JPH07105681A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07105681A
JPH07105681A JP5251607A JP25160793A JPH07105681A JP H07105681 A JPH07105681 A JP H07105681A JP 5251607 A JP5251607 A JP 5251607A JP 25160793 A JP25160793 A JP 25160793A JP H07105681 A JPH07105681 A JP H07105681A
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transistor
potential
voltage
gate
high voltage
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JP5251607A
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Kiyohiro Furuya
清広 古谷
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 消費電力を低減することができる半導体装置
を提供する。 【構成】 メモリセルのセルプレート電位およびビット
線のプリチャージ電位を供給する中間電位発生回路11
のドライバ段のトランジスタの基板電位をバイアス段の
トランジスタの基板電位より小さい電位に設定すること
により、ドライバ段のトランジスタに貫通電流が流れな
いようにし、スタンバイ時の装置の低消費電力化を実現
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に、消費電力を低減することができる半導体記憶装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、種々の装置に搭載され、
装置の小型化および多機能化のため高集積化される傾向
にある。高集積化されると、内部で多くの素子が動作
し、発熱するため、低消費電力化が重要な課題となって
いる。たとえば、DRAM(ダイナミック型半導体記憶
装置)においては、記憶容量の増大に伴う素子数の増加
により、低消費電力化が強く要望されている。
【0003】以下、従来の半導体記憶装置としてDRA
Mについて詳細に説明する。DRAMには、ビット線の
プリチャージ電位を発生するための中間電位発生回路、
セルフリフレッシュ動作を行なうためのタイマ回路、お
よびワード線駆動回路に供給する高電位を発生させる内
部高電圧回路等が含まれている。
【0004】まず、中間電位発生回路について詳細に説
明する。中間電位発生回路としては、たとえば、 IEEE
Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-22, No.5,
October 1987, p.p. 861-867 に開示されたものがあ
る。図25は、上記の従来の中間電位発生回路の構成を
示す回路図である。
【0005】図25において、中間電位発生回路は、n
型MOSFETであるトランジスタQ101〜Q10
3、p型MOSFETであるトランジスタQ104〜Q
106、抵抗R101〜R104を含む。
【0006】図26は、図25に示す中間電位発生回路
をp型基板上に構成した場合の構成を示す模式図であ
る。図26において、中間電位発生回路は、p型基板1
11、n型ウェル112、トランジスタQ101〜Q1
06、抵抗R101〜R104を含む。また、図26に
おいて、図25と同一部分については同一符号を付して
いる。
【0007】以下、図25および図26を参照して中間
電位発生回路の動作について説明する。
【0008】抵抗R101、R102の抵抗値は等し
く、抵抗R103、R104の抵抗値は等しい。また、
抵抗R101〜R104の抵抗値は、数MΩであり、高
抵抗が用いられている。したがって、トランジスタQ1
01、Q102、Q104、Q105を流れる電流は小
さくなり、トランジスタQ101、Q102、Q10
4、Q105はごく弱く導通する。この結果、トランジ
スタQ101、Q102、Q104、Q105のゲート
・ソース間の電位は、各トランジスタのしきい値電圧に
等しい。
【0009】上記のように構成されているので、ノード
N1、N3の電位は、約VCC/2(VCCは電源電圧)に
なる。したがって、ノードN2の電位はVCC+VTH101
(V TH101 はトランジスタQ101のしきい値電圧)と
なり、接点N4の電位は約V CC/2−|VTH105 |(V
TH105 はトランジスタQ105のしきい値電圧)とな
る。この結果、出力信号Vsgの電位がVCC+VTH101
TH103 (VTH103 トランジスタQ103のしきい値電
圧)よりも低いときは、トランジスタQ103が導通
し、出力信号Vsgの電位が上昇する。一方、出力信号V
sgの電位がVCC−|VTH105 |+|VTH106 |(V
TH106 はトランジスタQ106のしきい値電圧)より高
いときは、トランジスタQ106が導通し、出力信号V
sgの電位が降下する。以上の動作により、出力信号Vsg
の電位は約VCC/2になる。
【0010】次に、セルフリフレッシュ動作のためのタ
イマ回路について詳細に説明する。DRAMは、不揮発
性メモリであるため、周期的にリフレッシュ動作を行な
う必要がある。リフレッシュの周期を長くすればするほ
ど、リフレッシュ動作での消費電力が低減されるため、
低消費電力化が実現される。従来のタイマ回路では、メ
モリセルが保持する電位が一定以上減少すると、リフレ
ッシュ動作を行なうようにしていた。上記のようなタイ
マ回路として、たとえば、 IEEE Journal of Solid-Sta
te Circuits, Vol. 26, No.11, November 1991, p.p. 1
556-1562に開示されたものがある。図27は、上記の従
来のタイマ回路の構成を示す図である。
【0011】図27において、タイマ回路は、差動増幅
器121、S−Rフリップフロップ122、遅延回路1
23、n型MOSFETであるトランジスタQ111、
メモリセルのキャパシタ124、n型拡散層125を含
む。
【0012】図28は、図27に示すタイマ回路の動作
を示すタイミングチャートである。以下、図27および
図28を参照して、タイマ回路の動作について説明す
る。時刻t1 において、キャパシタ124の保持する電
位VN が基準電位VREF 以下になると、S−Rフリップ
フロップ122がセットされて出力信号φE が“H”と
なる。S−Rフリップフロップ122の出力信号φE
遅延回路123で所定時間遅延された後、S−Rフリッ
プフロップ122のリセット端子Rへ入力されるため、
リセット信号Rが“H”となる。したがって、S−Rフ
リップフロップ122がリセットされ、出力信号φE
“L”となる。出力信号φE が“H”の間、リフレッシ
ュ動作が行なわれ、トランジスタQ111が導通状態と
なり、メモリセルのキャパシタ124の電位はVCCに保
たれる。次に、出力信号φE が“L”となると、トラン
ジスタQ111は非導通状態となり、キャパシタ124
の保持電圧VN はリーク電流によって徐々に低下する。
キャパシタ124の保持電圧VN が基準電圧VREF 以下
になると再び、上記と同様の動作が繰り返され、所定の
周期でリフレッシュ動作が行なわれることになる。
【0013】次に、内部高電圧回路について詳細に説明
する。図29は、従来の内部高電圧回路の構成を示すブ
ロック図である。図29において、内部高電圧回路は、
第1ディテクタ131、第2ディテクタ132、第3デ
ィテクタ133、第1発振器134、第2発振器13
5、小ポンプ136、大ポンプ137、RASポンプ1
38、ANDゲートG101を含む。
【0014】第1ディテクタ131は、ワード線ドライ
バ139に供給される高電圧VPPが所定電位以下になる
と、出力信号φE1を“H”の状態で第1発振器134へ
出力する。第1発振器134は、出力信号φE1が“H”
の間発振し、発振信号を小ポンプ136へ出力する。小
ポンプ136は、発振信号を受けて、スタンバイ時にワ
ード線ドライバ139へ高電圧VPPを供給する。
【0015】第2ディテクタ132はワード線ドライバ
139に供給される高電圧が所定の電位以下になると出
力信号φE2を“H”の状態で第2発振器135へ出力す
る。第2発振器135は、出力信号φE2が“H”の間発
振し、発振信号を大ポンプ137へ出力する。大ポンプ
137は、第2発振器135の発振信号を受けて、電源
投入時にワード線ドライバ139に供給する高電圧VPP
を高速に立上げる。
【0016】第3ディテクタ133は、ワード線ドライ
バ139に供給される高電圧VPPが所定の電位以下にな
ったとき出力信号φE3を“H”の状態でANDゲートG
101へ出力する。ANDゲートG101は、出力信号
φE3とロウアドレスストローブ信号/RASとの論理積
をとり、出力信号をRASポンプ138へ出力する。R
ASポンプ138は、ANDゲートG101の出力信号
に応答して、ロウアドレスストローブ信号/RASが
“L”となり装置が動作してワード線を高電圧V PPレベ
ルに立上げるときに消費する高電圧VPPを補充する。
