JPH11111946A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH11111946A
JPH11111946A JP9274437A JP27443797A JPH11111946A JP H11111946 A JPH11111946 A JP H11111946A JP 9274437 A JP9274437 A JP 9274437A JP 27443797 A JP27443797 A JP 27443797A JP H11111946 A JPH11111946 A JP H11111946A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部昇圧電位Vppを従来より高くすること
なく出力電流を大きくとることができる半導体記憶装置
を提供する。 【解決手段】 半導体記憶装置の出力バッファの出力ト
ランジスタが形成されるウェル領域をトリプルウェルに
より電気的に基板と分離させる。出力トランジスタが導
通時に、出力トランジスタが形成されるウェルの電位を
出力トランジスタのソース電位に追随するように制御
し、基板バイアス効果によるしきい値の増大を防ぎ、よ
り大きな出力電流を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体記憶装置
に関し、より特定的には、記憶データに対応する信号を
出力する出力バッファ回路を備える半導体記憶装置の構
成に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置の高速化が進行するに伴
い、半導体記憶装置の出力バッファ回路の駆動能力を大
きくする必要が生じている。
【0003】図14は、従来の半導体記憶装置に用いら
れる出力バッファ回路の基本構成を示す第1例の回路図
である。
【0004】図14に示す出力バッファ回路は、出力端
子OUTと、出力される記憶データに応じて生成される
第1の内部制御信号HOUTを受けて、その“H”レベ
ルを外部電源電位Vddから降圧された内部降圧電位V
ccから、半導体装置内部で作られる内部昇圧電位Vp
pにするレベル変換回路220と、レベル変換回路22
0の出力を受ける直列に接続されたインバータ216、
218と、インバータ218の出力をゲートに受け外部
電源電位Vddと出力端子OUTの間に結合されたNチ
ャネルMOSトランジスタ210と、出力される記憶デ
ータに応じて生成される第2の内部制御信号LOUTを
ゲートに受け、出力端子OUTと接地電位Vssとの間
に結合されたNチャネルMOSトランジスタ212を備
える。
【0005】レベル変換回路220は、第1の内部制御
信号HOUTをゲートに受けるNチャネルMOSトラン
ジスタ206と、第1の内部制御信号HOUTを受け反
転するインバータ214と、インバータ214の出力を
ゲートに受けるNチャネルMOSトランジスタ208を
含む。
【0006】NチャネルMOSトランジスタ206、2
08のソースは、ともに、接地電位Vssに結合されて
いる。
【0007】レベル変換回路220は、内部昇圧電位V
ppとNチャネルMOSトランジスタ206のドレイン
との間に結合され、ゲートにNチャネルMOSトランジ
スタ208のドレインの電位を受けるPチャネルMOS
トランジスタ202と、内部昇圧電位VppとNチャネ
ルMOSトランジスタ208のドレインとの間に結合さ
れ、ゲートにNチャネルMOSトランジスタ206のド
レインの電位を受けるPチャネルMOSトランジスタ2
04をさらに含む。
【0008】レベル変換回路220は、NチャネルMO
Sトランジスタ208のドレインが接続されるノードN
102から出力信号、すなわち、第1の内部制御信号H
OUTと同相で“H”レベルが内部昇圧電位Vppとな
る信号をインバータ216に対して出力する。
【0009】次に図14に示す従来の出力バッファ回路
の出力トランジスタであるNチャネルMOSトランジス
タ210、212の構造を説明する。
【0010】図15は、図14の従来の出力バッファ回
路の出力トランジスタ210、212の断面構造を説明
するための概念図である。
【0011】図15を参照して、従来の半導体記憶装置
ではP型シリコン基板270の主表面上に第1のPウェ
ル領域266と、第2のPウェル領域268が形成さ
れ、第1のPウェル領域266内と第2のPウェル領域
268内にはそれぞれNチャネルMOSトランジスタ2
12、210がそれぞれ形成されている。
【0012】NチャネルMOSトランジスタ212はN
型不純物領域であるソース252、ドレイン256とゲ
ート電極254とを含む。NチャネルMOSトランジス
タ210はN型不純物領域であるソース258、ドレイ
ン262とゲート電極260とを含む。
【0013】通常、ダイナミックランダムアクセスメモ
リ(以降DRAMと称する)においては、P型シリコン
基板に接地電位より低い電位が与えられている。図15
では、P型シリコン基板270の主表面上にP型不純物
領域264が形成されており、P型不純物領域264を
介してP型シリコン基板270には負電位Vbbが供給
されている。
【0014】DRAMにおいては、P型シリコン基板を
負電圧とすることは、入力信号のアンダーシュート時に
電荷が基板に流入するのを防ぎ、メモリセルのデータ破
壊を防ぐ働きを持つ点や、ビット線の浮遊容量となるP
N接合容量を小さくし回路の高速動作をさせる働きを持
つ点で極めて重要である。
【0015】図16は、図14に示す出力バッファ回路
の動作を説明する動作波形図である。
【0016】図14、図16を参照して、第2の内部制
御信号LOUT=“L”状態である場合を考える。この
とき、NチャネルMOSトランジスタ212は非導通状
態である。
【0017】出力端子OUTのレベルが初期に0Vのと
きを考えると時刻t1において、第1の内部制御信号H
OUTは“L”レベルであり、NチャネルMOSトラン
ジスタ206は非導通状態である。
【0018】このときインバータ214によって第1の
内部制御信号HOUTの反転信号がゲートに与えられる
のでNチャネルMOSトランジスタ208は導通状態と
なりノードN102は“L”レベルとなる。
【0019】ノードN102の電位をゲートに受けたP
チャネルMOSトランジスタ202は導通状態となりP
チャネルMOSトランジスタ204のゲートに昇圧電位
Vppを与える。その結果PチャネルMOSトランジス
タ204は非導通状態となり、レベル変換回路の出力で
あるノードN102の電位は“L”レベルに確定する。
その結果直列に接続されたインバータ216、218に
よりNチャネルMOSトランジスタ210のゲート電位
VGは“L”レベルとなる。
【0020】時刻t2において、第1の内部制御信号H
OUTが0Vから内部降圧電位Vccまで立上がると、
それに応じてNチャネルMOSトランジスタ206が導
通状態となり、また第1の内部制御信号HOUTはイン
バータ214により反転されるので、これをゲートに受
けるNチャネルMOSトランジスタ208は非導通状態
となる。したがってPチャネルMOSトランジスタ20
4のゲートにはNチャネルMOSトランジスタ206を
通じて“L”レベルが与えられ、PチャネルMOSトラ
ンジスタ204は導通状態となり、ノードN102の電
位は、内部昇圧電位Vppに引き上げられる。
【0021】PチャネルMOSトランジスタ202はゲ
ート電位であるノードN102の電位が“H”レベルと
なるため、非導通状態となる。その結果レベル変換回路
220の出力であるノードN102の電位は内部昇圧電
位Vppに確定し、第1の内部制御信号HOUTの
“H”レベルが内部降圧電位Vccから内部昇圧電位V
ppに変換される。この電位がインバータ216、21
8によって伝達されNチャネルMOSトランジスタ21
0のゲート電位VGは0Vから内部昇圧電位Vppに立
上がる。これに応じてNチャネルMOSトランジスタ2
10は導通し、出力端子OUTの電位を引き上げ始め
る。
【0022】時刻t3においては半導体記憶装置外部に
て出力端子OUTに接続される負荷容量が十分に充電さ
れ、出力端子OUTの電位が安定した状態となる。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】ここで、時刻t2〜t
3において出力端子OUTを通じて半導体記憶装置が外
部に接続された負荷容量を充電する電流は、Nチャネル
MOSトランジスタ210によって供給され、 IDS=K′(Vgs−Vth)2 …(1) にて与えられる(Vgs:ゲート−ソース間電位差,V
th:しきい値電圧,K′:定数)。したがって、出力
端子OUTから半導体記憶装置外部に供給される電流
は、NチャネルMOSトランジスタ210のしきい値電
圧Vthの影響を受け、Vthが大きくなれば供給電流
IDSは小さくなってしまう。
【0024】しかしながら、時刻t3においては、Nチ
ャネルMOSトランジスタ210のしきい値Vthは、
基板バイアス効果によって大きくなってしまう。
【0025】その理由を以降説明する。時刻t3におい
てはNチャネルMOSトランジスタ210のソース電位
は出力端子OUTの電位であり、Voutであるのに対
して、NチャネルMOSトランジスタ210の基板部
は、先に説明したように、負電圧電位Vbbとなってい
るので、t3におけるNチャネルMOSトランジスタ2
10のソース−基板間電位差Vsbは極めて大きくな
る。
【0026】一般にMOSトランジスタのソース−基板
間電位差Vsbが大きければ基板バイアス効果により、
