JPH06327237A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPH06327237A
JPH06327237A JP5081460A JP8146093A JPH06327237A JP H06327237 A JPH06327237 A JP H06327237A JP 5081460 A JP5081460 A JP 5081460A JP 8146093 A JP8146093 A JP 8146093A JP H06327237 A JPH06327237 A JP H06327237A
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JP
Japan
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charge pump
generation circuit
high voltage
substrate
circuit
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Pending
Application number
JP5081460A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiro Nakamoto
敏弘 中本
Toshio Maeda
敏夫 前田
Tsuneo Ito
恒夫 伊藤
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Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
Original Assignee
Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Device Engineering Co Ltd, Hitachi Ltd, Hitachi Consumer Electronics Co Ltd filed Critical Hitachi Device Engineering Co Ltd
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Publication of JPH06327237A publication Critical patent/JPH06327237A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 高電圧発生回路及び基板電圧発生回路が近接
配置される場合でも、少数キャリアの発生を抑制し、メ
モリセルの情報保持特性の劣化を防止する。 【構成】 パルス信号P1及びP2を同一の発振回路に
より形成し、内部ノードn1の立ち上がりにともなう正
電荷のチャージポンプ動作と内部ノードn3の立ち下が
りにともなう負電荷のチャージポンプ動作を互いに重な
り合うことなく異なるタイミングで行わせる。これによ
り、高電圧VCHを形成する高電圧発生回路と基板電圧
VBBを形成する基板電圧発生回路が近接配置される場
合でも、高電圧発生回路のチャージポンプ容量の一方の
電極つまり内部ノードn1の電位が押し上げられること
にともなう基板電圧発生回路のチャージポンプ容量の他
方の電極つまり内部ノードn4の直下における基板電圧
VBBWの上昇を防止することができ少数キャリアの発
生を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置に関し、例
えば、高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備えるダ
イナミック型RAM(Random Access M
emory:ランダムアクセスメモリ)等に利用して特
に有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】その絶対値が回路の電源電圧を超える所
定の正電位のワード線選択電圧を指定されたワード線に
選択的に伝達することでワード線選択動作を高速に行い
うるいわゆるスタティックワード線選択方式があり、ス
タティックワード線選択方式を採るダイナミック型RA
M等がある。このとき、ダイナミック型RAM等は、チ
ャージポンプ容量を含み回路の電源電圧をもとに上記ワ
ード線選択電圧として供される所定の高電圧を形成する
高電圧発生回路を内蔵する。
【0003】一方、ダイナミック型RAM等がMOSF
ET(Metal Oxide Semiconduc
tor Field Effct Transisto
r:金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ。この明
細書では、MOSFETをして絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタの総称とする)を基本に構成されるとき、半
導体基板に適当な負電位の基板電圧(基板バックバイア
ス電圧)を与えることにより半導体基板と各回路素子と
の間の寄生容量を制御して、ダイナミック型RAM等の
動作を安定化する方法が公知である。このとき、ダイナ
ミック型RAM等は、チャージポンプ容量を含み回路の
電源電圧をもとに上記負電位の基板電圧を形成する基板
電圧発生回路を内蔵する。
【0004】スタティックワード線選択方式を採りかつ
高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備えるダイナミ
ック型RAMについて、例えば、特開平3−21466
9号公報等に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記ダイナミック型R
AM等において、高電圧発生回路VCHGは、図3に例
示されるように、その一方の電極の電位がインバータV