【0017】次に、図29に示す第1ディテクタについ
て詳細に説明する。図30は、図29に示す第1ディテ
クタの構成を示す回路図である。
【0018】図30において、第1ディテクタは、p型
MOSFETであるトランジスタQ121〜Q124、
n型MOSFETであるトランジスタQ125、Q12
6を含む。
【0019】第1ディテクタに供給される高電圧VPP
トランジスタQ121〜Q123により各トランジスタ
のしきい値電圧VTHつまり3VTHだけ降圧される。した
がって、高電圧VPPがVCC+3VTH以下になると出力信
号φE1が“H”で出力される。
【0020】次に、図29に示す第2ディテクタについ
て詳細に説明する。図31は、図29に示す第2ディテ
クタの構成を示す回路図である。
【0021】図31において、第2ディテクタは、p型
MOSFETであるトランジスタQ131〜Q133、
n型MOSFETであるトランジスタQ134、Q13
5を含む。
【0022】第2ディテクタに供給される高電圧VPP
トランジスタQ131、Q132により各トランジスタ
のしきい値電圧VTH、つまり、2VTHだけ降圧される。
したがって、第2ディテクタは、高電圧VPPがVCC+2
TH以下になると出力信号φ E2を“H”の状態で出力す
る。また、図29に示す第3ディテクタも図31に示す
第2ディテクタと同様の構成を有し、同様に動作する。
【0023】次に、図29に示す第1発振器について詳
細に説明する。図32は、図29に示す第1発振器の構
成を示す回路図である。
【0024】図32において、第1発振器は、p型MO
SFETであるトランジスタQ141〜Q148、n型
MOSFETであるトランジスタQ149〜Q156を
含む。また、図20に示す、C101〜C103は、各
部の寄生容量である。
【0025】トランジスタQ141のチャネル長は長く
設定されているため、トランジスタQ149を流れる電
流は電流値I1 に制限される。また、トランジスタQ1
49とトランジスタQ150、Q152、Q154、Q
156はカレントミラーを構成しており、トランジスタ
Q143、Q145、Q147、Q152、Q154、
Q156を流れる電流はI1に制限される。したがっ
て、各トランジスタが構成する各インバータの遅延時間
は、寄生容量C101〜C103の各容量をCとする
と、3C/I1 となる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】図17に示す中間電位
発生回路では、VCC/2+VTH101 −VTH103 >Vsg
CC/2、かつ、VCC/2−|VTH105 |+|VTH106
|<Vsg=VCC/2の場合、すなわち、VTH101 >V
TH103 、かつ|VTH105 |>|VTH106 |の場合、出力
信号Vsgの電位がVCC/2に落着いたとき、トランジス
タQ103、Q106ともに導通するため、スタンバイ
時にトランジスタQ103、Q106を通して貫通電流
が流れていた。したがって、この貫通電流により、装置
の消費電力が大きくなるという問題があった。
【0027】また、図27に示すタイマ回路では、キャ
パシタ124のリーク電流が高温時には増加するため、
リフレッシュ動作の周期が低温では図28の(a)に示
すようにT1 になり、高温では図28の(b)に示すよ
うにT2 となっていた。したがって、温度変化により、
高温時では、リフレッシュ動作の周期が短くなるため、
一定時間当りのリフレッシュ動作の回数が増加し、リフ
レッシュ時に消費する電力が増大するという問題があっ
た。
【0028】また、図27に示すタイマ回路では、以下
のような問題が発生していた。DRAMでは、パッケー
ジ等から放射されるα粒子によって、電離された電子が
メモリセルのn型拡散層125に吸収されて、メモリセ
ルの情報が破壊されるソフトエラーと呼ばれる現象があ
る。したがって、メモリセルの読出回路の正常動作に必
要な最小の保持電圧VREF よりも一定値ΔV以下に保持
電圧VN が低下している期間は、ソフトエラーが発生し
やすくなっていた。この結果、保持電圧VREFのレベル
が高温でも低温でも等しい場合、ソフトエラーを起こす
確率が大きい期間が低温のときには、図16に示すよう
にd1 となり、高温のときにはd2 となり、低温でのソ
フトエラーを起こす確率が大きくなるという問題点もあ
った。
【0029】また、図30および図31に示す第1およ
び第2のディテクタでは、出力信号φE1、φE2の状態が
変化するときに、トランジスタQ124、Q126、Q
133、Q135がともに導通状態となるため、貫通電
流が流れ、消費電力が増大するという問題があった。
【0030】また、図31に示す第3ディテクタでは、
トランジスタQ123とトランジスタQ125との接続
点の電位を“H”から“L”に変化させるのに必要な時
間は数μs必要となる。一方、DRAMの動作は、たと
えば、最小90nsごとに発生する。したがって、第3
ディテクタがオフからオンの状態へ変化する間に、ワー
ド線が何十回も駆動されるため、ワード線ドライバ13
9の高電圧VPPのレベルが低下してしまう。図33は、
第3ディテクタの出力信号φE3に対する高電圧VPPのレ
ベルの変化を説明する図である。図33に示すように、
出力信号φE3が“L”の間ロウアドレスストローブ信号
/RASの変化に伴い高電圧VPPのレベルが次第に低下
していることがわかる。この結果、従来の第3ディテク
タは、トランジスタQ123とトランジスタQ125と
の接続点の電位を高速に“H”から“L”に変化させる
ため、トランジスタQ125に電流が十分流れるように
設定していたため、スタンバイ時に消費電力が増大する
という問題か発生していた。
【0031】さらに、図32に示す第1発振器では、電
源電位VCCが高くなると、トランジスタQ141を流れ
る電流I1 が増加するため、第1発振器の遅延時間3C
/I 1 が減少する。したがって、第1発振器の発振周波
数が増加し、動作サイクルが長くなるため、装置の消費
電力が増大するという問題が発生していた。
【0032】本発明は上記課題を解決するためのもので
あって、消費電力を低減することができる半導体装置を
提供することを目的とする。
【0033】本発明の他の目的は、リフレッシュ周期を
ソフトエラーを考慮して設定できるセルフリフレッシュ
タイマ回路を具備する半導体装置を提供することであ
る。
【0034】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置は、基準電位に陰極側が接続され、かつ、ダイオード
接続された第1トランジスタと、基準電位に正極側が接
続され、かつ、ダイオード接続された第2トランジスタ
と、第1トランジスタの正極側の出力を受けるゲートを
有する第3トランジスタと、第3トランジスタと接続さ
れ、第2トランジスタの陰極側の出力を受けるゲートを
有する第4トランジスタとを含み、第1トランジスタの
しきい値電圧は、第3トランジスタのしきい値電圧より
小さく、かつ、第2トランジスタのしきい値電圧は、前
記第4トランジスタのしきい値電圧より大きい。
【0035】請求項2記載の半導体装置は、電荷を蓄積
するキャパシタと、キャパシタの出力が第1電位以下に
なったとき、所定時間だけキャパシタを充電する充電手
段と、キャパシタの電荷を第1電位に漏洩させ、所定の
チャネル幅を有するトランジスタと、第2電位を分圧し
て所定の第3電位の出力をトランジスタのゲートに出力
する分割手段とを含む。
【0036】請求項3記載の半導体装置は、所定の電圧
を供給されて所定の動作を行なう内部回路と、内部回路
がアクティブ状態のとき、内部回路で消費された所定の
電圧を補充する電圧補充手段と、内部回路がスタンバイ
状態からアクティブ状態へ変化するタイミングに応答し
て、電圧補充手段の動作を制御する制御手段とを含む。
【0037】請求項4記載の半導体装置は、第1電位の
信号を第2電圧単位で降圧させる第1および第2降圧手
段と、第1降圧手段により降圧された第3電位の信号が
第4電位以下であることを検出する第1検出手段と、第
2降圧手段により降圧された第4電位の信号が第5電位
以下であることを検出する第2検出手段とを含み、第4
電位と第5電位との差が第2電圧より小さい。
【0038】請求項5記載の半導体装置は、所定の電流
を供給する電流供給手段と、電流供給手段から電流を受
けるドレインを有し、かつ、ダイオード接続された第1
トランジスタと、第1トランジスタのゲートと自身のゲ
ートとが接続された第2トランジスタと、電流供給手段
が供給する電流の電流値に応じて、第1トランジスタの
基板電位を制御する制御手段とを含む。
【0039】
【作用】請求項1記載の半導体装置においては、第1ト
ランジスタのしきい値電圧は第3トランジスタのしきい
値電圧より小さく、かつ、第2トランジスタのしきい値
電圧は第4トランジスタのしきい値電圧より大きいの
で、第3トランジスタと第4トランジスタとが同時に導
通状態となることがなく、貫通電流が流れない。
【0040】請求項2記載の半導体装置においては、キ
ャパシタの出力が第1電位以下になる時間をトランジス
タのチャネル幅と分圧手段の分圧比を所定の値に設定す
ることにより、任意の値に設定することができる。
【0041】請求項3記載の半導体装置においては、内
部回路がスタンバイ状態からアクティブ状態へ変化する
タイミングに応答して電圧補充手段の動作を制御してい