MOSトランジスタのしきい値電圧Vthは大きくな
る。そのため、ソース−基板間電位差Vsbが大きい時
刻t3においては、NチャネルMOSトランジスタ21
0のVthは大きくなる。以上がその理由である。
【0027】ここで、式(1)からしきい値電圧Vth
が大きい場合でも、MOSトランジスタのゲート−ソー
ス間電位差Vgsをその分大きくとれば出力電流IDSは
大きくすることができる。そこで、従来は、出力端子O
UTが“H”レベルを出力する際にNチャネルMOSト
ランジスタ210のゲート電位VGを十分高くする、つ
まり昇圧電位Vppを十分高く設定することで出力端子
OUTの出力電流を大きくとれるようにしてきた。
【0028】しかし、最近の半導体記憶装置の高集積化
によりMOSトランジスタの微細化が進み、それに伴い
MOSトランジスタのゲート酸化膜の厚さも年々減少す
る方向にある。このため、ゲート酸化膜の耐圧が下が
り、ゲート電圧を高く設定すると、MOSトランジスタ
の信頼性に影響を及ぼす可能性がある。したがって、昇
圧電位Vppは今後はあまり高くすることができない。
【0029】一方、内部昇圧電位Vppは、半導体記憶
装置内部で外部電源電位Vddを基準にチャージポンプ
回路で作られている。
【0030】このチャージポンプ回路は、半導体記憶装
置上に形成したキャパシタを用いて、所定の周波数で内
部昇圧ノードに電荷をくみ上げることで高電位を得る。
【0031】したがって内部昇圧電位Vppにて消費さ
れる消費電流が増加すると、上記キャパシタの容量を大
きくするか、もしくは上記所定の周波数をより高い周波
数としなければならない。しかし、キャパシタの容量を
大きくするには半導体基板上に大きな面積を必要とし、
半導体記憶装置のコストの増大につながる。一方、所定
の周波数を高くするにも限界があり、電荷の転送効率が
悪くなってしまう。
【0032】そこで、特開平9−139077において
は、外部電源と内部昇圧ノードの両方から電流を負荷に
供給するプレブースト回路が提案されている。
【0033】図17は、上記プレブースト回路の構成を
示す回路図である。図17を参照して、NチャネルMO
SトランジスタQN1は外部電源電位VddとノードO
UT1との間に結合され、ゲートに内部制御信号IN1
が入力されている。また、PチャネルMOSトランジス
タQN2は内部昇圧電位VppとノードOUT1との間
に結合され、ゲートに内部制御信号IN2が入力されて
おり、基板部は内部昇圧電位Vppに結合されている。
【0034】この回路はノードOUT1を内部昇圧電位
Vppまで昇圧する際に、PチャネルMOSトランジス
タQN2を導通状態とする前にNチャネルMOSトラン
ジスタQN1を導通し、ノードOUT1を外部電源電位
Vddまでプレブーストしておき、しかる後にPチャネ
ルMOSトランジスタQN2を導通状態とすることで、
内部昇圧電位VppからノードOUT1に流れる電流を
減らし、内部昇圧電位Vppでの消費電流を抑えること
を目的とするものである。
【0035】しかしながら、図17の回路においては、
特にDRAMに使用するにあたり電源立上げ時等におい
て昇圧電位Vppのレベルが不安定な状態では、動作が
不安定となる可能性がある。以下、この状態について説
明する。
【0036】図18は図17のプレブースト回路をDR
AMに使用した際の構造を示す断面図である。
【0037】図18を参照して、P型シリコン基板37
0上にNウェル領域366とPウェル領域368が形成
され、Nウェル領域366内にはPチャネルMOSトラ
ンジスタQN2が形成され、Pウェル領域368内には
NチャネルMOSトランジスタQN1が形成されてい
る。
【0038】P型シリコン基板370は、P型不純物領
域364を介して負電位Vbbが供給され、Nウェル領
域366はN型不純物領域372を通じて内部昇圧電位
Vppが供給されている。PチャネルMOSトランジス
タQN2のソースであるP型不純物領域352は内部昇
圧電位Vppと結合され、PチャネルMOSトランジス
タQN2のドレインであるP型不純物領域356は、N
チャネルMOSトランジスタQN1のソースであるN型
不純物領域358とともにノードOUT1に接続され
る。
【0039】PチャネルMOSトランジスタQN2のゲ
ートであるゲート電極354には、内部制御信号IN2
が入力され、NチャネルMOSトランジスタQN1のゲ
ートであるゲート電極360には内部制御信号IN1が
入力される。
【0040】ここで、半導体記憶装置の電源立上げ直後
や、端子に外乱が与えられた場合には内部昇圧電位Vp
pを発生しているチャージポンプ回路が不安定となり、
外部電源電位Vddより内部昇圧電位Vppが低くなる
場合が考えられる。
【0041】かかる場合に内部制御信号IN1がNチャ
ネルMOSトランジスタQN1を導通させるような状態
であるならば、ノードOUT1は外部電源電位Vddと
なりP型不純物領域356とNウェル領域366の間の
PN接合に順方向のバイアスがかかる。するとP型不純
物領域356とNウェル領域366とP型シリコン基板
370によって形成されている寄生PNP型バイポーラ
トランジスタが導通しP型不純物領域356からP型シ
リコン基板370に向けて電流が流れる可能性があり得
る。このような状態はDRAMにおいてはメモリセルの
データが失われる可能性につながるとともに、ラッチア
ップを起こす可能性にもつながる。
【0042】このように、ウェルの電位を半導体装置内
部で発生する電位にする際は、不測の事態に備えて、回
路構成上においても対策をしておくことが重要である。
【0043】この発明の第1の目的は、内部昇圧電位V
ppを高くすることを抑制しつつ、出力端子から十分な
電流を供給できる半導体記憶装置を提供することであ
る。
【0044】この発明の第2の目的は、出力バッファ回
路部において出力トランジスタを駆動する際に内部昇圧
電位Vppでの消費電流を抑える実用的な手段を用いる
ことによりチャージポンプ回路部を小型化でき、チップ
面積がより小さい半導体記憶装置を提供することであ
る。
【0045】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体記
憶装置は、出力端子と、出力端子に外部電源から電流を
供給する第1のMOSトランジスタと、第1のMOSト
ランジスタのゲート電位を第1の内部制御信号に応じて
駆動する第1の駆動手段と、第1のMOSトランジスタ
の基板部の電位を第1の内部制御信号に応じて駆動する
第2の駆動手段を備える。
【0046】請求項2記載の半導体記憶装置は、請求項
1記載の半導体記憶装置の構成において、第2の駆動手
段は、第1のMOSトランジスタが非導通時には、第1
のMOSトランジスタの基板−ソース間の電位差が所定
の電位差となるように、第1のMOSトランジスタの基
板部の電位を駆動し、第1のMOSトランジスタが導通
時には、第1のMOSトランジスタの基板−ソース間の
電位差が、所定の電位差より小さくなるように、第1の
MOSトランジスタの基板部の電位を駆動する。
【0047】請求項3記載の半導体記憶装置は、請求項
2記載の半導体記憶装置の構成において、外部電源電位
よりさらに高電位である昇圧電位を発生する昇圧手段を
さらに備え、第1の駆動手段は、第1の内部制御信号の
高電位レベルを、第1のMOSトランジスタのゲートに
与えられる高電位レベルである昇圧電位に変換するレベ
ル変換手段を含む。
【0048】請求項4記載の半導体記憶装置は、請求項
2記載の半導体記憶装置の構成に加えて、第2の駆動手
段は、外部電源から供給される電流を受けて、第1のM
OSトランジスタの基板部の電位を駆動し、第1のMO
Sトランジスタを導通状態へと変化させる第1の内部信
号の活性化に応じて、第2の駆動手段が第1のMOSト
ランジスタの基板部に供給する電流を受けて、第1のM
OSトランジスタとは独立に、出力端子の電位レベルを
駆動する整流手段をさらに備える。
【0049】請求項5記載の半導体記憶装置は、請求項
2記載の半導体記憶装置の構成に加えて、出力端子と接
地ノードとの間に接続され、第2の内部制御信号に応じ
て出力端子の電位を駆動する、第2のスイッチング手段
をさらに備える。
【0050】請求項6記載の半導体記憶装置は、請求項
5記載の半導体記憶装置の構成において、第2のスイッ
チング手段は、第2のMOSトランジスタを含み、第1
のMOSトランジスタは、半導体基板の主表面に形成さ
れた第1導電型の第1のウェル領域に配置され、第2の
MOSトランジスタは、半導体基板の主表面に形成され
た第1導電型の第2のウェル領域に配置され、第1のウ
ェル領域は、第2のウェル領域と電気的に分離されてお
り、第2の駆動手段は、第1のMOSトランジスタの導
通と同時に、第1のウェル領域の電位を駆動する。
【0051】請求項7記載の半導体記憶装置は、請求項
6記載の半導体記憶装置の構成において、第1導電型は
P型であり、第2導電型はN型である。
【0052】請求項8記載の半導体記憶装置は、請求項
6記載の半導体記憶装置の構成に加えて、第2導電型の
第3のウェル領域をさらに備え、半導体基板は、第1導
電型であり、第1のウェル領域は、第3のウェル領域内
に配置され、第3のウェル領域は、第1のウェル領域と
第2のウェル領域とを電気的に分離するため一定の電位
に固定されている。
【0053】請求項9記載の半導体記憶装置は、請求項
6記載の半導体記憶装置の構成に加えて、第2導電型の
第3のウェル領域をさらに備え、半導体基板は、第1導
電型であり、第1のウェル領域は第3のウェル領域内に
配置され、第3のウェル領域は第1のウェル領域と電気