3により周期的に電源電圧VCCに押し上げられること
で高電圧供給点VCHに対して正の電荷を送り込むチャ
ージポンプ容量C1を含み、基板電圧発生回路VBBG
は、その一方の電極の電位がインバータV6により周期
的に接地電位VSSに引き下げられることで基板電圧供
給点VBBに対して負の電荷を送り込むチャージポンプ
容量C2を含む。これらのチャージポンプ容量C1及び
C2はともにいわゆるウェル容量からなり、図5に例示
されるように、Nウェル領域NWELL1に形成される
一対のN型拡散層ND1及びND2あるいはゲート層F
G2をその一方の電極とし、ゲート層FG1あるいはN
ウェル領域NWELL2に形成される一対のN型拡散層
ND3及びND4をその他方の電極とする。
【0006】ところが、集積回路の微細化・高集積化が
進むにしたがって、上記ダイナミック型RAM等には次
のような問題点が生じることが本願発明者等によって明
らかとなった。すなわち、高電圧発生回路及び基板電圧
発生回路を備える従来のダイナミック型RAM等では、
高電圧発生回路VCHGのチャージポンプ容量C1によ
るチャージポンプ動作を制御するためのパルス信号P1
と基板電圧発生回路VBBGのチャージポンプ容量C2
によるチャージポンプ動作を制御するためのパルス信号
P2との間に、特定の位相関係を有しない。また、チャ
ージポンプ容量C1の一方の電極となるNウェル領域N
WELL1とチャージポンプ容量C2の他方の電極とな
るNウェル領域NWELL2は、図5に示されるよう
に、それぞれ対応する寄生容量Cs1及びCs2を介し
て、基板電圧VBBを受けるP型半導体基板PSUBに
結合される。
【0007】このため、図2に例示されるように、特に
高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路VBBG
が近接して配置され、しかも、図6に例示されるよう
に、パルス信号P1及びP2の位相が互いに反転しあう
形で相関を有しチャージポンプ容量C1及びC2による
チャージポンプ動作が同時に行われる場合には、チャー
ジポンプ容量C1の一方の電極つまりNウェル領域NW
ELL1が電源電圧VCCに押し上げられることで、チ
ャージポンプ容量C2の他方の電極つまりNウェル領域
NWELL2の直下における基板電圧VBBWが、寄生
容量Cs1及び基板抵抗Rsを介して平均基板電位VB
Bつまり−VCC+2Vthn(ここで、Vthnは、
NチャンネルMOSFETのしきい値電圧を示す。以下
同様)より高い電位に押し上げられる。このとき、チャ
ージポンプ容量C2の他方の電極つまりNウェル領域N
WELL2は、同時に行われるチャージポンプ動作によ
って−VCC+Vthnまで引き下げられる。したがっ
て、P型半導体基板PSUB及びNウェル領域NWEL
L2からなるPN接合部がその拡散電位を超えて順バイ
アス状態となり、Nウェル領域NWELL2からP型半
導体基板PSUBに向かって少数キャリアつまり電子の
注入が行われる。この結果、高電圧発生回路VCHG及
び基板電圧発生回路VBBGに近接して配置されるメモ
リセルの情報保持特性が劣化し、ダイナミック型RAM
の信頼性が損なわれる。また、これに対処しようとした
場合、高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路V
BBGを互いに影響を及ぼすことのない離れた位置に配
置しなくてはならず、結果的にダイナミック型RAMの
基板配置に制約を与えるものとなる。
【0008】この発明の目的は、高電圧発生回路及び基
板電圧発生回路が近接配置される場合でも、少数キャリ
アの発生を抑制しメモリセルの情報保持特性の劣化を防
止しうるダイナミック型RAM等を提供することにあ
る。この発明の他の目的は、その基板配置に制約を与え
ることなく、高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備
えるダイナミック型RAM等の信頼性を高めることにあ
る。
【0009】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】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、次
の通りである。すなわち、高電圧発生回路及び基板電圧
発生回路を備えるダイナミック型RAM等において、高
電圧発生回路のチャージポンプ容量によるチャージポン
プ動作を制御する第1のパルス信号と、基板電圧発生回
路のチャージポンプ容量によるチャージポンプ動作を制
御する第2のパルス信号とを同一の発振回路によって形
成し、これらのチャージポンプ容量によるチャージポン
プ動作を互いに重なり合うことなく異なるタイミングで
行わせる。
【0011】
【作用】上記手段によれば、高電圧発生回路及び基板電
圧発生回路が近接配置される場合でも、高電圧発生回路
のチャージポンプ容量の一方の電極の電位が押し上げら
れることにともなう基板電圧発生回路のチャージポンプ
容量の他方の電極の直下における基板電圧の上昇を防止
することができる。この結果、少数キャリアの発生を抑
制し、メモリセルの情報保持特性の劣化を防止すること
ができるため、その基板配置に制約を与えることなく、
高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備えるダイナミ
ック型RAM等の信頼性を高めることができる。
【0012】
【実施例】図1には、この発明が適用されたダイナミッ
ク型RAMの一実施例のブロック図が示され、図2に
は、その一実施例の基板配置図が示されている。これら
の図をもとに、まずこの実施例のダイナミック型RAM
の構成及び動作ならびに基板レイアウトの概要について
説明する。
【0013】図1において、この実施例のダイナミック
型RAMは、半導体基板面の大半を占めて配置されるメ
モリアレイMARYをその基本構成要素とする。メモリ