るので、電圧補充手段は高速に動作することができる。
【0042】請求項4記載の半導体装置においては、第
1検出手段が検出する第4電位と第2検出手段が検出す
る第5電位との差が、第1および第2降圧手段の降圧単
位である第2電圧より小さくできるので、検出される第
4電位と第5電位との差が小さくなる。
【0043】請求項5記載の半導体装置においては、電
流供給手段が供給する電流の電流値に応じて第1トラン
ジスタの基板電位を制御しているので、第1トランジス
タのゲート・ソース電圧が増加せず、第2トランジスタ
を流れる電流が増加しない。
【0044】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例である半導体装
置について図面を参照しながら説明する。
【0045】図1は、本発明の第1の実施例であるDR
AM(ダイナミック型半導体記憶装置)の構成を示すブ
ロック図である。
【0046】図1において、DRAMは、制御回路1、
セルフリフレッシュタイマ回路2、アドレスバッファ
3、内部高電圧回路4、列デコーダ5、I/Oゲート
6、センスアンプ7、行デコーダ8、メモリセルアレイ
9、入出力回路10、中間電位発生回路11を含む。
【0047】制御回路1には、ロウアドレスストローブ
信号/RAS、コラムアドレスストローブ信号/CA
S、アウトプットイネーブル信号/OE、およびライト
イネーブル信号/WEが入力され、DRAMの各動作の
タイミングを決定するための制御信号を出力する。セル
フリフレッシュタイマ回路2には、制御回路1の出力信
号が入力され、セルフリフレッシュ動作のタイミングを
決定するための制御信号が制御回路1へ出力される。ア
ドレスバッファ3には、アドレス信号が入力され、内部
列アドレス信号を列デコーダ5へ出力し、内部行アドレ
ス信号を行デコーダ8へ出力する。内部高電圧回路4
は、電源電圧VCCより高い高電圧VPPを発生させ、行デ
コーダ8へ出力する。行デコーダ8は、内部行アドレス
信号に応答して、メモリセルアレイ9に含まれる所定の
ワード線を選択駆動し、そのワード線につながるメモリ
セルの情報がビット線を経由してセンスアンプ7へ伝達
される。列デコーダ5は、内部列アドレス信号に応答し
て、所定のビット線を選択する。選択されたビット線は
センスアンプ7と接続され、接続されたセンスアンプ7
はI/Oゲート6を介して入出力回路10と接続され
る。中間電位発生回路11は、メモリセルアレイ9のメ
モリセルへセルプレート電位を与えるとともに、ビット
線のプリチャージ電位を与える。以上の動作により、制
御回路1の制御信号に従って、メモリセルアレイ9の所
定のメモリセルに情報の書込または読出が実行される。
【0048】次に、図1に示す中間電位発生回路につい
て詳細に説明する。図2は、図1に示す中間電位発生回
路の構成を示す回路図である。
【0049】図2において、中間電位発生回路は、n型
MOSFETであるトランジスタQ1〜Q3、p型MO
SFETであるトランジスタQ4〜Q6、抵抗R1〜R
4を含む。
【0050】抵抗R1は、電源電圧VCCとダイオード接
続されたトランジスタQ1と接続される。トランジスタ
Q1は、ダイオード接続されたトランジスタQ2と接続
される。トランジスタQ2は、抵抗R2と接続される。
抵抗R2は、接地電位GNDと接続される。トランジス
タQ1は、ノードN1から基板電位を受ける。トランジ
スタQ2はノードN6から基板電位を受ける。
【0051】抵抗R3は、電源電圧VCCおよびダイオー
ド接続されたトランジスタQ4と接続される。トランジ
スタQ4は、ダイオード接続されたトランジスタQ5と
接続される。トランジスタQ5は、抵抗R4と接続され
る。抵抗R4は、接地電位GNDと接続される。トラン
ジスタQ4は、ノードN5から基板電位を受ける。トラ
ンジスタQ5は、ノードN3から基板電位を受ける。
【0052】トランジスタQ3は、電源電圧VCCおよび
トランジスタQ6と接続される。トランジスタQ6は接
地電位GNDと接続される。トランジスタQ3のゲート
は、ノードN2の電位を受ける。トランジスタQ3は、
ノードN6から基板電位を受ける。トランジスタQ6の
ゲートはノードN3の電位を受ける。トランジスタQ6
は、ノードN5から基板電位を受ける。
【0053】図3は、図2に示す中間電位発生回路の構
成を示す模式図である。図3において、図2と同一部分
については同一符号を付し、以下その説明を省略する。
【0054】図3において、中間電位発生回路は、さら
に、p型基板11、nウェル層12〜15、pウェル層
17〜19を含む。また、図3において、21はワード
線、22はビット線、23はメモリセルのキャパシタを
構成するn型拡散層、16はnウェル層、20はpウェ
ル層である。ここで、p型基板11は0Vにバイアスさ
れており、メモリセルを構成するpウェル層20はp型
基板11からnウェル層16によって分離されており、
また、−1.5Vにバイアスされている。
【0055】次に、上記のように構成された中間電位発
生回路の動作について説明する。抵抗R1と抵抗R2の
抵抗値は等しく、抵抗R3と抵抗R4の抵抗値は等し
い。また、抵抗R1〜R4は高抵抗であり、その抵抗値
は数MΩである。したがって、トランジスタQ1、Q
2、Q4、Q5を流れる電流は小さく、トランジスタQ
1、Q2、Q4、Q5はごく弱く導通するため、トラン
ジスタQ1、Q2、Q4、Q5のゲート・ソース間の電
位は各トランジスタのしきい値電圧に等しい。この結
果、ノードN1の電位はVCC/2であり、ノードN2の
電位はVCC/2+VTH 1 (VTH1 はトランジスタQ1の
しきい値電圧)であり、ノードN6の電位はV CC/2−
TH2 (VTH2 はトランジスタQ2のしきい値電圧)で
あり、ノードN3の電位はVCC/2であり、ノードN4
の電位はVCC/2−|VTH5 |(VTH5はトランジスタ
Q5のしきい値電圧)であり、ノードN5の電位はVCC
/2+|VTH4 |(VTH4 はトランジスタQ4のしきい
値電圧)である。したがって、出力信号Vsgの電位がV
CC/2+VTH1 −VTH3 (VTH3 トランジスタQ3のし
きい値電圧)よりも低いときトランジスタQ3が導通
し、出力信号Vsgの電位を上昇させる。また、出力信号
sgの電位がVCC/−|VTH5 |+|VTH6 |(VTH 6
はトランジスタQ6のしきい値電圧)より高いとき、ト
ランジスタQ6が導通し、出力信号Vsgの電位を降下さ
せる。また、図2に示す構成により、トランジスタQ1
のソース・基板電位は0Vであり、トランジスタQ3の
ソース・基板電位はVTH2 であり、トランジスタQ5の
ソース・基板電位は0Vであり、トランジスタQ6のソ
ース・基板電位は−|VTH1 |となる。したがって、基
板バイアス効果により、トランジスタQ3のしきい値電
圧VTH3 はトランジスタQ1のしきい値電圧VTH1 より
も高く、トランジスタQ6のしきい値電圧の絶対値|V
TH 6 |はトランジスタQ5のしきい値電圧の絶対値|V
TH5 |よりも高くなる。この結果、トランジスタQ3お
よびトランジスタQ6がともに導通するがなく貫通電流
が流れることがない。したがって、装置の消費電力を低
減することが可能となる。
【0056】また、pウェル層17〜19を囲むnウェ
ル層12は、メモリセルを構成するpウェル層20を囲
むnウェル層16を作る工程で同時に作成することがで
きるので、新たに工程が増えることがない。
【0057】次に、図1に示すセルフリフレッシュタイ
マ回路について図面を参照しながら説明する。図4は、
図1に示すセルフリフレッシュタイマ回路の構成を示す
図である。
【0058】図4において、セルフリフレッシュタイマ
回路は、p型MOSFETであるトランジスタQ11、
キャパシタC1、インバータG1、G2、電流源31、
32、S−Rフリップフロップ33、遅延回路34を含
む。
【0059】トランジスタQ11は、電源電圧VCC、キ
ャパシタC1、電流源31、32、インバータG2と接
続される。キャパシタC1、電流源31、32はそれぞ
れ接地電位GNDと接続される。インバータG2はS−
Rフリップフロップ33のセット端子Sと接続される。
S−Rフリップフロップ33の出力端子Qは遅延回路3
4およびインバータQ1と接続される。遅延回路34は
S−Rフリップフロップ33のリセット端子Rと接続さ
れる。インバータG1はトランジスタQ11のゲートと
接続される。
【0060】キャパシタC1の保持する電位VN が所定
値以下となり、インバータG2の出力が“H”となる
と、S−Rフリップフロップ33がセットされて出力信
号φEが“H”となる。出力信号φE はインバータG1
へ入力され、インバータG1の出力信号は“L”とな
る。このとき、トランジスタQ11が導通状態となり、
キャパシタC1の保持電位VN が上昇する。また、出力
信号φE は遅延回路34へ入力され、所定時間遅延され
た後S−Rフリップフロップ33のリセット端子Rへ入
力される。S−Rフリップフロップ33はリセットさ
れ、出力信号φE が“L”となる。出力信号φE
“L”となると、トランジスタQ11は非導通状態とな
り、キャパシタC1の保持電圧VN は、電流源31、3
2により低下する。キャパシタC1の保持電圧VN が低
下し、所定電位以下になると上記と同様の動作を繰り返
し、所定の周期で出力信号φE を出力する。
【0061】次に、図4に示す第1および第2電流源に