的に接続されている。
【0054】請求項10記載の半導体記憶装置は、請求
項6記載の半導体記憶装置の構成において、半導体基板
は第2導電型である。
【0055】請求項11記載の半導体記憶装置は、出力
端子と、外部電源電位よりさらに高電位である昇圧電位
を発生する昇圧手段と、出力端子に第1の内部制御信号
に応じて外部電源から電流を供給する第1のMOSトラ
ンジスタと、第1のMOSトランジスタのゲートに第1
の内部制御信号に応じて電流を供給する、第3のスイッ
チング手段と、第1のMOSトランジスタのゲートに第
1の内部制御信号に応じて電流供給する第4のスイッチ
ング手段と、電流制限手段をさらに備え、第3のスイッ
チング手段は、昇圧手段から電流供給を受け、第4のス
イッチング手段は、外部電源から電流制限手段を介して
電流供給を受け、電流制限手段は、昇圧電位が所定の電
位に昇圧されていない間は外部電源から第1のMOSト
ランジスタのゲートに流れ込む電流を制限する。
【0056】請求項12記載の半導体記憶装置は、請求
項11記載の半導体記憶装置の構成において、電流制限
手段は、昇圧電位をゲートに受け外部電源から電流を受
けて、第1のMOSトランジスタのゲートに向けて電流
を供給する、第2のMOSトランジスタを含む。
【0057】請求項13記載の半導体記憶装置は、請求
項11記載の半導体記憶装置の構成に加えて、出力端子
と接地ノードとの間に接続され、第2の内部制御信号に
応じて出力端子の電位を駆動する、第5のスイッチング
手段をさらに備える。
【0058】請求項14記載の半導体記憶装置は、請求
項6記載の半導体記憶装置の構成において、第1の駆動
手段は、第1のMOSトランジスタのゲートに、第1の
内部制御信号に応じて電流供給する第3のスイッチング
手段と、第1のMOSトランジスタのゲートに第1の内
部制御信号に応じて電流供給する第4のスイッチング手
段と、電流制限手段とを含み、第3のスイッチング手段
は、昇圧手段から電流供給を受け、第4のスイッチング
手段は、外部電源から電流制限手段を介して電流供給を
受け、電流制限手段は、昇圧電位が所定の電位に昇圧さ
れていない間は、外部電源から第1のMOSトランジス
タのゲートに流れ込む電流を制限する。
【0059】請求項15記載の半導体記憶装置は、請求
項14記載の半導体記憶装置の構成において、電流制限
手段は、昇圧電位をゲートに受け外部電源から電流を受
けて、第1のMOSトランジスタのゲートに向けて電流
を供給する、第2のMOSトランジスタを含む。
【0060】請求項16記載の半導体記憶装置は、請求
項2記載の半導体記憶装置の構成において、外部電源電
位よりさらに高電位である昇圧電位を発生する昇圧手段
をさらに備え、第2の駆動手段は、第1の内部制御信号
の高電位レベルを外部電源電位に変換する第1のレベル
変換手段と、第1のレベル変換手段の出力を受け、第1
のMOSトランジスタの基板部の電位を駆動する基板部
駆動手段とを含み、第1の駆動手段は、第1の内部制御
信号の高電位レベルを昇圧電位に変換する第2のレベル
変換手段と、第2のレベル変換手段の出力を受ける遅延
手段と、遅延手段の出力を受け第1のMOSトランジス
タのゲート電位を駆動するプレブースト手段とを含み、
プレブースト手段は、昇圧手段から電流供給を受けて、
第1のMOSトランジスタのゲートに遅延手段の出力に
応じて電流を供給する第2のMOSトランジスタと、外
部電源から流れ込む電流を受けて、昇圧電位が所定のレ
ベルに昇圧されていない間は所定の電流値以下に出力す
る電流を制限する電流制限手段と、外部電源から電流制
限手段を通じて電流供給を受けて、第1のMOSトラン
ジスタのゲートに第1のレベル変換手段の出力に応じて
電流を供給する第3のMOSトランジスタを含む。
【0061】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]以下、本発明の実施の形態1の半導体
記憶装置1000について説明する。なお以後は同じ構
成要素には同じ符号および同じ記号を記し、その説明は
繰返さない。
【0062】図1は、本発明における半導体記憶装置全
体の構成を示す概略ブロック図である。この全体構成は
以降説明する実施の形態すべてに当てはめることができ
る代表的な一例である。
【0063】図1を参照して、この半導体記憶装置10
00は、制御信号入力端子1002〜1006と、アド
レス信号入力端子群1008と、データ信号入出力端子
群1016と、接地端子1018と、電源端子1020
とを備える。
【0064】また、この半導体記憶装置1000は、ク
ロック発生回路1022と、行および列アドレスバッフ
ァ1024と、行デコーダ1026と、列デコーダ10
28と、メモリマット1032と、データ入力バッファ
1040およびデータ出力バッファ1042とを備え、
メモリマット1032はメモリセルアレイ1034、お
よびセンスアンプ+入出力制御回路1038とを含む。
【0065】クロック発生回路1022は、制御信号入
力端子1002、1004を介して外部から与えられる
外部行アドレスストローブ信号EXT./RAS,外部
列アドレスストローブ信号EXT./CASに基づいて
所定の動作モードを選択し、半導体記憶装置全体の動作
を制御する。
【0066】行および列アドレスバッファ1024は、
アドレス信号入力端子群1008を介して外部から与え
られるアドレス信号A0〜Ai(ただし、iは自然数で
ある)に基づいて行アドレス信号RA0〜RAiおよび
列アドレス信号CA0〜CAiを生成し、生成した信号
RA0〜RAiおよびCA0〜CAiをそれぞれ行デコ
ーダ1026および列デコーダ1028に与える。
【0067】メモリマット1032は、それぞれが1ビ
ットのデータを記憶する複数のメモリセルを含む。各メ
モリセルは行アドレスおよび列アドレスによって決定さ
れる所定のアドレスに配置される。
【0068】行デコーダ1026は、メモリセルアレイ
1034の列アドレスを指定する。センスアンプ+入出
力制御回路1038は、行デコーダ1026および列デ
コーダ1028によって指定されたアドレスのメモリセ
ルをデータ信号入出力線対IDPの一端に接続する。デ
ータ信号入出力線対IDPの他端は、データ入力バッフ
ァ1040およびデータ出力バッファ1042に接続さ
れる。
【0069】データ入力バッファ1040は、書込モー
ド時に、制御信号入力端子1006を介して外部から与
えられる信号EXT./WEに応答して、データ信号入
力端子群1016から入力されたデータをデータ信号入
出力線対IDPを介して、選択されたメモリセルに与え
る。
【0070】データ出力バッファ1042は、読出モー
ド時に、選択されたメモリセルからの読出データをデー
タ入出力端子群1016に出力する。
【0071】電源回路1050は、外部電源電位Vdd
と接地電位Vssとを受けて、半導体記憶装置の動作に
必要な種々の内部電源電位を供給する。
【0072】すなわち、電源回路1050は、外部電源
電位Vddと接地電位Vssとを受けて、外部電源電位
Vddを降圧した内部降圧電位Vccと、昇圧した内部
昇圧電位Vppとを出力する内部電源回路1054と、
メモリセルアレイ1034中に含まれるビット線対に対
するプリチャージ電位VBLを供給するプリチャージ電
位発生回路1052とを含む。
【0073】図2は、図1に示した半導体記憶装置10
00に備えられた、内部電源1054の構成を示す回路
図である。
【0074】図2を参照して、内部電源1054は、外
部電源電位Vddから内部昇圧電位Vppを発生するチ
ャージポンプ回路318と、外部電源電位Vddから内
部降圧電位Vccを発生するVcc発生回路320を含
む。
【0075】チャージポンプ回路318は、半導体記憶
装置上のクロック発生回路1022で発生されたクロッ
ク信号φを受けるインバータ302、304と、インバ
ータ304の出力を受けるインバータ306を有する。
【0076】インバータ302、306の出力は、キャ
パシタ308、310の電極にそれぞれ接続される。キ
ャパシタ308の他方の電極は、トランジスタ312に
よってノードNGAにて外部電源とダイオード接続され
る。トランジスタ314のゲートはノードNGAの電位
を受ける。キャパシタ310の他方の電極は、ノードN
DRにて内部昇圧電位Vppとトランジスタ316によ
ってダイオード接続される。トランジスタ314は、外
部電源電位VddとノードNDRの間に接続される。
【0077】ノードNGAの電位はクロック信号φが
“H”から“L”に変化するに応じて外部電源電位Vd
dよりキャパシタ308の働きで高い電位に押し上げら
れ、その結果トランジスタ314は導通状態となりノー
ドNDRの電位は外部電源電位Vddとなる。
【0078】次にクロック信号φが“L”から“H”に
変化すると、その変化に応じてトランジスタ314は非
導通状態になるとともにキャパシタ310の働きでノー
ドNDRの電位はさらに外部電源電位Vdd分押し上げ
られる。このときダイオードの役割を果たすトランジス
タ316を介して内部昇圧電位Vppに向けてチャージ
ポンプ回路318は電流を供給する。
【0079】この回路においては、チャージポンプ回路
のキャパシタ310の容量をC、ポンピング周波数を
f、トランジスタ316のしきい値電圧をVthとする
と発生電流Ippは Ipp=fC(2Vdd−Vth−Vpp) …(2) で与えられる。
【0080】式(2)より、必要な発生電流Ippが小
さければチャージポンプ回路のCは小さくすることがで
きることがわかる。
【0081】図3は、本発明の実施の形態1の半導体記
