JPH11297957A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH11297957A
JPH11297957A JP10100782A JP10078298A JPH11297957A JP H11297957 A JPH11297957 A JP H11297957A JP 10100782 A JP10100782 A JP 10100782A JP 10078298 A JP10078298 A JP 10078298A JP H11297957 A JPH11297957 A JP H11297957A
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JP
Japan
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sub
voltage
well region
type well
circuit
Prior art date
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Application number
JP10100782A
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English (en)
Inventor
Goro Kitsukawa
五郎 橘川
Kazuaki Ohara
一晃 大原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性を損なうことなく、デバイスの微細化
と高速化を実現した半導体記憶装置を提供すること、デ
バイスの微細化と高速化及び高集積化とを実現した半導
体記憶装置を提供する。 【解決手段】 外部端子から供給される電源電圧を受
け、それを降圧した第1の内部電圧を形成する第1電圧
発生回路と、上記外部端子から供給される電源電圧を受
け、チャージポンプ回路により上記電源電圧以上に昇圧
された第2の内部電圧を形成する第2電圧発生回路と、
上記第2の内部電圧が供給され、P型半導体基板に形成
された深い深さのN型ウェル領域と、上記深い深さのN
型ウェル領域内に形成されたP型ウェル領域と、上記P
型ウェル領域にアドレス選択MOSFETが形成された
メモリセルとを含み、上記第1内部電圧発生回路は出力
電圧の平滑容量としてMOSゲート容量を用い、上記第
2内部電圧発生回路は上記昇圧電圧の平滑容量として深
い深さのN型ウェル領域に生じるPN接合容量を用いる
ようにする。

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、主としてダイナミック型RAM(ランダム・ア
クセス・メモリ)における内部電圧発生回路に利用して
有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】階層ワード線構成にしつつ、三重ウェル
構造として深い深さのNウェルに昇圧電圧を供給したダ
イナミック型RAMの例として、特開平8−18129
2公報がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ダイナミック型RAM
においては、外部端子から供給された電源電圧から複数
種類の内部電圧を形成して内部回路ブロックに供給して
いる。例えば、微細デバイスの信頼性確保と消費電力の
低減のため、内部回路を外部電源電圧VDD(5V)か
ら降圧した降圧電圧(3V)で動作させる方式が、16
Mビットのダイナミック型RAM以来広く用いられてき
た。さらに、64Mビット世代では、外部電圧VDDが
3.3Vに低下し、メモリセルにのみに2Vの降圧電圧
を供給するもの、あるいは周辺回路も降圧した2.5V
で動作させるなど内部回路での動作電圧を低くする方向
に向かっている。
【0004】一方、ダイナミック型メモリセルでは、上
記のようなメモリセルの蓄積容量に対して2V電圧を供
給するため、アドレス選択MOSFETのゲートが接続
されたワード線の選択電圧を3.6Vのように電源電圧
VDDより高くした昇圧電圧を用いる必要がある。半導
体記憶装置の初期不良の洗い出しのためのバーンイン
(Burn-in)試験では、図8の電圧特性図に示すよう
に、上記昇圧電圧が電源電圧VDDの上昇に追従する領
域で使用し、(A)の3.3V版では5.5Vまで上昇
し、これから開発しようとしている(B)の2.5V版
でも4Vまで上昇させる必要があると考えられる。
【0005】上記内部電圧を形成する電圧発生回路で
は、出力電圧の安定化のために比較的大きな容量値にさ
れた平滑容量が必要とされる。この平滑容量として、従
来から大面積のMOS容量が広く利用されてきた。しか
しながら、デバイス微細化につれて、ゲート絶縁膜が薄
くなり、上記のようなバーイン試験において平滑容量の
ゲート絶縁膜にかかる電界強度が過大となってリーク電
流の増加あるいはゲート絶縁膜破壊が生じてしまうとい
う問題の生じる可能性のあることが本願発明者等の研究
によって明らかにされた。上記平滑容量の保護のために
ゲート絶縁膜を厚く形成すると、それに対応して伝達コ
ンダクタンスが下がり、しきい値電圧が高くなるために
上記低電圧動作でのMOSFETの動作電流が減少して
動作速度を遅くしてしまう。
【0006】この発明の目的は、信頼性を損なうことな
く、デバイスの微細化と高速化及び高集積化とを実現し
た半導体記憶装置を提供することにある。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。
【0007】
【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、下
記の通りである。すなわち、外部端子から供給される電
源電圧を受け、それを降圧した第1の内部電圧を形成す
る第1電圧発生回路と、上記外部端子から供給される電
源電圧を受け、チャージポンプ回路により上記電源電圧