ついて図面を参照しながら説明する。図5は、図4に示
す第1および第2電流源の構成を示す回路図である。
【0062】図5において、第1電流源は、p型MOS
FETであるトランジスタQ12、n型MOSFETで
あるトランジスタQ14〜Q19を含み、第2電流源
は、p型MOSFETであるトランジスタQ13、n型
MOSFETであるトランジスタQ20、Q21を含
む。
【0063】トランジスタQ12は、電源電圧VCCおよ
びダイオード接続されたトランジスタQ14と接続され
る。トランジスタQ12のゲートは接地電位GNDと接
続される。トランジスタQ14はダイオード接続された
トランジスタQ15と接続される。トランジスタQ15
は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ16は
電源電圧VCCおよびトランジスタQ17と接続される。
トランジスタQ16のゲートは、トランジスタQ12と
トランジスタQ14との接続点と接続される。トランジ
スタQ17はトランジスタQ18と接続される。トラン
ジスタQ17、Q18のゲートは電源電圧VCCと接続さ
れる。トランジスタQ18は接地電位GNDと接続され
る。トランジスタQ19は接地電位GNDと接続され
る。トランジスタQ19のゲートはトランジスタQ17
とトランジスタQ18との接続点と接続される。
【0064】トランジスタQ13は電源電圧VCCおよび
ダイオード接続されたトランジスタQ20と接続され
る。トランジスタQ20は接地電位GNDと接続され
る。トランジスタQ21は接地電位GNDと接続され
る。トランジスタQ21のゲートは、トランジスタQ2
0のゲートと接続される。
【0065】トランジスタQ12、Q13、Q17、Q
18は、ゲート長が長く、コンダクタンスが非常に小さ
いトランジスタである。また、そのチャネル長は、トラ
ンジスタQ12、Q14、Q15を流れる電流の電流密
度I3 とトランジスタQ16、Q17、Q18を流れる
電流の電流密度I4 とトランジスタQ20を流れる電流
の電流密度I5 とがほぼ等しく、かつ、小さな値I0
なるように設定されているので、トランジスタQ14、
Q15、Q16、Q20のゲート・ソース電圧V1 は等
しくなる。ここで、電流密度とは、ゲート単位幅当りの
ドレイン電流である。したがって、トランジスタQ17
のドレイン電圧はV1 となるので、トランジスタQ19
のゲート電位は、トランジスタQ17、Q18の各チャ
ネルの抵抗で分割された値kV1 (kは分割比)とな
る。
【0066】次に、ゲート・ソース電圧Vgsとゲート幅
単位長当りのドレイン電流の関係について説明する。図
6は、ゲート・ソース電圧Vgsとゲート幅単位長当りの
ドレイン電流との関係を示す図である。
【0067】27℃での電流密度I0 の値をI0 (27
℃)とすると、そのときのゲート・ソース電圧はV
1 (27℃)である。温度が上昇し、70℃になった場
合は、正孔の移動度が小さくなるので、トランジスタQ
12、Q13を流れる電流は小さくなる。したがって、
0 (70℃)はI0 (27℃)より少し小さな値とな
る。一方、トランジスタQ19の電流密度I2 は、ドレ
イン・ソース電圧がkV1になっているので、k=0.
75のとき、27℃ではI′2 (27℃)となり、70
℃ではI′2 (70℃)となる。また、k=0.5のと
きには、27℃ではI″2 (27℃)となり、70℃で
はI″2 (70℃)となる。したがって、トランジスタ
Q19の電流密度I2 は高温時の方が大きくなり、その
変化率もkの値に応じて変化する。この結果、分割比k
の値を所定の値にすることによりトランジスタQ19に
流れる電流密度I2 を所望の値に設定することが可能と
なる。
【0068】一方、セルフリフレッシュタイマ回路の周
期Tは、T=(VCC/2)・C/(I2 ・W2 +I1
1 )+Tdとなる。ここで、Cは、キャパシタC1の
容量であり、VCC/2はインバータG2のしきい値電圧
であり、W2 はトランジスタQ19のチャネル幅であ
り、W1 はトランジスタQ21のチャネル幅であり、I
2 はトランジスタQ19の電流密度であり、I1 はトラ
ンジスタQ21の電流密度である。したがって、セルフ
リフレッシュタイマ回路の周期Tは、分割比k、チャネ
ル幅W1、W2を変化させることにより、温度依存性を
含めて自由に設定することが可能となる。この結果、セ
ルフリフレッシュタイマ回路の周期Tを温度変化の影響
を受けず、常に所定の値に設定することができ、セルフ
リフレッシュ動作のサイクルを常に一定にすることがで
きるので、セルフリフレッシュ動作のサイクルが短くな
り、消費電力が増大するということがない。したがっ
て、装置の消費電力を低減することが可能となる。
【0069】また、低温時でも、リフレッシュ周期が長
くならないので、低温時でもソフトエラーの発生を防止
することが可能となる。
【0070】次に、図1に示す内部高電圧回路4につい
て図面を参照しながら説明する。図7は、図1に示す内
部高電圧回路の構成を示すブロック図である。
【0071】図7において、内部高電圧回路は、第1デ
ィテクタ41、第2ディテクタ42、第3ディテクタ4
3、第1発振器44、第2発振器45、小ポンプ46、
大ポンプ47、RASポンプ48、ANDゲートG11
を含む。
【0072】第1ディテクタ41は、ワード線ドライバ
49に供給される高電圧VPPの電位を検出し、高電圧V
PPが所定値以下であれば、出力信号φE1を“H”の状態
で第1発振器44へ出力する。第1発振器44は、出力
信号φE1が“H”の間発振し、長周期のクロック信号を
小ポンプ46へ出力する。小ポンプ46は、第1発振器
44のクロック信号により駆動され、ワード線ドライバ
49へ高電圧VPPを供給し、スタンバイ時のリーク電流
を補充する。
【0073】第2ディテクタ42は、ワード線ドライバ
49へ供給される高電圧VPPの電位を検出し、高電圧V
PPが所定値以下であれば、出力信号φE2を“H”の状態
で第2発振器45へ出力する。第2発振器45は、出力
信号φE2が“H”の間、発振し、短周期のクロック信号
を大ポンプ47へ出力する。大ポンプ47は、第2発振
器45から出力されたクロック信号により駆動され、ワ
ード線ドライバ49へ高電圧VPPを供給し、電源投入時
に高電圧VPPを高速に立上げる。
【0074】第3ディテクタ43は、ワード線ドライバ
49に供給される高電圧VPPの電位を検出し、高電圧V
PPが所定値以下の場合、ロウアドレスストローブ信号/
RASに応答して出力信号φE3を“H”の状態でAND
ゲートG11へ出力する。ANDゲートG11にはロウ
アドレスストローブ信号が/RASが入力され、ロウア
ドレスストローブ信号/RASと出力信号φE3の論理積
を出力信号としてRASポンプ48へ出力する。RAS
ポンプ84は、ANDゲートG11の出力信号に応じて
ワード線ドライバ49へ高電圧VPPを供給する。つま
り、ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”にな
って装置が動作し、ワード線を高電圧VPPレベルに立上
げるときに消費する高電圧VPPを補充する。
【0075】次に、図7に示す第1および第2ディテク
タについて図面を参照しながら説明する。図8は、図7
に示す第1および第2ディテクタの構成を示す回路図で
ある。
【0076】図8において、第1および第2ディテクタ
は、p型MOSFETであるトランジスタQ31〜Q3
9、n型MOSFETであるトランジスタQ40〜Q4
8を含む。トランジスタQ31は、電源電圧VCCおよび
トランジスタQ32と接続される。トランジスタQ32
はダイオード接続されたトランジスタQ40と接続され
る。トランジスタQ31、Q32の各ゲートは接地電位
GNDと接続される。トランジスタQ40は接地電位G
NDと接続される。ダイオード接続されたトランジスタ
Q34は高電圧VPPおよびトランジスタQ35と接続さ
れる。トランジスタQ35はトランジスタQ41と接続
される。トランジスタQ35のゲートは電源電圧VCC
接続される。トランジスタQ41は接地電位GNDと接
続される。トランジスタQ42は、トランジスタQ35
とトランジスタQ41との接続点およびトランジスタQ
43と接続される。トランジスタQ43は接地電位GN
Dと接続される。トランジスタG36は電源電圧VCC
よびトランジスタQ44と接続される。トランジスタQ
44はトランジスタQ45と接続される。トランジスタ
Q45は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ
36、Q44の各ゲートはトランジスタQ35とトラン
ジスタQ41との接続点と接続される。トランジスタQ
42のゲートはトランジスタQ36とトランジスタQ4
4との接続点と接続される。
【0077】ダイオード接続されたトランジスタQ37
は高電圧VPPおよびトランジスタQ38と接続される。
トランジスタQ38はトランジスタQ46と接続され
る。トランジスタQ46は接地電位GNDと接続され
る。トランジスタQ38のゲートはトランジスタQ31
とトランジスタQ32との接続点と接続される。トラン
ジスタQ39は電源電圧VCCおよびトランジスタQ47
と接続される。トランジスタQ47はトランジスタQ4
8と接続される。トランジスタQ39、Q47の各ゲー
トはトランジスタQ38とトランジスタQ46との接続