憶装置1000に用いられる出力バッファ回路2000
の基本構成を示す回路図である。
【0082】出力バッファ回路2000は、図1におけ
るデータ出力バッファ1042の1ビット分として設け
られ、入力信号として、クロック発生回路1022から
の制御信号や入出力制御回路1038からの読出データ
をもとに生成された互いに相補な第1の内部信号HOU
Tと第2の内部信号LOUTとを受ける。
【0083】図3を参照して、出力バッファ回路200
0は、出力端子DQrと、外部電源電位Vddと出力端
子DQrとの間に結合されるNチャネルMOSトランジ
スタ18と、接地電位Vssと出力端子DQrの間に結
合され、ゲートに第2の内部制御信号LOUTを受ける
NチャネルMOSトランジスタ20と第1の内部制御信
号HOUTを受けて、NチャネルMOSトランジスタ1
8のゲートを駆動する信号VGを出力する駆動回路36
と、第1の内部制御信号HOUTを受けてNチャネルM
OSトランジスタ18の基板部を駆動する信号VBを出
力する基板電位駆動回路38とを備える。
【0084】駆動回路36は、第1の内部制御信号HO
UTの“H”レベルを内部降圧電位Vccから内部昇圧
電位Vppにするレベル変換回路34と、レベル変換回
路34の出力を受け、NチャネルMOSトランジスタ1
8のゲートを駆動する直列に接続されたインバータ2
4、26を含む。
【0085】レベル変換回路34は、第1の内部制御信
号HOUTをゲートに受けるNチャネルMOSトランジ
スタ6と、第1の内部制御信号HOUTを受け、反転す
るインバータ22と、インバータ22の出力をゲートに
受けるNチャネルMOSトランジスタ8を有する。
【0086】NチャネルMOSトランジスタ6,8のソ
ースは、ともに接地電位Vssに結合されている。
【0087】レベル変換回路34は、内部昇圧電位Vp
pとNチャネルMOSトランジスタ6のドレインとの間
に結合され、ゲートにNチャネルMOSトランジスタ8
のドレインの電位を受けるPチャネルMOSトランジス
タ2と、内部昇圧電位VppとNチャネルMOSトラン
ジスタ8のドレインとの間に結合され、ゲートにNチャ
ネルMOSトランジスタ6のドレインの電位を受けるP
チャネルMOSトランジスタ4をさらに有する。
【0088】レベル変換回路34はNチャネルMOSト
ランジスタ8のドレインが接続されるノードN32から
出力信号すなわち、内部制御信号HOUTと同相で
“H”レベルが内部昇圧電位Vppとなる信号をインバ
ータ24に対して出力する。
【0089】基板電位駆動回路38は、第1の内部制御
信号HOUTの“H”レベルを内部降圧電位Vccから
外部電源電位Vddにするレベル変換回路40と、レベ
ル変換回路40の出力を受け、NチャネルMOSトラン
ジスタ18の基板部を駆動する直列に接続されたインバ
ータ30,32を含む。
【0090】レベル変換回路40は、第1の内部制御信
号HOUTをゲートに受けるNチャネルMOSトランジ
スタ14と、第1の内部制御信号HOUTを受け、反転
するインバータ28と、インバータ28の出力をゲート
に受けるNチャネルMOSトランジスタ16を有する。
【0091】NチャネルMOSトランジスタ14,16
のソースは、ともに接地電位Vssに結合されている。
【0092】レベル変換回路40は、外部電源電位Vd
dとNチャネルMOSトランジスタ14のドレインとの
間に結合され、ゲートにNチャネルMOSトランジスタ
16のドレインの電位を受けるPチャネルMOSトラン
ジスタ10と、外部電源電位VddとNチャネルMOS
トランジスタ16のドレインとの間に結合され、ゲート
にNチャネルMOSトランジスタ14のドレインの電位
を受けるPチャネルMOSトランジスタ12をさらに有
する。
【0093】レベル変換回路40はNチャネルMOSト
ランジスタ16のドレインが接続されるノードN34か
ら出力信号すなわち、第1の内部制御信号HOUTと同
相で“H”レベルが外部電源電位Vddとなる信号をイ
ンバータ30に対して出力する。
【0094】次に出力バッファ2000の出力トランジ
スタであるNチャネルMOSトランジスタ18,20の
断面構造を説明する。
【0095】図4は、NチャネルMOSトランジスタ1
8,20の断面構造を説明するための概念図である。
【0096】図4を参照して、実施の形態1の半導体記
憶装置では、P型シリコン基板76の主表面上には、第
1のPウェル領域70とNウェル領域74が形成されN
ウェル領域74内には第2のPウェル領域72が形成さ
れている。
【0097】Pウェル領域70,72内にはそれぞれN
チャネルMOSトランジスタ20,18が形成されてい
る。NチャネルMOSトランジスタ20は、N型不純物
領域であるソース52,ドレイン56とゲート電極54
とを含む。NチャネルMOSトランジスタ18はN型不
純物領域であるソース58,ドレイン62とゲート電極
60を含む。
【0098】NチャネルMOSトランジスタ20のソー
ス52は接地電位Vssに結合され、ゲート電極54に
は第2の内部制御信号LOUTが入力されている。Nチ
ャネルMOSトランジスタ20のドレイン56はNチャ
ネルMOSトランジスタ18のソース58とともに出力
端子DQrと接続されている。NチャネルMOSトラン
ジスタ18のドレインは外部電源電位Vddと結合され
る。
【0099】P型シリコン基板76の主表面上には、P
型不純物領域68が形成され、P型不純物領域68を介
してP型シリコン基板76には負電位Vbbが供給され
ている。
【0100】また図4においては、Nウェル領域74は
N型不純物領域66を介して外部電源電位Vddと結合
されており、このためPウェル領域72は、Pウェル領
域70およびP型シリコン基板76と電気的に分離され
る。
【0101】図5は、図3に示す出力バッファ回路20
00の動作を説明する動作波形図である。
【0102】図3、図4および図5を参照して、内部制
御信号LOUTが“L”状態である場合を考える。この
とき、NチャネルMOSトランジスタ20は非導通状態
である。
【0103】出力端子OUTのレベルが初期に0Vのと
きを考える。時刻t1において、第1の内部制御信号H
OUTは“L”レベルであり、NチャネルMOSトラン
ジスタ6は非導通状態である。このときインバータ22
によって内部制御信号HOUTの反転信号がゲートに与
えられるのでNチャネルMOSトランジスタ8は導通状
態となり、ノードN32は“L”レベルとなる。ノード
N32の電位をゲートに受けたPチャネルMOSトラン
ジスタ2は導通状態となり、PチャネルMOSトランジ
スタ4のゲートに昇圧電位Vppを与える。その結果P
チャネルMOSトランジスタ4は非導通状態となり、レ
ベル変換回路34の出力であるノードN32の電位は
“L”レベルに確定する。そして直列に接続されたイン
バータ24,26により、NチャネルMOSトランジス
タ18のゲート電極60の電位VGは、“L”レベルと
なる。
【0104】一方、基板電位駆動回路38においては、
内部制御信号HOUT=“L”であるのでNチャネルM
OSトランジスタ14は非導通状態であり、インバータ
28によりその反転信号がゲートに入力されているNチ
ャネルMOSトランジスタ16は導通状態となる。そし
て、ノードN34は“L”レベルとなる。ノードN34
の電位をゲートに受けたPチャネルMOSトランジスタ
10は導通状態となり、PチャネルMOSトランジスタ
12のゲートに外部電源電位Vddを与える。その結果
PチャネルMOSトランジスタ12は非導通状態とな
り、レベル変換回路40の出力であるノードN34の電
位は“L”レベルに確定する。そして、直列に接続され
たインバータ30,32により、NチャネルMOSトラ
ンジスタ18の基板部の電位(Pウェル領域72の電
位)VBは、“L”レベル、つまり接地電位Vssとな
る。
【0105】以上により、時刻t1においてはNチャネ
ルMOSトランジスタ18は非導通状態となり、出力端
子DQrの電位は初期状態である0Vのままである。
【0106】次に、時刻t2において第1の内部制御信
号HOUTが0Vから内部降圧電位Vccまで立上がる
と、それに応じて駆動回路36においてNチャネルMO
Sトランジスタ6が導通状態となり、また、第1の内部
制御信号HOUTはインバータ22により反転されるの
で、これをゲートに受けるNチャネルMOSトランジス
タ8は非導通状態となる。したがって、PチャネルMO
Sトランジスタ4のゲートにはNチャネルMOSトラン
ジスタ6を通じて“L”レベルが与えられ、Pチャネル
MOSトランジスタ4は導通状態となりノードN32の
電位は内部昇圧電位Vppに引き上げられる。ノードN
32にゲートが接続されているPチャネルMOSトラン
ジスタ2は、これに応じて非導通状態となる。
【0107】したがって、レベル変換回路34の出力で
あるノードN32の電位は“H”レベルに確定し、昇圧
電位Vppとなる。つまり、第1の内部制御信号HOU
Tの“H”レベルが内部降圧電位Vccから内部昇圧電
位Vppに変換される。この電位がインバータ24,2
6によってNチャネルMOSトランジスタ18のゲート
電極60に入力され、そのゲート電位VGは、0Vから
内部昇圧電位Vppに立上がる。これに応じてNチャネ
ルMOSトランジスタ18は導通し、出力端子DQrの
電位を引き上げ始めるのは従来技術で説明した図14の
出力バッファ回路の場合と同様である。
【0108】本発明の実施の形態1の場合では、時刻t
2において、同時に基板電位駆動回路38によってNチ
ャネルMOSトランジスタ18の基板部(Pウェル領域