アレイMARYは、同図の垂直方向に平行して配置され
る複数のワード線と、水平方向に平行して配置される複
数組の相補ビット線とを含む。これらのワード線及び相
補ビット線の交点には、情報蓄積キャパシタ及びアドレ
ス選択MOSFETからなる多数のダイナミックメモリ
セルが格子状に配置される。
【0014】メモリアレイMARYを構成する複数のワ
ード線は、XアドレスデコーダXDに結合され、択一的
に選択状態とされる。XアドレスデコーダXDには、X
アドレスバッファXBからi+1ビットの内部アドレス
信号X0〜Xiが供給されるとともに、タイミング発生
回路TGから内部制御信号XDGが供給され、高電圧発
生回路VCHGからその絶対値が電源電圧VCCを超え
る所定の高電圧VCHが供給される。また、Xアドレス
バッファXBには、アドレス入力端子A0〜Aiを介し
てXアドレス信号AX0〜AXiが時分割的に供給さ
れ、タイミング発生回路TGから内部制御信号XLが供
給される。この実施例において、電源電圧VCCは、特
に制限されないが、+3.3Vのような正電位とされ、
高電圧VCHは、電源電圧VCCより高い+5Vのよう
な正電位とされる。
【0015】XアドレスバッファXBは、アドレス入力
端子A0〜Aiを介して供給されるXアドレス信号AX
0〜AXiを内部制御信号XLに従って取り込み、保持
するとともに、これらのXアドレス信号をもとに内部ア
ドレス信号X0〜Xiを形成して、Xアドレスデコーダ
XDに供給する。また、XアドレスデコーダXDは、内
部制御信号XDGがハイレベルとされることで選択的に
動作状態とされ、内部アドレス信号X0〜Xiをデコー
ドして、メモリアレイMARYの対応する1本のワード
線に上記高電圧VCHを選択的に伝達し、このワード線
を択一的に選択状態とする。これにより、この実施例の
ダイナミック型RAMは、いわゆるスタティックワード
線選択方式を採るものとなる。
【0016】次に、メモリアレイMARYを構成する複
数組の相補ビット線は、センスアンプSAの対応する単
位回路に結合される。センスアンプSAには、タイミン
グ発生回路TGから内部制御信号PAが供給される。
【0017】センスアンプSAは、メモリアレイMAR
Yの各相補ビット線に対応して設けられる複数の単位回
路を含み、これらの単位回路のそれぞれは、一対のCM
OSインバータが交差接続されてなる単位増幅回路と、
メモリアレイMARYの対応する相補ビット線と相補共
通データ線CD*(ここで、例えば非反転共通データ線
CDと反転共通データ線CDBとをあわせて相補ビット
線CD*のように*を付して表す。また、それが有効と
されるとき選択的にロウレベルとされるいわゆる反転信
号等については、その名称の末尾にBを付して表す。以
下同様)との間に設けられる一対のスイッチMOSFE
Tとを含む。このうち、各単位回路の単位増幅回路に
は、内部制御信号PAに従って選択的にオン状態とされ
る一対の駆動MOSFETを介して、回路の電源電圧及
び接地電位が選択的に供給される。また、各対のスイッ
チMOSFETのゲートはそれぞれ共通結合され、Yア
ドレスデコーダYDから対応するビット線選択信号が供
給される。
【0018】センスアンプSAの各単位回路を構成する
単位増幅回路は、内部制御信号PAがハイレベルとされ
ることで選択的にかつ一斉に動作状態とされ、メモリア
レイMARYの選択されたワード線に結合される複数の
メモリセルから対応する相補ビット線を介して出力され
る微小読み出し信号を増幅して、ハイレベル又はロウレ
ベルの2値読み出し信号とする。一方、各単位回路を構
成するスイッチMOSFETは、対応するビット線選択
信号がハイレベルとされることで選択的にオン状態とさ
れ、メモリアレイMARYの対応する1組の相補ビット
線と相補共通データ線CD*とを選択的に接続状態とす
る。
【0019】YアドレスデコーダYDには、Yアドレス
バッファYBからi+1ビットの内部アドレス信号Y0
〜Yiが供給され、タイミング発生回路TGから内部制
御信号YDGが供給される。また、Yアドレスバッファ
YBには、アドレス入力端子A0〜Aiを介してYアド
レス信号AY0〜AYiが時分割的に供給され、タイミ
ング発生回路TGから内部制御信号YLが供給される。
【0020】YアドレスバッファYBは、アドレス入力
端子A0〜Aiを介して供給されるYアドレス信号AY
0〜AYiを内部制御信号YLに従って取り込み、保持
するとともに、これらのYアドレス信号をもとに内部ア
ドレス信号Y0〜Yiを形成して、Yアドレスデコーダ
YDに供給する。YアドレスデコーダYDは、内部制御
信号YDGがハイレベルとされることで選択的に動作状
態とされ、内部アドレス信号Y0〜Yiをデコードし
て、対応するビット線選択信号を択一的にハイレベルと
する。これらのビット選択信号は、前述のように、セン
スアンプSAの対応するスイッチMOSFET対のゲー
トに供給される。
【0021】ところで、この実施例のダイナミック型R
AMは、いわゆるシェアドセンス方式を採る。このた
め、センスアンプSAは、図2に示されるように、実際
には8個のセンスアンプSA00及びSA01,SA1
0及びSA11,SA20及びSA21ならびにSA3
0及びSA31に分割配置され、メモリアレイMARY
は、これらのセンスアンプをはさむように8対のメモリ
アレイMARY00及びMARY01ないしMARY3
2及びMARY33に分割される。Xアドレスデコーダ
XDは、各メモリアレイに対応して8対のXアドレスデ
コーダXD00及びXD01ないしXD32及びXD3
3に分割配置され、YアドレスデコーダYDは、2個の
センスアンプつまりは4個のメモリアレイに対応すべく
4個のYアドレスデコーダYD0〜YD3に分割配置さ
れる。P型半導体基板PSUBの縦及び横の中心線に近
接する部分には、XアドレスバッファXB,Yアドレス
バッファYB,データ入出力回路IO及びタイミング発
生回路TGを含む間接周辺回路PCが配置される。な