点と接続される。トランジスタQ48は接地電位GND
と接続される。トランジスタQ40のゲートは、トラン
ジスタQ41、Q43、Q45、Q46、Q48の各ゲ
ートと接続される。
【0078】次に、上記のように構成された第1および
第2ディテクタの動作について説明する。
【0079】トランジスタQ31、Q32はチャネル長
の長いトランジスタであり、微小電流I1 を流してい
る。トランジスタQ40、Q41、Q43、Q45、Q
46、Q48の各チャネル幅と各チャネル長は同じであ
るので、各トランジスタに流れるミラー電流はI1 に制
限される。ノードN7の電位は、トランジスタQ31の
チャネル抵抗でΔVだけ電位が降下するので、VCC−Δ
Vとなる。したがって、高電圧VPPの電位がVCC−ΔV
+2|VTHp |(VTHp はトランジスタQ37、Q38
のしきい値電圧)以上に高くなると、トランジスタQ3
7、Q38を流れる電流が、トランジスタQ46で引抜
く電流I1 よりも大きくなるため、接点N8の電位が上
昇し、出力信号φE2が“L”となる。したがって、電源
投入時には、高電圧VPPのレベルが、VCC−ΔV+2|
THp |よりも高くなるまで大ポンプ47が動作する。
次に、高電圧VPPのレベルがVCC−ΔV+2|VTHp
以上になると、小ポンプ46のみが動作する。次に、高
電圧VPPがVCC+2|VTHp|よりも高くなった場合、
トランジスタQ35のゲート電位は電源電圧VCCである
ので、トランジスタQ41、Q42、Q43で引抜かれ
る電流値にI0 よりも大きい電流がトランジスタQ3
4、Q34を流れる。したがって、ノードN9の電位が
上昇して、出力信号φE1が“L”となり、第1発振器4
4が停止して、小ポンプ46の動作が停止する。次に、
出力信号φE1が“L”になると、トランジスタQ42が
非導通の状態となるため、トランジスタQ41で引抜か
れる電流I 0 よりもトランジスタQ34、Q35を通じ
て供給される電流が小さくなるまで高電圧VPPのレベル
が低下する。高電圧VPPのレベルが低下すると、ノード
N9の電位が下がり、再び出力信号φE1が“H”となっ
て小ポンプ46が再び動き出す。
【0080】上記のように、第1および第2ディテクタ
では、トランジスタQ40とトランジスタQ45、Q4
8とで構成されるカレントミラーによりトランジスタQ
36、Q44、Q39、Q47を流れる貫通電流がI1
に制限されているので、消費電流が低減され、装置の低
消費電力化を実現することが可能となる。また、スタン
バイ時とアクティブ時の高電圧VPPのレベルは、トラン
ジスタQ38のゲート電位をトランジスタQ31、Q3
2の抵抗分割により電源電圧VCCより少しだけ低い値V
CC−ΔVに設定しているので、スタンバイ時の高電圧V
PPのレベルはV CC2|VTHp |となり、アクティブ時の
高電圧VPPのレベルはVCC−ΔV+2|VTHp |とな
り、両者の差を小さくできるので、高電圧VPPのレベル
変動を低減することが可能となる。
【0081】次に、図7に示す第3ディテクタについて
図面を参照しながら説明する。図9は、図7に示す第3
ディテクタの構成を示す回路図である。
【0082】図9において、第3ディテクタは、p型M
OSFETであるトランジスタQ51〜Q57、n型M
OSFETであるトランジスタQ58〜Q62、インバ
ータG21〜G29、NORゲートG30、キャパシタ
C11、C12を含む。
【0083】トランジスタQ51は、高電圧VPPおよび
Q58と接続される。トランジスタQ58は接地電位G
NDと接続される。トランジスタQ52は高電圧VPP
よびトランジスタQ59と接続される。トランジスタQ
59は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ5
1のゲートはトランジスタQ52とトランジスタQ59
との接続点と接続される。トランジスタQ52のゲート
はトランジスタQ51とトランジスタQ58との接続点
と接続される。トランジスタQ53は高電圧V PPおよび
ダイオード接続されたトランジスタQ54と接続され
る。トランジスタQ54はトランジスタQ55と接続さ
れる。トランジスタQ55はトランジスタQ60および
インバータG22と接続される。トランジスタQ60は
接地電位GNDと接続される。トランジスタQ58のゲ
ートは、トランジスタQ60のゲートおよびインバータ
G23と接続され、さらに、インバータG21を介して
トランジスタQ59のゲートと接続される。トランジス
タQ53のゲートはトランジスタQ52とトランジスタ
Q59との接続点と接続される。トランジスタQ55の
ゲートは電源電圧VCCと接続される。インバータG22
はトランジスタQ61、Q56と接続される。トランジ
スタQ61、Q56はトランジスタQ62、Q57およ
びインバータG24と接続される。インバータG24は
インバータG25と接続される。インバータG25はト
ランジスタQ62、Q57と接続される。インバータG
23はトランジスタQ61のゲートおよびトランジスタ
Q57のゲートと接続される。トランジスタQ56およ
びトランジスタQ62の各ゲートはトランジスタQ60
のゲートと接続される。NORゲートG30およびイン
バータG26にはロウアドレスストローブ信号/RAS
が入力される。インバータG26はキャパシタC11、
C12、インバータG27と接続される。キャパシタC
11は電源電圧VCCと接続される。キャパシタC12は
接地電位GNDと接続される。インバータG27はイン
バータG28と接続される。インバータG28はNOR
ゲートG30と接続される。NORゲートG30はイン
バータG29と接続される。
【0084】次に、上記のように構成された第3ディテ
クタの動作について説明する。図10は、第3ディテク
タの動作を説明するタイミングチャートである。ロウア
ドレスストローブ信号/RASが“L”となったとき
に、サンプリングパルス/φsが一定期間だけ“L”と
なる。このとき、ノードN10が“L”となり、トラン
ジスタQ53が導通し、トランジスタQ60が非導通の
状態となる。次に、高電圧VPPの電位がVCC+2|V
THp |(VTHp はトランジスタQ53、Q54のしきい
値電圧)よりも高いときには、ノードN11は“H”と
なる。このとき、トランジスタQ61、Q56、Q6
2、Q57、インバータG24、G25で構成されるラ
ッチ回路には、“L”の信号がラッチされて、出力信号
φE3は“L”となる。次に、高電圧VPPの電位がVCC
2|VTHp |より小さくなると、ノードN11は“L”
となり、上記のラッチ回路に“H”の信号がラッチされ
て、出力信号φE3は“H”となる。したがって、第3デ
ィテクタはロウアドレスストローブ信号/RASの立下
がりタイミングに応答して動作し、ロウアドレスストロ
ーブ信号/RASが“H”の間は全く電力を消費しない
ので、スタンバイ時の低消費電力化を実現することがで
きる。
【0085】図11は、第3ディテクタの出力信号φE3
に対する高電圧VPPのレベルの変化を説明する図であ
る。図11に示すように、出力信号φE3は、ロウアドレ
スストローブ信号/RASが“L”に変化するときに、
高電圧VPPの電位が、たとえば、4.8V未満になる
と、“H”となり、RASポンプ48を動作させる。し
たがって、第3ディテクタはスタンバイ時には電力を消
費せず、アクティブ時には、ロウアドレスストローブ信
号/RASに応答して動作し、高速に応答することが可
能となる。この結果、高電圧VPPのレベルの変動も小さ
くなり、安定な高電圧VPPを供給することができる。
【0086】次に、図7に示す第1発振器について図面
を参照しながら説明する。図12は、図7に示す第1発
振器の構成を示す回路図である。
【0087】図12において、第1発振器は、p型MO
SFETであるトランジスタQ71〜Q78、n型MO
SFETであるトランジスタQ79〜Q88を含む。ま
た、図12に示すC21〜C23は各部の寄生容量であ
る。
【0088】トランジスタQ79は電源電圧VCCおよび
トランジスタQ80と接続される。トランジスタQ80
は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ79、
Q80の各ゲートは電源電圧VCCと接続される。トラン
ジスタQ71は電源電圧VCCおよびダイオード接続され
たトランジスタQ81と接続される。トランジスタQ8
1は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ71
のゲートは接地電位GNDと接続される。トランジスタ
Q72は電源電圧VCCおよびトランジスタQ82と接続
される。トランジスタQ82は接地電位GNDと接続さ
れる。トランジスタQ73は電源電圧VCCおよびトラン
ジスタQ74と接続される。トランジスタQ74はトラ
ンジスタQ83と接続される。トランジスタQ83はト
ランジスタQ84と接続される。トランジスタQ84は
接地電位GNDと接続される。トランジスタQ75は電
源電圧VCCおよびトランジスタQ76と接続される。ト
ランジスタQ76はトランジスタQ85と接続される。
トランジスタQ85はトランジスタQ86と接続され
る。トランジスタQ86は接地電位GNDと接続され
る。トランジスタQ77は電源電圧VCCおよびトランジ
スタQ78と接続される。トランジスタQ78はトラン
ジスタQ87と接続される。トランジスタQ87はトラ