72)の電位が駆動される点で従来技術の出力バッファ
回路の場合と異なる。以下、その動作について説明す
る。
【0109】第1の内部制御信号HOUTの立上がりに
応じて、基板電位駆動回路38において、NチャネルM
OSトランジスタ14が導通状態となり、また、第1の
内部制御信号HOUTはインバータ28によって反転さ
れるので、これをゲートに受けるNチャネルMOSトラ
ンジスタ16は非導通状態となる。したがって、Pチャ
ネルMOSトランジスタ12のゲートにはNチャネルM
OSトランジスタ14を通じて“L”レベルが与えら
れ、PチャネルMOSトランジスタ12は導通状態とな
り、ノードN34の電位は外部電源電位Vddに引き上
げられる。ノードN34にゲートが接続されているPチ
ャネルMOSトランジスタ10はこれに応じて非導通状
態となる。
【0110】したがって、レベル変換回路40の出力で
あるノードN34の電位は、“H”レベルに確定し、外
部電源電位Vddとなる。つまり、第1の内部制御信号
HOUTの“H”レベルが内部降圧電位Vccから外部
電源電位Vddに変換される。この電位がインバータ3
0,32によってNチャネルMOSトランジスタ18の
基板部(Pウェル領域72)に与えられ、その基板電位
VBは0Vから外部電源電位Vddに立上がる。
【0111】時刻t3においては、半導体記憶装置外部
にて出力端子DQrに接続される負荷容量がNチャネル
MOSトランジスタ18の導通により十分に充電され出
力DQrの電位が安定した状態となる。
【0112】さて、ここでt2〜t3において、Nチャ
ネルMOSトランジスタ18が出力端子に供給する電流
は式(1)で与えられるが、本発明の実施の形態1の場
合では、NチャネルMOSトランジスタ18の基板部
(Pウェル領域72)の電位は、外部電源電位Vddに
なるので基板バイアス効果の影響が、図14の従来例の
場合より小さく、その結果電流IDSを大きくすることが
可能となる。その結果内部昇圧電位Vppを従来以上に
上げる必要がなくなる。
【0113】さらには、図4において、基板電位VBが
外部電源電位VddとなっているためPウェル領域72
の電位は外部電源電位Vddとなり、N型不純物領域5
8との間が順方向となるため、この部分のPN接合によ
り、NチャネルMOSトランジスタ18とは別に、さら
に電流を出力端子DQrに向けて供給することとなる。
その結果、出力端子DQrから半導体記憶装置外部に向
け、より大きな電流を供給することが可能となる。
【0114】[実施の形態1の第1の変形例]本発明の
実施の形態1の第1の変形例の半導体記憶装置では、図
3に示すNチャネルMOSトランジスタ18とNチャネ
ルMOSトランジスタ20の基板部を電気的に分離する
方法が実施の形態1の場合と異なる。
【0115】図6は、実施の形態1の第1の変形例にお
けるNチャネルMOSトランジスタ18,20の断面構
造を説明するための概念図である。
【0116】図6では、P型シリコン基板76上に形成
されたNウェル領域74がNチャネルMOSトランジス
タ18の基板電位を与えているPウェル領域72と不純
物領域64,66を介して接続されており、その電位が
基板電位VBとなっている点が実施の形態1の場合と異
なる。
【0117】この場合でも実施の形態1の場合と同様の
効果が期待できる。 [実施の形態1の第2の変形例]本発明の実施の形態1
の第2の変形例も、第1の変形例と同様図3に示すNチ
ャネルMOSトランジスタ18とNチャネルMOSトラ
ンジスタ20の基板部を電気的に分離する方法が異なる
場合である。
【0118】図7は、実施の形態1の第2の変形例にお
けるNチャネルMOSトランジスタ18,20の断面構
造を説明するための概念図である。
【0119】図7では、半導体記憶装置の基板にN型シ
リコン基板124を使用している。NチャネルMOSト
ランジスタ20,18がそれぞれ形成されている領域で
あるPウェル領域70,72はともにN型シリコン基板
124上に設けられている。そして、N型シリコン基板
124には、N型不純物領域118を通じて外部電源電
位Vddが供給されており、また、Pウェル領域70に
はP型不純物領域102を通じて、接地電位Vssが供
給されている。以上の点で、実施の形態1の場合と異な
っている。
【0120】この場合でも実施の形態1の場合と同様の
効果が期待できる。 [実施の形態1の第3の変形例]図8は、実施の形態1
の第3の変形例におけるNチャネルMOSトランジスタ
18、20の断面構造を説明するための概念図である。
【0121】実施の形態1の第3の変形例の半導体記憶
装置は、第1の変形例同様、図3に示すNチャネルMO
Sトランジスタ18と、NチャネルMOSトランジスタ
20の基板部とを電気的に分離する方法が異なる。
【0122】具体的には、第3の変形例の半導体記憶装
置は、以下の点で実施の形態1の場合と異なっている。
【0123】図8では、第2のNウェル領域71がP型
シリコン基板76の主表面上に形成されている。そして
NチャネルMOSトランジスタ20が形成されている領
域であるPウェル領域70は、第2のNウェル領域71
内に形成される。
【0124】Pウェル領域70内に形成されたP型不純
物領域55を介して、Pウェル領域70には接地電位V
ssが与えられている。
【0125】第2のNウェル領域71内にはN型不純物
領域53が形成されており、第2のNウェル領域71に
はN型不純物領域53を介して、外部電源電位Vddま
たは、接地電位Vssが与えられている。
【0126】この場合でも、実施の形態1の場合と同様
の効果が期待できる。なお、第2のNウェル領域71の
電位を外部電源電位Vddに固定する場合は、Nウェル
領域74と第2のNウェル領域71は、分離せず同一の
Nウェル領域とすることも可能である。
【0127】[実施の形態1の第4の変形例]図9は、
実施の形態1の第4の変形例におけるNチャネルMOS
トランジスタ18、20の断面構造を説明するための概
念図である。
【0128】実施の形態1の第4の変形例の半導体記憶
装置は、第1の変形例同様、図3に示すNチャネルMO
Sトランジスタ18と、NチャネルMOSトランジスタ
20の基板部とを電気的に分離する方法が異なる。
【0129】具体的には、第4の変形例の半導体記憶装
置は、以下の点で実施の形態1の場合と異なっている。
【0130】図9では、第2のNウェル領域71がP型
シリコン基板76の主表面上に形成されている。そし
て、NチャネルMOSトランジスタ20が形成されてい
る領域であるPウェル領域70は、第2のNウェル領域
71内に形成される。
【0131】Pウェル領域70内に形成されたP型不純
物領域55を介して、Pウェル領域70には、接地電位
Vssが与えられている。
【0132】第2のNウェル領域71内には、N型不純
物領域53が形成されており、第2のNウェル領域71
には、N型不純物領域53を介して外部電源電位Vdd
または、接地電位Vssが与えられている。(以上は図
8に示す第3の変形例と同じである。)さらに、図9で
は、P型シリコン基板76上に形成されたNウェル領域
74がNチャネルMOSトランジスタ18の基板電位を
与えているPウェル領域72と、不純物領域64、66
を介して接続されており、その電位は基板電位VBとな
っている。
【0133】この場合でも、実施の形態1の場合と同様
の効果が期待できる。 [実施の形態2]本発明の実施の形態2の半導体記憶装
置では、内部昇圧電位Vppを発生する回路とともに外
部電源からもその出力バッファ回路部分の出力トランジ
スタのゲートを充電する電流を供給し、内部昇圧電位V
ppの電圧を発生する回路の消費電流を抑えることを可
能とすることを目的とする。
【0134】図10は、本発明の実施の形態2の半導体
記憶装置に用いられる出力バッファ回路3000の基本
構成を示す回路図である。
【0135】実施の形態2における半導体記憶装置の全
体構成は実施の形態1の場合と同様であり、出力バッフ
ァ回路3000は、図1におけるデータ出力バッファ1
042の1ビット分として設けられ、入力信号としてク
ロック発生回路1022や入出力制御回路1038から
の読出データをもとに生成された互いに相補な第1の内
部信号HOUTと第2の内部信号LOUTとを受ける点
は実施の形態1の場合と同様である。
【0136】図10を参照して、出力バッファ回路30
00は、出力端子DQrと、外部電源電位Vddと出力
端子DQrとの間に結合されるNチャネルMOSトラン
ジスタ176と、接地電位Vssと出力端子DQrとの
間に結合されゲートに第2の内部制御信号LOUTを受
けるNチャネルMOSトランジスタ178と、第1の内
部制御信号HOUTを受けてその“H”レベルを内部昇
圧電位Vppにするレベル変換回路188と、レベル変
換回路188の出力を受けるインバータ182と、イン
バータ182の出力である信号CLK3を受けそれに応
じて出力トランジスタであるNチャネルMOSトランジ
スタ176のゲート電位を制御するプレブースト回路1
86とを備える。
【0137】レベル変換回路188は、第1の内部制御
信号HOUTをゲートに受けるNチャネルMOSトラン
ジスタ156と、第1の内部制御信号HOUTを受け、
反転するインバータ180と、インバータ180の出力
をゲートに受けるNチャネルMOSトランジスタ158
を有する。
【0138】NチャネルMOSトランジスタ156、1
58のソースは、ともに接地電位Vssに結合されてい
る。
【0139】レベル変換回路188は、内部昇圧電位V
ppとNチャネルMOSトランジスタ156のドレイン
との間に結合され、ゲートにNチャネルMOSトランジ