お、この実施例のダイナミック型RAMは、いわゆるL
OC(Lead On Chip:リードオンチップ)
パッケージ形態を採り、上記間接周辺回路PCには、半
導体基板PSUBの縦の中心線に沿って直線状に配置さ
れた多数のボンディングパッドが含まれる。
【0022】メモリアレイMARYの指定された相補ビ
ット線が選択的に接続される相補共通データ線CD*
は、データ入出力回路IOに結合される。データ入出力
回路IOは、図示されないライトアンプ及びメインアン
プならびにデータ入力バッファ及びデータ出力バッファ
を含む。このうち、ライトアンプの出力端子ならびにメ
インアンプの入力端子は、相補共通データ線CD*に共
通結合される。ライトアンプの入力端子は、データ入力
バッファの出力端子に結合され、データ入力バッファの
入力端子はデータ入力端子Dinに結合される。また、
メインアンプの出力端子は、データ出力バッファの入力
端子に結合され、データ出力バッファの出力端子は、デ
ータ出力端子Doutに結合される。
【0023】データ入出力回路IOのデータ入力バッフ
ァは、ダイナミック型RAMが書き込みモードで選択状
態とされるとき、データ入力端子Dinを介して供給さ
れる書き込みデータを取り込み、ライトアンプに伝達す
る。この書き込みデータは、ライトアンプによって所定
の相補書き込み信号とされた後、相補共通データ線CD
*を介してメモリアレイMARYの選択された1個のメ
モリセルに書き込まれる。一方、データ入出力回路IO
のメインアンプは、ダイナミック型RAMが読み出しモ
ードで選択状態とされるとき、メモリアレイMARYの
選択されたメモリセルから相補共通データ線CD*を介
して出力される2値読み出し信号をさらに増幅して、デ
ータ出力バッファに伝達する。この読み出しデータは、
データ出力バッファからデータ出力端子Doutを介し
て外部送出される。
【0024】タイミング発生回路TGは、外部から起動
制御信号として供給されるロウアドレスストローブ信号
RASB,カラムアドレスストローブ信号CASB及び
ライトイネーブル信号WEBをもとに上記各種の内部制
御信号を選択的に形成し、ダイナミック型RAMの各部
に供給する。
【0025】この実施例のダイナミック型RAMは、さ
らに、高電圧発生回路VCHG(第1の内部電圧発生回
路)及び基板電圧発生回路VBBG(第2の内部電圧発
生回路)と、これらの内部電圧発生回路にパルス信号P
1(第1のパルス信号)及びP2(第2のパルス信号)
を供給する発振回路OSCとを備える。このうち、発振
回路OSCは、特に制限されないが、奇数個のインバー
タが環状に結合されてなるいわゆるリングオシレータを
含み、同一の周波数とされかつ互いに所定の位相関係を
有するパルス信号P1及びP2を形成して、高電圧発生
回路VCHG及び基板電圧発生回路VBBGにそれぞれ
供給する。
【0026】一方、高電圧発生回路VCHGは、後述す
るように、所定のチャージポンプ容量C1(第1のチャ
ージポンプ容量)を含み、パルス信号P1に従ってチャ
ージポンプ容量C1によるチャージポンプ動作を繰り返
して前記高電圧VCHを形成し、XアドレスデコーダX
Dに供給する。また、基板電圧発生回路VBBGは、後
述するように、所定のチャージポンプ容量C2(第2の
チャージポンプ容量)を含み、パルス信号P2に従って
チャージポンプ容量C2によるチャージポンプ動作を繰
り返して所定の負電位の基板電圧VBBを形成し、P型
半導体基板PSUBに供給する。なお、発振回路OSC
ならびに高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路
VBBGは、図2に示されるように、P型半導体基板P
SUBの中央部右側に近接して配置される。また、高電
圧発生回路VCHGにより形成される高電圧VCHは、
金属配線層からなる高電圧供給線SVHを介してXアド
レスデコーダXD00〜XD33に供給され、基板電圧
発生回路VBBGにより形成される基板電圧VBBは、
半導体基板面の四辺に沿って形成されたガードリングG
Rを介してP型半導体基板PSUBに供給される。
【0027】図3には、図1のダイナミック型RAMに
含まれる高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路
VBBGの一実施例の回路図が示されている。また、図
4には、図3の高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発
生回路VBBGの一実施例の信号波形図が示され、図5
には、その一実施例の部分的な断面構造図が示されてい
る。これらの図をもとに、この実施例のダイナミック型
RAMに含まれる高電圧発生回路VCHG及び基板電圧
発生回路VBBGの具体的構成及び動作ならびにその特
徴について説明する。なお、図3において、そのチャン
ネル(バックゲート)部に矢印が付されるMOSFET
はPチャンネル型であって、矢印の付されないNチャン
ネルMOSFETと区別して示される。
【0028】図4において、高電圧発生回路VCHG
は、特に制限されないが、その入力端子に前記発振回路
OSCによって形成されるパルス信号P1を受けるイン
バータV1を含む。このインバータV1の出力信号は、
直列形態とされる2個のインバータV2及びV3を介し
て、チャージポンプ容量C1の一方の電極つまり内部ノ
ードn1に伝達される。チャージポンプ容量C1の他方
の電極つまり内部ノードn2は、NチャンネルMOSF
ETN1を介して電源電圧VCCに結合されるととも
に、NチャンネルMOSFETN2を介して高電圧供給
点VCHに結合される。MOSFETN1及びN2のゲ
ートは、それぞれのドレインに共通結合される。これに
より、MOSFETN1は、そのカソードを内部ノード
n2に向ける形でダイオード形態とされ、MOSFET
N2は、そのカソードを高電圧供給点VCHに向ける形