以上に昇圧された第2の内部電圧を形成する第2電圧発
生回路と、上記第2の内部電圧が供給され、P型半導体
基板に形成された深い深さのN型ウェル領域と、上記深
い深さのN型ウェル領域内に形成されたP型ウェル領域
と、上記P型ウェル領域にアドレス選択MOSFETが
形成されたメモリセルとを含み、上記第1内部電圧発生
回路は出力電圧の平滑容量を主としてMOSゲート容量
を用い、上記第2内部電圧発生回路は上記昇圧電圧の平
滑容量を主として深い深さのN型ウェル領域に生じるP
N接合容量を用いるようにする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1には、この発明が適用される
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。同図においては、この発明が適用される
ダイナミック型RAMを構成する各回路ブロックのう
ち、その主要部が判るように示されており、それが公知
の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコンの
ような1個の半導体基板上において形成される。
【0009】この実施例では、特に制限されないが、メ
モリアレイは、全体として4個に分けられる。半導体チ
ップの長手方向に対して左右に分けられて、中央部分1
4にアドレス入力回路、データ入出力回路及びボンディ
ングパッド列からなる入出力インターフェイス回路及び
後述するような昇圧回路や降圧回路を含む電源回路等が
設けられる。これら中央部分14の両側のメモリアレイ
に接する部分には、カラムデコーダ領域13が配置され
る。
【0010】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、上下に2個ずつに分けられた4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
央部にメインロウデコーダ領域11が設けられる。この
メインロウデコーダの上下には、メインワードドライバ
領域12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。
【0011】上記メモリセルアレイ(サブアレイ)15
は、その拡大図に示すように、メモリセルアレイ15を
挟んでセンスアンプ領域16、サブワードドライバ領域
17に囲まれて形成されるものである。上記センスアン
プ領域と、上記サブワードドライバ領域の交差部は、交
差領域(クロスエリア)18とされる。上記センスアン
プ領域16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
モリセルアレイの相補ビット線に選択的に接続される。
【0012】上述のように半導体チップの長手方向に対
して左右に4個ずつに分けられたメモリアレイは、2個
ずつ組となって配置される。このように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
上記メインロウデコーダ領域11とメインワードドライ
バ12が配置される。メインワードドライバ12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12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。
【0013】拡大図として示された1つのメモリセルア
レイ(サブアレイ)15は、図示しないがサブワード線
が256本と、それと直交する相補ビット線(又はデー
タ線)が256対とされる。上記1つのメモリアレイに
おいて、上記メモリセルアレイ(サブアレイ)15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4K分設けられ、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2K分設
けられる。このようなメモリアレイが全体で8個設けら
れるから、全体では8×2K×4K=64Mビットのよ
うな記憶容量を持つようにされる。
【0014】上記1つのメモリアレイは、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)17が設けられる。サブワードドライバ
17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8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8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8
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。
【0015】上記1つのメモリアレイに着目すると、1
本のメインワード線に割り当てられる8個のメモリセル
アレイのすべての中から1本ずつのサブワード線を選択
する。上記のようにメインワード線方向に2K(204
8)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、2048/8=256個のメモリセルが接続さ
れることとなる。
【0016】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、
太い黒線で示されたセンスアンプ16により 相補ビッ
ト線が16分割される。特に制限されないが、センスア
ンプ16は、シェアードセンス方式により構成され、メ
モリアレイの両端に配置されるセンスアンプ16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。
【0017】図2には、この発明が適用されるダイナミ
ック型RAMを説明するための概略レイアウト図が示さ
れている。同図には、メモリチップ全体の概略レイアウ
トと、8分割された1つのメモリアレイのレイアウトが
示されている。同図は、図1の実施例を別の観点から図