スタ158のドレインの電位を受けるPチャネルMOS
トランジスタ152と、内部昇圧電位VppとNチャネ
ルMOSトランジスタ158のドレインとの間に結合さ
れ、ゲートにNチャネルMOSトランジスタ156のド
レインの電位を受けるPチャネルMOSトランジスタ1
54をさらに有する。
【0140】NチャネルMOSトランジスタ158のド
レインが接続されるノードN2はレベル変換回路188
の出力となり、第1の内部制御信号HOUTと同相で
“H”レベルが内部昇圧電位Vppとなる信号をインバ
ータ182に対して出力する。
【0141】プレブースト回路186は、第1の内部制
御信号HOUTをゲートに受けるNチャネルMOSトラ
ンジスタ164と、第1の内部制御信号HOUTを受
け、反転するインバータ184と、インバータ184の
出力をゲートに受けるNチャネルMOSトランジスタ1
66を有する。
【0142】NチャネルMOSトランジスタ164、1
66のソースは、ともに接地電位Vssに結合されてい
る。
【0143】プレブースト回路186は、外部電源ノー
ドVddとNチャネルMOSトランジスタ164のドレ
インとの間に結合され、ゲートにNチャネルMOSトラ
ンジスタ166のドレインの電位を受けるPチャネルM
OSトランジスタ160と、外部電源電位VddとNチ
ャネルMOSトランジスタ166のドレインとの間に結
合され、ゲートにNチャネルMOSトランジスタ164
のドレインの電位を受けるPチャネルMOSトランジス
タ162をさらに有する。
【0144】NチャネルMOSトランジスタ166のド
レインは第1の内部制御信号HOUTと同相で“H”レ
ベルが外部電源電位Vddとなる信号CLK2を出力す
る。
【0145】一方、NチャネルMOSトランジスタ16
4のドレインは第1の内部制御信号HOUTと逆相で、
“H”レベルが外部電源電位Vddとなる信号CLK1
を出力する。
【0146】プレブースト回路186は、信号CLK1
をゲートに受けプレブースト回路186の出力であるノ
ードN1の電位と接地電位Vssとの間に結合されるN
チャネルMOSトランジスタ170と、内部昇圧電位V
ppとノードN1の電位との間に結合され、ゲートに信
号CLK3を受けるPチャネルMOSトランジスタ16
8と、外部電源電位VddとノードN1の電位との間に
直列に結合され、それぞれゲートに内部昇圧電位Vpp
および信号CLK2を受けるNチャネルMOSトランジ
スタ172,174をさらに有する。
【0147】図11は、図10に示す出力バッファ回路
3000に含まれるプレブースト回路186の動作を説
明する動作波形図である。
【0148】図11を参照して、時刻t1において内部
制御信号HOUTが“L”から“H”に立上がるとNチ
ャネルMOSトランジスタ164は導通状態となり、信
号CLK1はそれに応じて時刻t2に“H”から“L”
へと立下がる。
【0149】このとき、NチャネルMOSトランジスタ
170は非導通状態になり、ノードN1は接地電位Vs
sから切り離される。
【0150】次に、NチャネルMOSトランジスタ16
6が非導通状態となり、PチャネルMOSトランジスタ
162が導通状態、PチャネルMOSトランジスタ16
0が非導通状態となるので、信号CLK2は時刻t3に
“L”から“H”へと立上がる。これに応じてNチャネ
ルMOSトランジスタ174が導通状態となるのでノー
ドN1の電位は立上がる。
【0151】NチャネルMOSトランジスタ172は内
部昇圧電位Vppをゲートに受けて外部電源電位Vdd
とNチャネルMOSトランジスタ174のドレインを結
合しているので、ノードN1の電位は時刻t3において
外部電源電位Vdd付近まで上昇する。しかし、このま
までは出力トランジスタ176を駆動するのに十分な電
位ではない。
【0152】さらに時刻t4において、レベル変換回路
188、インバータ182が動作した結果として信号C
LK3が“H”から“L”へ立下がる。これに対応して
PチャネルMOSトランジスタ168が導通状態とな
り、ノードN1の電位は、さらに内部昇圧電位Vppま
で上昇する。
【0153】以上より、ノードN1の電位を上昇させる
際、予めNチャネルMOSトランジスタ172、174
を通じて外部電源からノードN1に電流を供給し、一定
電位までノードN1の電位を供給させ、その後にPチャ
ネルMOSトランジスタ168を通じて内部昇圧電位V
ppを与える昇圧電源からノードN1に電流供給される
ので、内部昇圧電位Vppを与える昇圧電源の消費電流
が小さくできる。
【0154】本発明者が実施した回路シミュレーション
によると、1回のノードN1の立上がりに際して内部昇
圧電位Vppを与える昇圧電源から供給される電荷は本
回路の適用により3.8pCから3.0pCに減少し、
約21%程度消費電流を下げる効果があることがわかっ
た。この効果は全出力端子に対応する出力バッファ回路
において期待できるものであるので、半導体記憶装置全
体としては昇圧電位Vppを発生する回路の低消費電流
化に大きな効果を有し、内部昇圧電位Vppを発生する
チャージポンプ回路の小型化に貢献できる。
【0155】また、プレブースト回路186は、Nチャ
ネルMOSトランジスタ172の働きにより万一、昇圧
電位Vppが外部電源電位Vddより低くなってしまっ
た場合はそれに応じて外部電源からノードN1に供給さ
れる電流が制限されるので、実施の形態2の半導体記憶
装置は信頼性が高いものとなる。
【0156】[実施の形態3]図12は、実施の形態3
の半導体記憶装置に用いられる出力バッファ回路400
0の基本構成を示す回路図である。
【0157】実施の形態3の半導体記憶装置の全体構成
は実施の形態1における半導体記憶装置の全体構成と同
様であり、出力バッファ回路4000は、図1における
データ出力バッファ1042の1ビット分として設けら
れ、入力信号として、クロック発生回路1022からの
制御信号や入出力制御回路1038からの読出データを
もとに生成された互いに相補な第1の内部信号HOUT
と第2の内部信号LOUTとを受ける点は実施の形態1
の場合と同じである。
【0158】図12の出力バッファ回路4000は、図
3の実施の形態1の出力バッファ回路とは出力トランジ
スタであるNチャネルMOSトランジスタ18のゲート
電圧を与えているインバータ26に代えて実施の形態2
におけるプレブースト回路186を設けた構成となって
いる点で実施の形態1の場合と異なる。
【0159】図12を参照して出力バッファ回路400
0は、出力端子DQrと、外部電源電位Vddと出力端
子DQrとの間に結合されるNチャネルMOSトランジ
スタ18と、接地電位Vssと出力端子DQrとの間に
結合され、ゲートに第2の内部制御信号LOUTを受け
るNチャネルMOSトランジスタ20と、第1の内部制
御信号HOUTを受けて、NチャネルMOSトランジス
タ18のゲートを駆動する信号VGを出力する駆動回路
36と、第1の内部制御信号HOUTを受けてNチャネ
ルMOSトランジスタ18の基板部を駆動する信号VB
を出力する基板電位駆動回路38とを備える。
【0160】駆動回路36は、第1の内部制御信号HO
UTの“H”レベルを内部降圧電位Vccから内部昇圧
電位Vppにするレベル変換回路34と、レベル変換回
路34の出力を受けるインバータ24と、インバータ2
4の出力を受けNチャネルMOSトランジスタ18のゲ
ートを駆動するプレブースト回路186を含む。
【0161】レベル変換回路34と基板電位駆動回路3
8の構成は実施の形態1と同様であるので説明は繰返さ
ない。
【0162】この構成とすれば、実施の形態1と実施の
形態2の双方の効果を同時に受けることができるので、
基板バイアス効果を小さくでき、内部昇圧電位Vppを
高くすることを抑制しつつ、出力端子から十分な電流を
供給できるとともに、内部昇圧電位Vppを発生するチ
ャージポンプ回路で消費される電流を減らすことができ
る。
【0163】[実施の形態4]図13は、実施の形態4
の半導体記憶装置に用いられる出力バッファ回路500
0の基本構成を示す回路図である。
【0164】実施の形態4の半導体記憶装置の全体構成
は実施の形態1における半導体記憶装置の全体構成と同
様であり、出力バッファ回路5000は、図1における
データ出力バッファ1042の1ビット分として設けら
れ、入力信号として、クロック発生回路1022からの
制御信号や入出力制御回路1038からの読出データを
もとに生成された互いに相補な第1の内部信号HOUT
と第2の内部信号LOUTとを受ける点は実施の形態1
の場合と同じである。
【0165】図13の出力バッファ回路5000は、図
3の実施の形態1の出力バッファ回路において、出力ト
ランジスタであるNチャネルMOSトランジスタ18の
ゲート電圧を与えているインバータ26に代えて、プレ
ブースト回路187を設けた構成となっている。そして
さらに、出力バッファ回路5000では、プレブースト
回路187は基板電位駆動回路38中に含まれるレベル
変換回路40の出力信号を使用する構成となっている。
このような構成とすることで実施の形態3に用いられる
出力バッファ回路4000と比べて素子数を低減してい
る。
【0166】図13を参照して、出力バッファ回路50
00は、出力端子DQrと、外部電源電位Vddと出力
端子DQrとの間に結合されるNチャネルMOSトラン
ジスタ18と、接地電位Vssと出力端子DQrとの間
に結合され、ゲートに第2の内部制御信号LOUTを受
けるNチャネルMOSトランジスタ20と、第1の内部
制御信号HOUTを受けNチャネルMOSトランジスタ