でダイオード形態とされる。
【0029】高電圧発生回路VCHGは、さらに、高電
圧供給点VCH及び接地電位VSS間に直列形態に設け
られる合計5個のPチャンネルMOSFETP1〜P4
ならびにNチャンネルMOSFETN3を含む。このう
ち、MOSFETP1〜P3は、ゲート及びドレインが
それぞれ共通結合されるため、そのアノードを高電圧供
給点VCHに向ける形でダイオード形態とされる。ま
た、MOSFETP4のゲートは、MOSFETN3の
ゲートに共通結合された後、電源電圧VCCに結合され
る。これにより、MOSFETP1〜P4ならびにN3
は、高電圧供給点VCHにおける高電圧VCHの電位が
電源電圧VCCよりPチャンネルMOSFETのしきい
値電圧Vthpの4倍以上高くなったことを条件に選択
的にオン状態となり、高電圧VCHの電位をVCC+4
Vthpに制限するクランプ回路として作用する。高電
圧VCHは、前述のように、XアドレスデコーダXDつ
まりXアドレスデコーダXD00〜XD33に供給され
る。
【0030】この実施例において、高電圧発生回路VC
HGを構成するチャージポンプ容量C1は、ウェル容量
からなり、図5に示されるように、P型半導体基板PS
UBの表面近くに形成されたNウェル領域NWELL1
と、このウェル領域に形成された一対のN型拡散層ND
1及びND2をその一方の電極とする。N型拡散層ND
1及びND2の外側には、所定の絶縁膜つまりロコスL
1及びL2がそれぞれ形成され、Nウェル領域NWEL
L1の上層には、所定の絶縁膜をはさんでチャージポン
プ容量C1の他方の電極となるポリシリコン等のゲート
層FG1が形成される。チャージポンプ容量C1の一方
の電極の引き出し端子となるN型拡散層ND1及びND
2は、所定の金属配線層を介して共通結合された後、イ
ンバータV3の出力端子に結合される。また、チャージ
ポンプ容量C1の他方の電極となるゲート層FG1は、
所定の金属配線層を介してMOSFETN1のソースな
らびにMOSFETN2のゲート及びドレインに結合さ
れる。
【0031】一方、パルス信号P1は、図4に示される
ように、そのハイレベルとされる期間がロウレベルとさ
れる期間に比べて長い所定のパルス信号とされ、パルス
信号P2は、そのハイレベルとされる期間がロウレベル
とされる期間に比べて短い所定のパルス信号とされる。
パルス信号P1及びP2は、実質的には同相とされる
が、パルス信号P1のロウレベルとされる期間はパルス
信号P2のロウレベルとされる期間に完全に包含され、
パルス信号P1のハイレベルとされる期間はパルス信号
P2のハイレベルとされる期間を完全に包含する。
【0032】パルス信号P1がハイレベルとされると
き、チャージポンプ容量C1の一方の電極つまり内部ノ
ードn1は、接地電位VSSつまり0Vのようなロウレ
ベルとされる。これにより、チャージポンプ容量C1の
他方の電極つまり内部ノードn2は、そのチャージポン
プ作用によって引き下げられるが、電源電圧VCCとの
間に設けられたダイオード形態のMOSFETN1のク
ランプ作用によってVCC−Vthnのようなやや低い
ハイレベルにクランプされる。このとき、ダイオード形
態とされるもう1個のMOSFETN2は逆バイアス状
態となり、高電圧VCHは内部ノードn2の電位の影響
を受けない。
【0033】ここで、パルス信号P1がロウレベルに変
化されると、内部ノードn1は電源電圧VCCのような
ハイレベルに変化され、内部ノードn2はチャージポン
プ容量C1のチャージポンプ作用によって2VCC−V
thnのような高いハイレベルに押し上げられる。この
とき、ダイオード形態とされるMOSFETN1は逆バ
イアス状態となってオフ状態とされるが、もう1個のM
OSFETN2は順バイアス状態となってオン状態とさ
れる。このため、高電圧供給点VCHにはMOSFET
N2を介して正の電荷が送り込まれ、その電位は、内部
ノードn2の電位よりMOSFETN2のしきい値電圧
分だけ低い所定の正電位つまり2VCC−2Vthnに
なろうとする。しかし、前述のように、高電圧供給点V
CH及び接地電位VSS間にはMOSFETP1〜P4
ならびにN3からなるクランプ回路が設けられるため、
高電圧VCHの電位はVCC+4Vthpでクランプさ
れる。このように、パルス信号P1に従ってチャージポ
ンプ容量C1によるチャージポンプ動作が繰り返される
ことで、高電圧供給点VCHにはほぼVCC+4Vth
pに相当する+5Vのような高電圧VCHが得られるも
のとなる。
【0034】次に、基板電圧発生回路VBBGは、その
入力端子にパルス信号P2を受けるインバータV4を含
む。このインバータV4の出力信号は、直列形態とされ
る2個のインバータV5及びV6を介して、チャージポ
ンプ容量C2の一方の電極つまり内部ノードn3に伝達
される。チャージポンプ容量C2の他方の電極つまり内
部ノードn4は、NチャンネルMOSFETN4を介し
て接地電位VSSに結合されるとともに、Nチャンネル
MOSFETN5を介して基板電圧供給点VBBに結合
される。MOSFETN4及びN5のゲートは、それぞ
れのドレインに共通結合される。これにより、MOSF
ETN4は、そのアノードを内部ノードn4に向ける形
でダイオード形態とされ、MOSFETN5は、そのア
ノードを基板電圧供給点VBBに向ける形でダイオード
形態とされる。
【0035】この実施例において、基板電圧発生回路V
BBGを構成するチャージポンプ容量C2は、ウェル容
量からなり、図5に示されるように、P型半導体基板P
SUBの表面近くに形成されたNウェル領域NWELL
2と、このウェル領域に形成された一対のN型拡散層N
D3及びND4をその一方の電極とする。また、N型拡
散層ND3及びND4の外側には、ロコスL3及びL4
が形成され、Nウェル領域NWELL2の上層には、所
定の絶縁膜をはさんで、チャージポンプ容量C2の他方
の電極となるゲート層FG2が形成される。
