circuit composed of one or a plurality of currents, and the constant current is supplied to one end of the resistor. A semiconductor integrated circuit device, wherein the other end is connected to a predetermined internal voltage terminal.
請求項において、
上記第1電源回路は、
上記第1の可変インピーダンス手段を構成するMOSFETにゲートとソースが共通接続されて、そのサイズ比に対応した小さなMOSFETにより負荷電流に対応したセンス電流を形成する電流センスMOSFETが設けられ、
上記センス電流に対応して発振周波数が変化させられる発振回路で形成された発振パルスを受けて上記第1のチャージポンプ回路のポンピング周期が制御されるものであることを特徴とする半導体集積回路装置。
In claim 2 ,
The first power supply circuit includes:
A current sense MOSFET is provided in which a gate and a source are commonly connected to the MOSFET constituting the first variable impedance means, and a sense current corresponding to a load current is formed by a small MOSFET corresponding to the size ratio,
A semiconductor integrated circuit device, wherein the pumping cycle of the first charge pump circuit is controlled in response to an oscillation pulse formed by an oscillation circuit whose oscillation frequency is changed corresponding to the sense current .
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