18のゲートの電位を駆動する駆動回路36と、第1の
内部制御信号HOUTを受けNチャネルMOSトランジ
スタ18の基板部の電位を駆動する基板電位駆動回路3
8とを含む。
【0167】基板電位駆動回路38は、第1の内部制御
信号HOUTの“H”レベルを内部降圧電位Vccから
外部電源電位Vddにするレベル変換回路40と、レベ
ル変換回路40の出力を受ける直列に接続されインバー
タ30、32とを含む。駆動回路34は、第1の内部制
御信号HOUTの“H”レベルを内部降圧電位Vccか
ら内部昇圧電位Vppにするレベル変換回路34と、レ
ベル変換回路34の出力を受けるインバータ24と、イ
ンバータ24の出力を受けるとともにレベル変換回路4
0の出力を受けNチャネルMOSトランジスタ18のゲ
ートを駆動するプレブースト回路187とを含む。
【0168】つまり、第1の内部制御信号HOUTと同
相であるレベル変換回路40の出力信号CLK2を基板
駆動回路38中のインバータ30が受けるとともに、プ
レブースト回路187中のNチャネルMOSトランジス
タ174がゲートに受ける。さらに、第1の内部制御信
号HOUTと逆相であるレベル変換回路40の出力信号
CLK1をプレブースト回路187中のNチャネルMO
Sトランジスタ170がゲートに受ける構成となってい
る。
【0169】レベル変換回路3440と、基板電位駆動
回路38の個別の構成は実施の形態1と同様であり、ま
た、プレブースト回路187に含まれるMOSトランジ
スタ168〜174の構成は、実施の形態2におけるプ
レブースト回路186と同様であるので説明は繰返さな
い。
【0170】図13の構成とすれば、実施の形態1と実
施の形態2の双方の効果を同時に奏することができるの
で、基板バイアス効果を小さくでき、内部昇圧電位Vp
pを高くすることを抑制しつつ、十分な電流を供給でき
るとともに内部昇圧電位Vppを発生するチャージポン
プ回路で消費される電流を減らすことができる。
【0171】さらに、実施の形態3と比べて素子数を低
減しているため半導体記憶装置のチップサイズをより小
さくすることができる。
【0172】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の半導体記
憶装置は、出力バッファ回路の出力トランジスタが電流
を供給する際に、出力トランジスタの基板部の電位を適
切に制御することにより出力トランジスタのしきい値電
圧の増加を防ぎ、出力トランジスタの出力電流をより大
きくすることができる。
【0173】また、請求項2記載の半導体記憶装置は、
さらに出力バッファ回路の出力トランジスタが電流を供
給する際に出力トランジスタの基板部の電位を、基板バ
イアス効果を小さくするように与えることにより、出力
トランジスタのしきい値電圧の増加を防ぎ、出力トラン
ジスタの出力電流をより大きくすることができる。
【0174】請求項3記載の半導体記憶装置は、出力バ
ッファ回路の出力トランジスタが電流を供給する際に出
力トランジスタの基板部の電位を、基板バイアス効果を
小さくするように与えることにより、出力トランジスタ
のしきい値電圧の増加を防ぎ、出力トランジスタの出力
電流をより大きくすることができる。
【0175】請求項4記載の半導体記憶装置は、出力ト
ランジスタに加えて、出力端子に電流を供給する整流手
段をさらに備えるので、出力端子の出力電流をさらに大
きくすることができる。
【0176】請求項5記載の半導体記憶装置は、請求項
2に係る半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接地ノ
ード側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0177】請求項6記載の半導体記憶装置は、請求項
2に係る半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接地ノ
ード側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0178】請求項7記載の半導体記憶装置は、請求項
2に係る半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接地ノ
ード側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0179】請求項8記載の半導体記憶装置は、請求項
2に係る半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接地ノ
ード側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0180】請求項9記載の半導体記憶装置は、請求項
2に係る半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接地ノ
ード側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0181】請求項10記載の半導体記憶装置は、請求
項2に係る半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接地
ノード側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0182】請求項11記載の半導体記憶装置は、出力
端子より“H”レベルを出力する際に出力トランジスタ
のゲートを駆動する電流を内部昇圧電位Vpp発生回路
とともに外部電源からも供給する。そのため内部昇圧電
位Vpp発生回路での消費電流を小さくでき、内部昇圧
を行なうチャージポンプ回路が小型化でき、半導体記憶
装置のチップ面積を小さくできる。
【0183】請求項12記載の半導体記憶装置は、出力
端子より“H”レベルを出力する際に出力トランジスタ
のゲートを駆動する電流を内部昇圧電位Vpp発生回路
とともに外部電源からも供給する。そのため内部昇圧電
位Vpp発生回路での消費電流を小さくでき、内部昇圧
を行なうチャージポンプ回路が小型化でき、半導体記憶
装置のチップ面積を小さくできる。
【0184】請求項13記載の半導体記憶装置は、請求
項11記載の半導体記憶装置が奏する効果に加えて、接
地電位側に出力端子の電位を駆動できるので、“H”,
“L”レベルを出力端子に出力可能である。
【0185】請求項14記載の半導体記憶装置は、請求
項6記載の半導体記憶装置が奏する効果に加えて、出力
端子より“H”レベルを出力する際に出力トランジスタ
のゲートを駆動する電流を内部昇圧電位Vpp発生回路
とともに外部電源からも供給する。そのため内部昇圧電
位Vpp発生回路での消費電流を小さくでき、内部昇圧
を行なうチャージポンプ回路が小型化できるので、半導
体記憶装置のチップ面積を小さくできる。
【0186】請求項15記載の半導体記憶装置は、請求
項6記載の半導体記憶装置が奏する効果に加えて、出力
端子より“H”レベルを出力する際に、出力トランジス
タのゲートを駆動する電流を内部昇圧電位Vpp発生回
路とともに外部電源からも供給する。そのため内部昇圧
電位Vpp発生回路での消費電流を小さくでき、内部昇
圧を行なうチャージポンプ回路が小型化できるので、半
導体記憶装置のチップ面積を小さくできる。
【0187】請求項16記載の半導体記憶装置は、請求
項2記載の半導体記載の半導体記憶装置が奏する効果に
加えて、出力端子より“H”レベルを出力する際に出力
トランジスタのゲートを駆動する電流を内部昇圧電位V
pp発生回路とともに外部電源からも供給する。そのた
め内部昇圧電位Vpp発生回路での消費電流を小さくで
き、内部昇圧を行なうチャージポンプ回路が小型化でき
るとともに、プレブースト回路中に含まれるレベル変換
部と基板駆動回路中に含まれるレベル変換回路とを共用
する構成となっている。したがって回路素子数が低減す
るので、さらに半導体記憶装置のチップ面積を小さくで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体記憶装置1000の全体構成
を示す概略ブロック図である。
【図2】 図1の半導体記憶装置1000における内部
電源1054の詳細を示す回路図である。
【図3】 本発明の実施の形態1における出力バッファ
回路2000の回路図である。
【図4】 図3の出力バッファ回路2000の出力トラ
ンジスタ部の実施の形態1における断面構造を説明する
ための概念図である。
【図5】 図3の出力バッファ回路2000の動作を説
明する動作波形図である。
【図6】 図3の出力バッファ回路2000の出力トラ
ンジスタ部の実施の形態1の第1の変形例における断面
構造を説明するための概念図である。
【図7】 図3の出力バッファ回路2000の出力トラ
ンジスタ部の実施の形態1の第2の変形例における断面
構造を説明するための概念図である。
【図8】 図3の出力バッファ回路2000の出力トラ
ンジスタ部の実施の形態1の第3の変形例における断面
構造を説明するための概念図である。
【図9】 図3の出力バッファ回路2000の出力トラ
ンジスタ部の実施の形態1の第4の変形例における断面
構造を説明するための概念図である。
【図10】 本発明の実施の形態2における出力バッフ
ァ回路3000の回路図である。
【図11】 図10の出力バッファ回路3000の動作
を説明する動作波形図である。
【図12】 本発明の実施の形態3における出力バッフ
ァ回路4000の回路図である。
【図13】 本発明の実施の形態4における出力バッフ
ァ回路5000の回路図である。
【図14】 従来の半導体記憶装置における出力バッフ