【0036】基板電圧発生回路VBBGを構成するチャ
ージポンプ容量C2の一方の電極となるゲート層FG2
は、所定の金属配線層を介してインバータV6の出力端
子に結合される。また、チャージポンプ容量C2の他方
の電極の引き出し端子となるN型拡散層ND3及びND
4は、所定の金属配線層を介して共通結合された後、M
OSFETN4のゲート及びドレインならびにMOSF
ETN5のソースに結合される。
【0037】パルス信号P2がロウレベルとされると
き、チャージポンプ容量C2の一方の電極つまり内部ノ
ードn3は、電源電圧VCCのようなハイレベルとされ
る。これにより、チャージポンプ容量C2の他方の電極
つまり内部ノードn4は、そのチャージポンプ作用によ
って押し上げられるが、接地電位VSSとの間に設けら
れたダイオード形態のMOSFETN4のクランプ作用
によってVthnのようなやや高いロウレベルにクラン
プされる。このとき、ダイオード形態とされるもう1個
のMOSFETN5は逆バイアス状態となり、基板電圧
供給点VBBにおける基板電圧VBBは内部ノードn4
の電位の影響を受けない。
【0038】ここで、パルス信号P2がハイレベルに変
化されると、内部ノードn3は接地電位VSSのような
ロウレベルに変化され、内部ノードn4はチャージポン
プ容量C2のチャージポンプ作用によって−VCC+V
thnのような低いロウレベルに引き下げられる。この
とき、ダイオード形態とされるMOSFETN4は逆バ
イアス状態となってオフ状態とされるが、もう1個のM
OSFETN5は順バイアス状態となってオン状態とさ
れる。このため、基板電圧供給点VBBにはMOSFE
TN5を介して負電荷が送り込まれ、これによってその
電位は、内部ノードn4の電位よりもMOSFETN5
のしきい値電圧分だけ高い所定の負電位つまり−VCC
+2Vthnとされる。このように、パルス信号P2に
従ってチャージポンプ容量C2によるチャージポンプ動
作が繰り返されることで、基板電圧供給点VBBにはほ
ぼ−VCC+2Vthnのような負電位の基板電圧VB
Bが得られるものとなる。
【0039】なお、基板電圧発生回路VBBGのチャー
ジポンプ容量C2によるチャージポンプ動作を制御する
パルス信号P2は、前述のように、高電圧発生回路VC
HGのチャージポンプ容量C1によるチャージポンプ動
作を制御するパルス信号P1と実質的に同相とされ、し
かもそのハイレベルとされる期間はパルス信号P1のハ
イレベルとされる期間に完全に包含され、そのロウレベ
ルとされる期間はパルス信号P1のロウレベルとされる
期間を完全に包含する。このため、チャージポンプ容量
C2による負電荷のチャージポンプ動作は、チャージポ
ンプ容量C1による正電荷のチャージポンプ動作とは実
質的に180度位相がずれた状態で、互いに重なり合う
ことなく異なるタイミングで行われるものとなる。
【0040】ところで、高電圧発生回路VCHG及び基
板電圧発生回路VBBGは、前述のように、P型半導体
基板PSUBの中央部右側に近接して配置される。ま
た、高電圧発生回路VCHGを構成するチャージポンプ
容量C1の一方の電極となるNウェル領域NWELL1
は、図5に示されるように、寄生容量Cs1を介してP
型半導体基板PSUBに結合され、基板電圧発生回路V
BBGを構成するチャージポンプ容量C2の他方の電極
となるNウェル領域NWELL2も、寄生容量Cs2を
介してP型半導体基板PSUBに結合される。したがっ
て、チャージポンプ容量C1によるチャージポンプ動作
が行われるとき、すなわちチャージポンプ容量C1の一
方の電極つまり内部ノードn1となるNウェル領域NW
ELL1が電源電圧VCCに押し上げられるとき、チャ
ージポンプ容量C2の他方の電極つまり内部ノードn4
となるNウェル領域NWELL2の直下における基板電
圧VBBWは、図4に示されるように、Nウェル領域N
WELL1のハイレベルが寄生容量Cs1及び基板抵抗
Rsを介して伝達されるためにP型半導体基板PSUB
における平均的な基板電圧VBBより高いレベルに押し
上げられる。
【0041】ところが、この実施例のダイナミック型R
AMでは、前述のように、パルス信号P1及びP2が実
質的に同相とされ、チャージポンプ容量C1による正電
荷のチャージポンプ動作とチャージポンプ容量C2によ
る負電荷のチャージポンプ動作が180度の位相差をも
って交互に行われる。このため、Nウェル領域NWEL
L2の直下における基板電圧VBBWが平均的な基板電
圧VBBより高いレベルに押し上げられるときには、チ
ャージポンプ容量C2の他方の電極つまり内部ノードn
4となるNウェル領域NWELL2はVthnのような
ハイレベルとされ、チャージポンプ容量C2による負電
荷のチャージポンプ動作が行われるときには、Nウェル
領域NWELL2の直下における基板電圧VBBWは、
その寄生容量Cs1によるチャージポンプ作用とチャー
ジポンプ容量C1の一方の電極つまりNウェル領域NW
ELL1がVCC−Vthnのようなロウレベルに引き
下げられることにともなう寄生容量Cs1のチャージポ
ンプ作用とによって逆に低くされる。したがって、P型
半導体基板PSUB及びNウェル領域NWELL2から
なるPN接合部はその拡散電位を超えて順バイアス状態
となることはなく、これによってこのPN接合部からの
少数キャリアの発生を抑制し、メモリセルの情報保持特
性の劣化を防止することができる。この結果、その基板
配置に制約を与えることなく、高電圧発生回路VCHG
及び基板電圧発生回路VBBGを備えるダイナミック型
RAMの信頼性を高めることができるものである。
【0042】以上の本実施例に示されるように、この発
明を高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備えるダイ
ナミック型RAM等の半導体装置に適用することで、次