ンジスタQ88と接続される。トランジスタQ88は接
地電位GNDと接続される。トランジスタQ72、Q7
3、Q75、Q77の各ゲートは互いに接続され、か
つ、トランジスタQ72とトランジスタQ82との接続
点に接続される。トランジスタQ74、Q83の各ゲー
トはトランジスタQ78とトランジスタQ87との接続
点に接続される。トランジスタQ76、トランジスタQ
85の各ゲートはトランジスタQ74とトランジスタQ
83との接続点に接続される。トランジスタQ78、ト
ランジスタQ87の各ゲートはトランジスタQ76とト
ランジスタQ85の接続点に接続される。トランジスタ
Q81、トランジスタQ82、Q84、Q86、Q88
の各ゲートは互いに接続される。
【0089】次に、上記のように構成された第1発振器
の動作について説明する。第1発振器は上記の構成によ
り、リングオシレータを構成し、所定の周波数で発振す
る。また、トランジスタQ79、Q80はチャネル長の
長いトランジスタであり、各チャネル抵抗により電源電
CCを分割している。ここで、電源電圧CCの分割比をk
とすると、トランジスタQ81の基板電位はVW はkV
CCとなる。分割比kをたとえば、0.05程度に設定す
ると、電源電圧が上昇して、トランジスタQ71を流れ
る電流I1 が増加しても、トランジスタQ81の基板電
位が電源電圧V CCの上昇とともに上昇するため、トラン
ジスタQ81のしきい値電圧が減少する。したがって、
トランジスタQ81のゲート・ソース電圧Vgsは増加し
ないため、トランジスタQ82、Q84、Q86、Q8
8を流れる電流I2 は増加しない。また、トランジスタ
Q72、Q82を流れる電流のミラー電流であるトラン
ジスタQ73、Q75、Q77を流れる電流も増加しな
い。一方、第1発振器の各インバータの遅延時間は、寄
生容量C21〜C23の大きさをCとすると、3C/I
2 となるが、上記のように電源電圧VCCが上昇しても、
トランジスタQ84、Q86、Q88を流れる電流I2
は増加しないため、遅延時間は変化しない。したがっ
て、電源電圧VCCが上昇しても、第1発振器の発振周波
数は増加せず、所定の周期で発振するため、消費電力が
増大することがなく、装置の低消費電力化を実現するこ
とが可能となる。
【0090】上記の説明では第1発振器について説明し
たが、図12と同様の構成で第2発振器を構成しても同
様の効果を得ることができる。
【0091】次に、内部高電圧回路の他の例について図
面を参照しながら説明する。図13は、図1に示す内部
高電圧回路の他の例の構成を示すブロック図である。
【0092】図13に示す内部高電圧回路と図7に示す
内部高電圧回路とで異なる点は、第3ディテクタ43が
他の第3ディテクタ43aに変更された点である。その
他の点は、図7に示す内部高電圧回路と同様であるの
で、同一部分には同一番号を付し、以下その説明を省略
する。
【0093】図14は、図13に示す第3ディテクタの
構成を示す回路図である。図14において、第3ディテ
クタは、p型MOSFETであるトランジスタQ65、
Q66、n型MOSFETであるトランジスタQ67、
インバータG31、NANDゲート32を含む。
【0094】ダイオード接続されたトランジスタQ65
は、高電圧VPPおよびトランジスタQ66と接続され
る。トランジスタQ66は、トランジスタQ67と接続
され、そのゲートは、電源電位VCCと接続される。トラ
ンジスタQ67は接地電位GNDと接続される。インバ
ータG31には、ロウアドレスストローブ信号/RAS
が入力され、その出力側は、トランジスタQ67のゲー
トと接続される。NANDゲートG32には、ノードN
1の出力信号およびロウアドレスストローブ信号/RA
Sが入力され、出力信号φE3を出力する。
【0095】トランジスタQ67のチャネル長は、短く
設定されており、高電圧VPPのレベルが下がったとき
に、ノードN1の電位を“H”から“L”へ変化させる
速さが、ロウアドレスストローブ信号/RASが“L”
の期間だけ速くなる。つまり、ロウアドレスストローブ
信号/RASが“L”の期間に、第3ディテクタ43a
の応答が速くなる。したがって、スタンバイ時の消費電
力が増大することがなく、装置の低消費電力化を実現す
ることができる。
【0096】次に、本発明の第2の実施例の半導体装置
について図面を参照しながら説明する。
【0097】図15は、本発明の第2の実施例であるD
RAMの構成を示すブロック図である。図15に示すD
RAMと図1に示すDRAMとで異なる点は、内部高電
圧回路4が他の内部高電圧回路4aに変更され、また、
入出力回路10が他の入出力回路10aに変更され、内
部高電圧回路4aから入出力回路10aへ高電圧VPP
供給される点である。
【0098】その他の点は、図1に示すDRAMと同様
であるので、同一番号を付し、以下その説明を省略す
る。
【0099】次に、図15に示す内部高電圧回路につい
て図面を参照しながら説明する。図16は、図15に示
す内部高電圧回路の構成を示すブロック図である。図1
6に示す内部高電圧回路と図7に示す内部高電圧回路と
で異なる点は、第4ディテクタ51、Doutポンプ5
2、ANDゲートG12が付加された点である。その他
の点は、図7に示す高電圧発生回路と同様であるので、
同一番号を付し、以下その説明を省略する。
【0100】第4ディテクタ51は、出力バッファ53
へ供給される高電圧VPPの電位を検出し、高電圧VPP
所定値以下であれば、出力バッファ活性化信号OEMお
よびデータ信号Dに応答して、出力信号φE4を“H”の
状態でANDゲートG12へ出力する。ANDゲートG
12は、出力信号φE4、出力バッファ活性化信号OE
M、およびデータ信号Dの論理積を出力信号としてDo
utポンプ52へ出力する。Doutポンプ52は、A
NDゲートG12の出力信号に応答して、出力バッファ
53へ高電圧VPPを供給する。
【0101】次に、図16に示す第4ディテクタについ
て説明する。図17は、図16に示す第4ディテクタの
構成を示す回路図である。
【0102】図17において、第4ディテクタは、p型
MOSFETであるトランジスタQ201〜Q207、
n型MOSFETであるトランジスタQ208〜Q21
2、インバータG201〜G209、NORゲートG2
10、NANDゲートG211、キャパシタC201、
C202を含む。
【0103】トランジスタQ201は、高電圧VPPおよ
びトランジスタQ208と接続される。トランジスタQ
208は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ
202は、高電圧VPPおよびトランジスタQ209と接
続される。トランジスタQ209は接地電位と接続され
る。トランジスタQ201のゲートは、トランジスタQ
202とトランジスタQ209との接続点と接続され
る。トランジスタQ202のゲートは、トランジスタQ
201とトランジスタQ208との接続点と接続され
る。トランジスタQ208のゲートはインバータG20
1を介してトランジスタQ209のゲートと接続され
る。トランジスタQ203は、高電圧VPPおよびダイオ
ード接続されたトランジスタQ204と接続される。ト
ランジスタQ205は、トランジスタQ204、インバ
ータG202、トランジスタQ210と接続される。ト
ランジスタQ210は接地電位と接続される。Q203
のゲートは、トランジスタQ202とトランジスタQ2
09との接続点と接続される。トランジスタQ205の
ゲートは電源電位VCCと接続される。トランジスタQ2
10のゲートはトランジスタQ208のゲートと接続さ
れる。インバータG202は、トランジスタQ211、
Q206と接続される。トランジスタQ211、Q20
6はインバータG204と接続される。インバータG2
04はインバータG205と接続される。インバータG
205はトランジスタQ212、Q207と接続され
る。トランジスタQ212、Q207はトランジスタQ
211、Q206と接続される。トランジスタQ20
6、Q212の各ゲートはトランジスタQ210のゲー
トと接続される。トランジスタQ211、Q207の各
ゲートはインバータG203を介してトランジスタQ2
10のゲートと接続される。NANDゲートG211は
出力バッファ活性化信号OEMおよびデータ信号Dが入
力される。NANDゲートG211の出力側は、インバ
ータG206、およびNORゲートG210と接続され
る。インバータG206は、キャパシタC201、C2
02、インバータG207と接続される。キャパシタC
201は電源電位VCCと接続される。キャパシタC20
2は接地電位GNDと接続される。インバータG207
はインバータG208と接続される。インバータG20
8はNORゲートG210と接続される。NORゲート
G210はインバータG209と接続される。インバー
タG209はトランジスタQ210のゲートと接続され
る。上記のように、第4ディテクタは、図9に示す第3
ディテクタとほぼ同様の構成を有し、ロウアドレススト
ローブ信号/RASの代わりに出力バッファ活性化信号
OEMおよびデータ信号Dに応答して動作すること以外
は図9に示す第3ディテクタと同様であるので以下その
説明を省略する。
【0104】次に、図16に示す出力バッファ53につ
いて説明する。図16に示す出力バッファ53は、図1
5に示す入出力回路10aのうち出力動作に関係する部