ァ回路の回路図である。
【図15】 図14の出力バッファ回路の出力トランジ
スタ部の断面構造を説明するための概念図である。
【図16】 図14の出力バッファ回路の動作を説明す
る動作波形図である。
【図17】 従来のプレブースト回路の回路図である。
【図18】 図17のプレブースト回路の断面構造を説
明するための概念図である。
【符号の説明】
18,20,176,178,210,212 Nチャ
ネルMOSトランジスタ、34,40,188,220
レベル変換回路、36 駆動回路、38 基板電位駆
動回路、186 プレブースト回路、1000 半導体
記憶装置、2000,3000,4000 出力バッフ
ァ回路。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成される半導体記憶装
    置であって、 出力端子と、 前記出力端子に外部電源から電流を供給する第1のMO
    Sトランジスタと、 前記第1のMOSトランジスタのゲート電位を第1の内
    部制御信号に応じて駆動する第1の駆動手段と、 前記第1のMOSトランジスタの基板部の電位を前記第
    1の内部制御信号に応じて駆動する第2の駆動手段を備
    える半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の駆動手段は、 前記第1のMOSトランジスタが非導通時には、前記第
    1のMOSトランジスタの基板−ソース間の電位差が所
    定の電位差となるように、前記第1のMOSトランジス
    タの基板部の電位を駆動し、 前記第1のMOSトランジスタが導通時には、前記第1
    のMOSトランジスタの基板−ソース間の電位差が、前
    記所定の電位差より小さくなるように、前記第1のMO
    Sトランジスタの基板部の電位を駆動する、請求項1記
    載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 外部電源電位よりさらに高電位である昇
    圧電位を発生する昇圧手段をさらに備え、 前記第1の駆動手段は、 前記第1の内部制御信号の高電位レベルを前記第1のM
    OSトランジスタのゲートに与えられる高電位レベルで
    ある前記昇圧電位に変換するレベル変換手段を含む、請
    求項2記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記第2の駆動手段は、 前記外部電源から供給される電流を受けて前記第1のM
    OSトランジスタの基板部の電位を駆動し、 前記第1のMOSトランジスタを導通状態へと変化させ
    る第1の内部信号の活性化に応じて、前記第2の駆動手
    段が前記第1のMOSトランジスタの基板部に供給する
    電流を受けて、前記第1のMOSトランジスタとは独立
    に、前記出力端子の電位レベルを駆動する整流手段をさ
    らに備える、請求項2記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記出力端子と接地ノードとの間に接続
    され、第2の内部制御信号に応じて前記出力端子の電位
    を駆動する第2のスイッチング手段をさらに備える、請
    求項2記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記第2のスイッチング手段は、 第2のMOSトランジスタを含み、 前記第1のMOSトランジスタは、 第2導電型であり、前記半導体基板の主表面に形成され
    た第1導電型の第1のウェル領域に配置され、 前記第2のMOSトランジスタは、 前記第2導電型であり、前記半導体基板の主表面に形成
    された前記第1導電型の第2のウェル領域に配置され、 前記第1のウェル領域は、 前記第2のウェル領域と電気的に分離されており、 前記第2の駆動手段は、前記第1のMOSトランジスタ
    の導通と同時に、前記第1のウェル領域の電位を駆動す
    る、請求項5記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記第1導電型はP型であり、前記第2
    導電型はN型である請求項6記載の半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 前記第2導電型の第3のウェル領域をさ
    らに備え、 前記半導体基板は、 前記第1導電型であり、 前記第1のウェル領域は、 前記第3のウェル領域内に配置され、 前記第3のウェル領域は、 前記第1のウェル領域と前記第2のウェル領域とを電気
    的に分離するため、一定の電位に固定されている、請求
    項6記載の半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】 前記第2導電型の第3のウェル領域をさ
    らに備え、 前記半導体基板は、 前記第1導電型であり、 前記第1のウェル領域は、 前記第3のウェル領域内に配置され、 前記第3のウェル領域は、 前記第1のウェル領域と電気的に接続されている、請求
    項6記載の半導体記憶装置。
  10. 【請求項10】 前記半導体基板は、 前記第2導電型である、請求項6記載の半導体記憶装
    置。
  11. 【請求項11】 出力端子と、 外部電源電位よりさらに高電位である昇圧電位を発生す
    る昇圧手段と、 前記出力端子に、第1の内部制御信号に応じて外部電源
    から電流を供給する第1のMOSトランジスタと、 前記第1のMOSトランジスタのゲートに前記第1の内
    部制御信号に応じて電流供給する、第3のスイッチング
    手段と、 前記第1のMOSトランジスタのゲートに、前記第1の
    内部制御信号に応じて電流供給する第4のスイッチング
    手段と、 電流制限手段とを備え、 前記第3のスイッチング手段は、 前記昇圧手段から電流供給を受け、 前記第4のスイッチング手段は、 前記外部電源から前記電流制限手段を介して電流供給を
    受け、 前記電流制限手段は、 前記昇圧電位が所定の電位に昇圧されていない間は、前
    記外部電源から前記第1のMOSトランジスタのゲート
    に流れ込む電流を制限する、半導体記憶装置。
  12. 【請求項12】 前記電流制限手段は、 前記昇圧電位をゲートに受け前記外部電源から電流を受
    けて、前記第1のMOSトランジスタのゲートに向けて
    電流を供給する、第2のMOSトランジスタを含む、請
    求項11記載の半導体記憶装置。
  13. 【請求項13】 前記出力端子と接地ノードとの間に接
    続され、第2の内部制御信号に応じて前記出力端子の電
    位を駆動する、第5のスイッチング手段をさらに備え
    る、請求項11記載の半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】 前記第1の駆動手段は、前記第1のM
    OSトランジスタのゲートに、前記第1の内部制御信号
    に応じて電流供給する第3のスイッチング手段と、 前記第1のMOSトランジスタのゲートに前記第1の内
    部制御信号に応じて電流供給する、第4のスイッチング
    手段と、 電流制限手段とを含み、 前記第3のスイッチング手段は、 前記昇圧手段から電流供給を受け、 前記第4のスイッチング手段は、 前記外部電源から前記電流制限手段を介して電流供給を
    受け、 前記電流制限手段は、 前記昇圧電位が所定の電位に昇圧されていない間は、前
    記外部電源から前記第1のMOSトランジスタのゲート
    に流れ込む電流を制限する、請求項6記載の半導体記憶
    装置。
  15. 【請求項15】 前記電流制限手段は、 前記昇圧電位をゲートに受け前記外部電源から電流を受
    けて、前記第1のMOSトランジスタのゲートに向けて
    電流を供給する、第2のMOSトランジスタを含む、請
    求項14記載の半導体記憶装置。
  16. 【請求項16】 外部電源電位よりさらに高電位である
    昇圧電位を発生する昇圧手段をさらに備え、 前記第2の駆動手段は、 前記第1の内部制御信号の高電位レベルを前記外部電源
    電位に変換する第1のレベル変換手段と、 前記第1のレベル変換手段の出力を受け、前記第1のM
    OSトランジスタの基板部の電位を駆動する基板部駆動
    手段とを含み、 前記第1の駆動手段は、 前記第1の内部制御信号の高電位レベルを前記昇圧電位
    に変換する第2のレベル変換手段と、 前記第2のレベル変換手段の出力を受ける遅延手段と、 前記遅延手段の出力を受け、前記第1のMOSトランジ
    スタのゲート電位を駆動するプレブースト手段とを含
    み、 前記プレブースト手段は、 前記昇圧手段から電流供給を受けて、前記第1のMOS
    トランジスタのゲートに前記遅延手段の出力に応じて電
    流を供給する第2のMOSトランジスタと、 前記外部電源から流れ込む電流を受けて、前記昇圧電位
    が所定のレベルに昇圧されていない間は所定の電流値以
    下に出力する電流を制限する電流制限手段と、 前記外部電源から前記電流制限手段を通じて電流供給を
    受けて、前記第1のMOSトランジスタのゲートに前記
    第1のレベル変換手段の出力に応じて電流を供給する第
    3のMOSトランジスタを含む、請求項2記載の半導体
    記憶装置。
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