のような作用効果を得ることができる。すなわち、 (1)高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備えるダ
イナミック型RAM等において、高電圧発生回路のチャ
ージポンプ容量による正電荷のチャージポンプ動作を制
御するための第1のパルス信号と、基板電圧発生回路の
チャージポンプ容量による負電荷のチャージポンプ動作
を制御するための第2のパルス信号とを同一の発振回路
によって形成し、これらのチャージポンプ容量によるチ
ャージポンプ動作を互いに重なり合うことなく異なるタ
イミングで行わせることで、高電圧発生回路及び基板電
圧発生回路が近接して配置される場合でも、高電圧発生
回路のチャージポンプ容量の一方の電極の電位が押し上
げられることにともなう基板電圧発生回路のチャージポ
ンプ容量の他方の電極の直下における基板電圧の上昇を
防止することができるという効果が得られる。
【0043】(2)上記(1)項により、基板電圧発生
回路のチャージポンプ容量の他方の電極の直下のPN接
合部における少数キャリアの発生を抑制し、高電圧発生
回路及び基板電圧発生回路に近接して配置されるメモリ
セルの情報保持特性の劣化を防止することができるとい
う効果が得られる。 (3)上記(1)項〜(2)項により、その基板配置に
制約を与えることなく、高電圧発生回路及び基板電圧発
生回路を備えるダイナミック型RAM等の信頼性を高め
ることができるという効果が得られる。
【0044】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
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言うまでもない。例え
ば、図1及び図2において、ダイナミック型RAMは、
複数の高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路V
BBGを備えることができるし、これらの高電圧発生回
路VCHG及び基板電圧発生回路VBBGの全部又は一
部をダイナミック型RAMの選択状態に応じて選択的に
動作状態とすることができる。発振回路OSCは、パル
ス信号P1及びP2の位相関係が満たされることを条件
に、高電圧発生回路VCHG基板電圧発生回路VBBG
に対応して複数個設けることができる。ダイナミック型
RAMを構成するメモリアレイMARY及びその周辺回
路は、任意の数に分割できる。また、ダイナミック型R
AMは、複数ビットの記憶データを同時に入力又は出力
するいわゆる多ビット構成を採ることができるし、アド
レスマルチプレックス方式を採ることを必須条件ともし
ない。高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路V
BBGならびに発振回路OSCの配置位置は、任意であ
る。さらに、ダイナミック型RAMのブロック構成や起
動制御信号及びアドレス信号の組み合わせならびに基板
配置等は、種々の実施形態を採りうる。
【0045】図3において、高電圧発生回路VCHG及
び基板電圧発生回路VBBGは、高電圧VCH及び基板
電圧VBBの電位をモニタして高電圧発生回路VCHG
及び基板電圧発生回路VBBGを選択的に動作状態とす
るためのレベル検出回路を備えることができる。また、
高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路VBBG
は、例えばチャージポンプ容量C1及びC2の一方の電
極における電位をクランプするためのクランプ回路を備
えることができるし、各種の保護回路等を備えることが
できる。図4において、パルス信号P1及びP2は、チ
ャージポンプ容量C1及びC2によるチャージポンプ動
作が互いに重なり合うことなく異なるタイミングで行わ
れることを条件に、整数比関係の周波数を持つことがで
きる。図5において、チャージポンプ容量C1及びC2
ならびに各MOSFETのレイアウト位置関係や具体的
なデバイス構造は、この実施例による制約を受けない。
さらに、高電圧発生回路VCHG及び基板電圧発生回路
VBBGの具体的な構成や電源電圧,高電圧及び基板電
圧の極性及び絶対値ならびにMOSFETの導電型等
は、種々の実施形態を採りうる。
【0046】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるダイ
ナミック型RAMに適用した場合について説明したが、
それに限定されるものではなく、例えば、ダイナミック
型RAMを基本構成とする擬似スタティック型RAM等
の各種メモリ集積回路装置やこのようなメモリ集積回路
装置を内蔵する論理集積回路装置等にも適用できる。こ
の発明は、少なくとも回路の電源電圧をもとに正電位及
び負電位の内部電圧をそれぞれ形成する二つの内部電圧
発生回路を備える半導体装置に広く適用できる。
【0047】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、高電圧発生回路及び基板電
圧発生回路を備えるダイナミック型RAM等において、
高電圧発生回路のチャージポンプ容量によるチャージポ
ンプ動作を制御するための第1のパルス信号と、基板電
圧発生回路のチャージポンプ容量によるチャージポンプ
動作を制御するための第2のパルス信号を同一の発振回
路によって形成し、これらのチャージポンプ容量による
チャージポンプ動作を互いに重なり合うことなく異なる
タイミングで行わせることで、高電圧発生回路及び基板
電圧発生回路が近接配置される場合でも、高電圧発生回
路のチャージポンプ容量の一方の電極の電位が押し上げ
られることにともなう基板電圧発生回路のチャージポン
プ容量の他方の電極の直下における基板電圧の上昇を防
止することができる。この結果、少数キャリアの発生を
抑制し、メモリセルの情報保持特性の劣化を防止するこ
とができるため、その基板配置に制約を与えることな
く、高電圧発生回路及び基板電圧発生回路を備えるダイ