分のみを抽出したものである。図18は、図16に示す
出力バッファの構成を示す回路図である。
【0105】図18において、出力バッファは、p型M
OSFETであるトランジスタQ221〜Q223、n
型MOSFETであるトランジスタQ224〜Q22
8、インバータG221〜G223、NANDゲートG
224、G225を含む。
【0106】トランジスタQ221は、高電圧VPPおよ
びトランジスタQ224と接続される。トランジスタQ
224は接地電位GNDと接続される。トランジスタQ
222は、高電圧VPPおよびトランジスタQ225と接
続される。トランジスタQ221のゲートは、トランジ
スタQ222とトランジスタQ225と接続点と接続さ
れる。トランジスタQ222のゲートはトランジスタQ
221とトランジスタQ224との接続点と接続され
る。トランジスタQ223は、高電圧VPPおよびトラン
ジスタQ226と接続される。トランジスタQ226は
接地電位GNDと接続される。トランジスタQ223、
Q226の各ゲートは、トランジスタQ222とトラン
ジスタQ225との接続点と接続される。トランジスタ
Q227は、電源電圧VCCおよびトランジスタQ228
と接続される。トランジスタQ228は接地電位GND
と接続される。NANDゲートG225には出力バッフ
ァ活性化信号OEMおよびデータ信号Dが入力される。
NANDゲートG225の出力側はトランジスタQ22
4のゲートおよびインバータG221と接続される。イ
ンバータG221の出力側はトランジスタQ225のゲ
ートと接続される。NANDゲートG224には、出力
バッファ活性化信号OEMおよびインバータG222を
介してデータ信号Dが入力される。NANDゲートG2
24の出力側はインバータG223と接続される。イン
バータG223の出力側はトランジスタQ228のゲー
トと接続される。トランジスタQ227のゲートは、ト
ランジスタQ223とトランジスタQ226との接続点
と接続される。
【0107】次に、上記のように構成された出力バッフ
ァの動作について説明する。出力バッファは、トランジ
スタQ222のしきい値電圧による電圧ドロップを補償
して、出力信号Doutの“H”のレベルを電源電圧V
CCにするため、トランジスタQ227のゲートを高電圧
PPで駆動している。したがって、データ信号Dが
“H”であり、出力バッファ活性化信号OEMが“H”
のとき、出力信号Doutを“H”の状態で出力する。
このとき、図16に示す第4ディテクタ51の出力信号
φE4が“H”の場合、Doutポンプ52が活性化さ
れ、出力バッファ53で消費した高電圧VPPを補充す
る。一方、DRAMのページモードのとき、出力信号D
outは、たとえば、25ns程度のサイクルで次々に
出力されるため、第4ディテクタ51には、第3ディテ
クタ43と同様に高速性が要求される。上記のように、
第4ディテクタ51は、第3ディテクタ43と同様に動
作するので、出力バッファ活性化信号OEMおよびデー
タ信号Dに応答して高速に動作するとともに、データ出
力期間以外には全く電力を消費しないので、スタンバイ
時の低消費電力化を実現することが可能となる。
【0108】次に、図15に示す内部高電圧回路の第2
の例について説明する。図19は、図15に示す内部高
電圧回路の第2の例を示す第2の図である。
【0109】図19に示す内部高電圧回路と図16に示
す内部高電圧回路とで異なる点は、第5ディテクタ6
1、第3発振器62、WL保持用ポンプ63が付加され
た点であり、その他の点は、同様であるので同一番号を
付し、以下その説明を省略する。
【0110】第5ディテクタ61は、ワード線ドライバ
49に供給される高電圧VPPの電位を検出し、高電圧V
PPが所定値以下の場合、ロウアドレスストローブ信号/
RASに応答して出力信号φE5を“H”の状態で第3発
振器62へ出力する。第3発振器62は、出力信号φE5
が“H”の間、発振し、短周期のクロック信号CLをW
L保持用ポンプ63へ出力する。WL保持用ポンプ63
は、第3発振器62から出力されたクロック信号CLに
より駆動され、ロウアドレスストローブ信号/RASが
“L”のとき、つまり、ワード線が選択されている期
間、たとえば、ワード線が他の配線とショートして高電
圧VPPが低下するのを防止するため、ワード線ドライバ
49へ高電圧VPPを供給する。
【0111】次に、図19に示す第5ディテクタについ
て説明する。図20は、図19に示す第5ディテクタの
構成を示す回路図である。
【0112】図20において、第5ディテクタは、p型
MOSFETであるトランジスタQ231、Q232、
n型MOSFETであるトランジスタQ233、インバ
ータG231、NANDゲートG232を含む。
【0113】ダイオード接続されたトランジスタQ23
1は、高電圧VPPおよびトランジスタ232と接続され
る。トランジスタQ232は、トランジスタQ233と
接続される。トランジスタQ232のゲートは、電源電
圧VCCと接続される。トランジスタQ233は接地電位
GNDと接続される。トランジスタQ233のゲートに
は、インバータG231を介してロウアドレスストロー
ブ信号/RASが入力される。NANDゲートG232
には、ノードN1の出力信号およびロウアドレスストロ
ーブ信号/RASが入力され、出力信号φE5を出力す
る。
【0114】次に、上記のように構成された第5ディテ
クタの動作について説明する。第5ディテクタでは、ト
ランジスタQ231のチャネル長を短くして、高電圧V
PPのレベル下がったときにノードN1の電位を“H”か
ら“L”へ変化させる速さが、ロウアドレスストローブ
信号/RASが“L”の期間だけ速くなるように設定し
ている。つまり、第5ディテクタは、ロウアドレススト
ローブ信号/RASが“L”の期間の間、高速に応答す
ることができる。したがって、トランジスタQ233に
流れる電流を増大させてノードN1の電位を“H”から
“L”へ高速に変化させる必要がないため、スタンバイ
時の消費電流が低減され、装置の低消費電力化を実現す
ることができる。
【0115】次に、図19に示す第3発振器について説
明する。図21は、第3発振器61の構成を示す回路図
である。第3発振器62は、NANDゲートG241、
インバータG242〜G245、キャパシタC241〜
C246を含む。
【0116】NANDゲートG241には、第5ディテ
クタの出力信号φE5が入力され、NANDゲートG24
1はインバータG242と接続される。インバータG2
42は、キャパシタC241、C242、およびインバ
ータG243と接続される。インバータG243は、キ
ャパシタC243、C244、およびインバータG24
4と接続される。インバータG244は、キャパシタC
245、C246、およびインバータG245と接続さ
れる。キャパシタC241、C243、C245は電源
電圧VCCと接続される。キャパシタC242、C24
4、C246は接地電位GNDと接続される。インバー
タG245の出力はクロック信号CLとして出力される
とともに、NANDゲートG241へ入力される。
【0117】上記のように第3発振器は構成され、周知
のリングオシレータを構成し、出力信号φE5が“H”の
とき、所定の短周期のクロック信号CLを出力する。
【0118】次に、図19に示すWL保持用ポンプにつ
いて説明する。図22は、WL保持用ポンプの構成を示
す回路図である。
【0119】図22において、WL保持用ポンプは、n
型MOSFETであるトランジスタQ251〜Q25
3、キャパシタC251、C252、インバータG25
1を含む。
【0120】トランジスタQ251は、電源電圧VCC
よびキャパシタC251およびトランジスタQ252の
ゲートと接続される。トランジスタQ251のゲートは
電源電圧VCCと接続される。トランジスタQ252は、
電源電圧VCC、キャパシタC252およびダイオード接
続されたトランジスタQ253と接続される。クロック
信号CLはキャパシタC251およびインバータG25
1へ入力される。インバータG251は、キャパシタC
252と接続される。
【0121】次に、上記のように構成されたWL保持用
ポンプの動作について説明する。クロック信号CLが
“L”のとき、ノードN1はVCC−VTH(VTHはトラン
ジスタQ251のしきい値電圧)に充電される。次に、
クロック信号CLが“H”になると、ノードN1は、キ
ャパシタC251により昇圧されて、ノードN1の電位
は、2VCC−VTHになる。したがって、ノードN2の電
位は、電源電圧VCCに充電される。次に、クロック信号
CLが“L”になると、キャパシタC252によりノー
ドN2がブーストされて、ノードN2の電位が2VCC
なる。このとき、トランジスタQ253が導通して、出
力信号VPPは最大2VCC−VTHまで昇圧され出力され
る。
【0122】次に、図15に示す内部高電圧回路の第3
の例について説明する。図23は、図15に示す高電圧
回路の第3の例の構成を示すブロック図である。
【0123】図23に示す内部高電圧回路と図19に示
す内部高電圧回路とで異なる点は、第5ディテクタ61
が省略され、インバータG13を介してロウアドレスス
トローブ信号/RASが第3発振器62へ入力され、レ
ベルクランプ回路64が付加された点である。その点
は、図19に示す内部高電圧回路と同様であるので、同
一番号を付し、以下の説明を省略する。
【0124】図24は、図23に示すレベルクランプ回