ナミック型RAM等の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されたダイナミック型RAMの
一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1のダイナミック型RAMの一実施例を示す
基板配置図である。
【図3】図1のダイナミック型RAMに含まれる高電圧
発生回路及び基板電圧発生回路の一実施例を示す回路図
である。
【図4】図3の高電圧発生回路及び基板電圧発生回路の
一実施例を示す信号波形図である。
【図5】図3の高電圧発生回路及び基板電圧発生回路の
一実施例を示す部分的な断面構造図である。
【図6】この発明に先立って本願発明者等が開発したダ
イナミック型RAMに含まれる高電圧発生回路及び基板
電圧発生回路の一例を示す信号波形図である。
【符号の説明】
MARY,MARY00〜MARY33・・・メモリア
レイ、XD,XD00〜XD33・・・Xアドレスデコ
ーダ、XB・・・Xアドレスバッファ、SA,SA00
〜SA31・・・センスアンプ、YD,YD0〜YD3
・・・Yアドレスデコーダ、YB・・・Yアドレスバッ
ファ、IO・・・データ入出力回路、TG・・・タイミ
ング発生回路、OSC・・・発振回路、VCHG・・・
高電圧発生回路、VBBG・・・基板電圧発生回路。P
SUB・・・P型半導体基板、PC・・・間接周辺回
路、GR・・・ガードリング、SVH・・・高電圧供給
線。C1〜C2・・・チャージポンプ容量、P1〜P4
・・・PチャンネルMOSFET、N1〜N5・・・N
チャンネルMOSFET、V1〜V6・・・インバー
タ。PWELL・・・・Pウェル領域、NWELL1〜
NWELL2・・・Nウェル領域、ND1〜ND4(N
+ )・・・N型拡散層、FG1〜FG2・・・ゲート
層、L1〜L4・・・ロコス、Cs1〜Cs2・・・寄
生容量、Rs・・・基板抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/108 (72)発明者 伊藤 恒夫 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のチャージポンプ容量を含み所定の
    正電位の内部電圧を形成する第1の内部電圧発生回路
    と、第2のチャージポンプ容量を含み所定の負電位の内
    部電圧を形成する第2の内部電圧発生回路とを具備し、
    かつ上記第1及び第2のチャージポンプ容量によるチャ
    ージポンプ動作が互いに重なり合うことなく異なるタイ
    ミングで行われることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記第1及び第2のチャージポンプ容量
    は、ともにウェル容量からなるものであることを特徴と
    する請求項1の半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記第1及び第2の内部電圧発生回路
    は、近接して配置しうるものであることを特徴とする請
    求項1又は請求項2の半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記第1のチャージポンプ容量のチャー
    ジポンプ動作を制御する第1のパルス信号と、上記第2
    のチャージポンプ容量のチャージポンプ動作を制御する
    第2のパルス信号は、同一の発振回路によって形成され
    るものであることを特徴とする請求項1,請求項2又は
    請求項3の半導体装置。
  5. 【請求項5】 上記半導体装置は、スタティックワード
    線選択方式を採るダイナミック型RAMであって、上記
    第1の内部電圧は、ワード線選択電圧として用いられる
    高電圧であり、上記第2の内部電圧は、基板電圧である
    ことを特徴とする請求項1,請求項2,請求項3又は請
    求項4の半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7671384B2 (en) 2003-06-10 2010-03-02 Fujitsu Microelectronics Limited Semiconductor integrated circuit device having improved punch-through resistance and production method thereof, semiconductor integrated circuit device including a low-voltage transistor and a high-voltage transistor
JP2015515748A (ja) * 2012-03-13 2015-05-28 シリコン ストーリッジ テクノロージー インコーポレイテッドSilicon Storage Technology, Inc. 不揮発性メモリ装置及びその動作方法

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US8530308B2 (en) 2003-06-10 2013-09-10 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor integrated circuit device having improved punch-through resistance and production method thereof, semiconductor integrated circuit device including a low-voltage transistor and a high-voltage transistor
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