路の構成を示す回路図である。図24において、レベル
クランプ回路は、p型MOSFETであるトランジスタ
Q261、Q262、n型MOSFETであるトランジ
スタQ263、インバータG261を含む。
【0125】ダイオード接続されたトランジスタQ26
1は、高電圧VPPおよびトランジスタQ262と接続さ
れる。トランジスタQ262はトランジスタQ263と
接続される。トランジスタQ263は接地電位GNDと
接続される。トランジスタQ262のゲートは電源電圧
CCと接続される。トランジスタQ263のゲートはイ
ンバータG261を介してロウアドレスストローブ信号
/RASが入力される。
【0126】図23に示す内部高電圧回路では、ロウア
ドレスストローブ信号/RASが“L”となると、イン
バータG13の出力が“H”となり、第3発振器62が
動作する。第3発振器62が出力するクロック信号に応
答して、WL保持用ポンプ63が動作する。WL保持用
ポンプ63は、ロウアドレスストローブ信号/RASが
“L”の間は、常時動作しているため、ワード線のリー
クが小さいと、高電圧VPPのレベルが上昇していく。こ
れを防止するため、図24に示すレベルクランプ回路が
備えられている。つまり、ロウアドレスストローブ信号
/RASが“L”のとき、高電圧VPPがVCC+2V
TH(VTHはトランジスタQ261、Q262のしきい値
電圧)以上になると、トランジスタQ261、Q26
2、Q263が導通し、高電圧VPPのレベルをVCC+2
THのレベルにクランプする。
【0127】図23に示す内部高電圧回路においても、
第3発振器62はロウアドレスストローブ信号/RAS
に応答して、高速に動作するので、WL保持用ポンプ6
3も同様に高速に動作し、ワード線ドライバ49に供給
される高電圧VPPのレベルを一定に保つとともに、スタ
ンバイ時の消費電力が増大することはなく、装置の低消
費電力化を実現することが可能となる。
【0128】また、上記実施例ではDRAMについて述
べたが、他の半導体装置であっても、同様の機能を有す
る各回路に本発明を同様に適用することが可能である。
【0129】
【発明の効果】請求項1記載の半導体装置においては、
第3および第4トランジスタの貫通電流を抑制すること
ができるので、装置の低消費電力化を実現することがで
きる。
【0130】請求項2記載の半導体装置においては、第
1電位と第3電位との分圧比およびトランジスタのチャ
ネル幅を所定の値に設定することにより、温度変化を考
慮して、キャパシタ出力が第1電位以下になる時間を所
望の値に設定することができるので、ソフトエラーを考
慮したリフレッシュ周期を実現することができるととも
に、装置の低消費電力化を実現することができる。
【0131】請求項3記載の半導体装置においては、電
圧補充手段は高速に動作することができ、スタンバイ時
に不要な電力を消費しないため装置の低消費電力化を実
現することができる。
【0132】請求項4記載の半導体装置においては、検
出される第4電位と第5電位との差が小さいので、安定
な高電圧を供給することができ、装置の低消費電力化を
実現することができる。
【0133】請求項5記載の半導体装置においては、電
流供給手段が供給する電流の電流値に応じて第1トラン
ジスタの基板電位を制御しているので、電流供給手段が
供給する電流の電流値が増加しても、第1トランジスタ
のゲート・ソース電圧が増加せず、第2トランジスタを
流れる電流が増加しないため、装置の低消費電力化を実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の構成を示
すブロック図である。
【図2】図1に示す中間電位発生回路の構成を示す回路
図である。
【図3】図1に示す中間電位発生回路の構成を示す模式
図である。
【図4】図1に示すセルフリフレッシュタイマ回路の構
成を示す図である。
【図5】図4に示す第1および第2電流源の構成を示す
回路図である。
【図6】ゲート・ソース電圧とゲート幅単位長当りのド
レイン電流との関係を示す図である。
【図7】図1に示す内部高電圧回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図8】図7に示す第1および第2ディテクタの構成を
示す回路図である。
【図9】図7の示す第3ディテクタの構成を示す回路図
である。
【図10】図9に示す第3ディテクタの動作を説明する
タイミングチャートである。
【図11】図9に示す第3ディテクタの出力信号に対す
る高電圧のレベルの変化を説明する図である。
【図12】図7に示す第1発振器の構成を示す回路図で
ある。
【図13】図1に示す内部高電圧回路の他の構成を示す
ブロック図である。
【図14】図13に示す第3ディテクタの構成を示す回
路図である。
【図15】本発明の第2の実施例の半導体装置の構成を
示すブロック図である。
【図16】図15に示す内部高電圧回路の第1の例の構
成を示すブロック図である。
【図17】図16に示す第4ディテクタの構成を示す回
路図である。
【図18】図16に示す出力バッファの構成を示す回路
図である。
【図19】図15に示す内部高電圧回路の第2の例の構
成を示すブロック図である。
【図20】図19に示す第5ディテクタの構成を示す回
路図である。
【図21】図19に示す第3発振器の構成を示す回路図
である。
【図22】図19に示すWL保持用ポンプの構成を示す
回路図である。
【図23】図15に示す内部高電圧回路の第3の例の構
成を示すブロック図である。
【図24】図23に示すレベルクランプ回路の構成を示
す回路図である。
【図25】従来の中間電位発生回路の構成を示す回路図
である。
【図26】従来の中間電位発生回路の構成を示す模式図
である。
【図27】従来のセルフリフレッシュタイマ回路の構成
を示す図である。
【図28】図27に示すセルフリフレッシュタイマ回路
の動作を説明するタイミングチャートである。
【図29】従来の内部高電圧回路の構成を示すブロック
図である。
【図30】図29に示す第1ディテクタの構成を示す回
路図である。
【図31】図29に示す第2ディテクタの構成を示す回
路図である。
【図32】図29に示す第1発振器の構成を示す回路図
である。
【図33】図29に示す内部高電圧回路の高電圧のレベ
ルの変化を説明する図である。
【符号の説明】
1 制御回路 2 セルフリフレッシュタイマ回路 3 アドレスバッファ 4 内部高電圧回路 5 列デコーダ 6 I/Oゲート 7 センスアンプ 8 行デコーダ 9 メモリセルアレイ 10 入出力回路 11 中間電位発生回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準電位に陰極側が接続され、かつ、ダ
    イオード接続された第1トランジスタと、 前記基準電位に正極側が接続され、かつ、ダイオード接
    続された第2トランジスタと、 前記第1トランジスタの正極側の出力を受けるゲートを
    有する第3トランジスタと、 前記第3トランジスタと接続され、前記第2トランジス
    タの陰極側の出力を受けるゲートを有する第4トランジ
    スタとを含み、 前記第1トランジスタのしきい値電圧は、前記第3トラ
    ンジスタのしきい値電圧より小さく、かつ、前記第2ト
    ランジスタのしきい値電圧は、前記第4トランジスタの
    しきい値電圧より大きい半導体装置。
  2. 【請求項2】 電荷を蓄積するキャパシタと、 前記キャパシタの出力が第1電位以下になったとき、所
    定時間だけ前記キャパシタを充電する充電手段と、 前記キャパシタの電荷を第1電位に漏洩させ、所定のチ
    ャネル幅を有するトランジスタと、 第2電位を分圧して所定の第3電位の出力を前記トラン
    ジスタのゲートに出力する分割手段とを含む半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 所定の電圧を供給されて所定の動作を行
    なう内部回路と、 前記内部回路がアクティブ状態のとき、前記内部回路で
    消費された前記所定の電圧を補充する電圧補充手段と、 前記内部回路がスタンバイ状態からアクティブ状態へ変
    化するタイミングに応答して、前記電圧補充手段の動作
    を制御する制御手段とを含む半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1電位の信号を第2電圧単位で降圧さ
    せる第1および第2降圧手段と、 前記第1降圧手段により降圧された第3電位の信号が第
    4電位以下であることを検出する第1検出手段と、 前記第2降圧手段により降圧された第4電位の信号が第
    5電位以下であることを検出する第2検出手段とを含
    み、 前記第4電位と前記第5電位との差が前記第2電圧より
    小さい半導体装置。
  5. 【請求項5】 所定の電流を供給する電流供給手段と、 前記電流供給手段から電流を受けるドレインを有し、か
    つ、ダイオード接続された第1トランジスタと、 前記第1トランジスタのゲートと自身のゲートとが接続
    された第2トランジスタと、 前記電流供給手段が供給する電流の電流値に応じて、前
    記第1トランジスタの基板電位を制御する制御手段とを
    含む半導体装置。
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