示したものである。つまり、図1と同様にメモリアレイ
は、長手方向(ワード線方向)対して左右に4分割、上
下に2分割される。メモリアレイ(Array)が8分割さ
れ、その長手方向における中央部分には複数からなるボ
ンディングパッド及びアドレスバッファ、制御回路やプ
リデコーダ及びタイミング制御回路等のような間接周辺
回路(Bonding Pad & peripheral Circuit) が設けられ
る。
【0018】上記2個ずつのメモリアレイは、それぞれ
が約8Mビットの記憶容量を持つようにされるものであ
り、そのうちの一方が拡大して示されているように、ワ
ード線方向に8分割され、ビット線方向に16分割され
たサブアレイが設けられる。上記サブアレイのビット線
方向の両側には、上記ビット線方向に対してセンスアン
プ(Sence Amplifier)が配置される。上記サブアレイの
ワード線方向の両側には、サブワードドライバ(Sub-Wo
rd Driver)が配置される。
【0019】上記1つのアレイには、全体で4096本
のワード線と2048対の相補ビット線が設けられる。
これにより、全体で約8Mビットの記憶容量を持つよう
にされる。上記のように4096本のワード線が16個
のサブアレイに分割して配置されるので、1つのサブア
レイには256本のワード線(サブワード線)が設けら
れる。また、上記のように2048対の相補ビット線が
8個のサブアレイに分割して配置されるので、1つのサ
ブアレイには256対の相補ビット線が設けられる。
【0020】上記2つのアレイの中央部には、メインロ
ウデコーダ、アレイコントロール(Array control)回路
及びメインワードドライバ(Main Word dricer)が設けら
れる。上記アレイコントロール回路には、第1のサブワ
ード選択線を駆動するドライバが設けられる。上記アレ
イには、上記8分割されたサブアレイを貫通するように
延長されるメインワード線が配置される。上記メインワ
ードドライバは、上記メインワード線を駆動する。上記
メインワード線と同様に第1のサブワード選択線も上記
8分割されたサブアレイを貫通するように延長される。
上記アレイの上部には、Yデコーダ(YDecoder) 及びY
選択線ドライバ(YSdriver) が設けられる。
【0021】図3には、この発明に係るダイナミック型
RAMにおけるサブアレイとその周辺回路の一実施例の
概略レイアウト図が示されている。同図には、図2に示
されたメモリアレイの中の斜線を付した位置に配置され
た4つのサブアレイSBARYが代表として示されてい
る。図3においては、サブアレイSBARYが形成され
る領域には斜線を付すことによって、その周辺に設けら
れサブワードドライバ領域、センスアンプ領域及びクロ
スエリアとを区別するものである。
【0022】サブアレイSBARYは、次のような4種
類に分けられる。つまり、ワード線の延長方向を水平方
向とすると、右下に配置される第1のサブアレイSBA
RYは、サブワード線SWLが256本配置され、相補
ビット線対は256対から構成される。それ故、上記2
56本のサブワード線SWLに対応した256個のサブ
ワードドライバSWDは、かかるサブアレイの左右に1
28個ずつに分割して配置される。上記256対の相補
ビット線BLに対応して設けられる256個のセンスア
ンプSAは、前記のようなシェアードセンスアンプ方式
に加えて、さらに交互配置とし、かかるサブアレイの上
下において128個ずつに分割して配置される。
【0023】右上配置される第2のサブアレイSBAR
Yは、特に制限されないが、正規のサブワード線SWL
が256本に加えて8本の予備(冗長)ワード線が設け
られ、相補ビット線対は256対から構成される。それ
故、上記256+8本のサブワード線SWLに対応した
264個のサブワードドライバSWDは、かかるサブア
レイの左右に132個ずつに分割して配置される。セン
スアンプは、上記同様に128個ずつが上下に配置され
る。すなわち、上記右側の上下に配置されるサブアレイ
SBARYに形成される256対のうちの128対の相
補ビット線は、それに挟まれたセンスアンプSAに対し
てシェアードスイッチMOSFETを介して共通に接続
される。
【0024】左下配置される第3のサブアレイSBAR
Yは、右隣接のサブアレイSBARYと同様にサブワー
ド線SWLが256本により構成される。上記同様に1
28個のサブワードドライバが分割して配置される。上
記下側左右に配置されたサブアレイSBARYの256
本のうちの128本のサブワード線SWLは、それに挟
まれた領域に形成された128個のサブワードドライバ
SWDに対して共通に接続される。上記のように左下配
置されるサブアレイSBARYは、256対からなる正
規の相補ビット線BLに加えて、4対の予備(冗長)ビ
ット線4REDが設けられる。それ故、上記260対か
らなる相補ビット線BLに対応した260個のセンスア
ンプSAは、かかるサブアレイの上下に130個ずつに
分割して配置される。
【0025】左上配置される第4のサブアレイSBAR
Yは、右隣接のサブアレイSBARYと同様に正規のサ
ブワード線SWLが256本に予備サブワード線が8本
設けられ、下隣接のサブアレイと同様に正規の相補ビッ
ト線対の256対に加えて、予備のビット線が4対設け
られるので、サブワードドライバは、左右に132個ず
つ分割して配置され、センスアンプSAは上下に130
個ずつが分割して配置される。
【0026】メインワード線MWLは、その1つが代表
として例示的に示されているように前記のような水平方
向に延長される。また、カラム選択線YSは、その1つ
が代表として例示されるように縦方向に延長される。上
記メインワード線MWLと平行にサブワード線SWLが
配置され、上記カラム選択線YSと平行に相補ビット線
BL(図示ぜす)が配置されるものである。この実施例
では、特に制限されないが、上記4つのサブアレイを基
本単位の1組として、図2のように8Mビット分のメモ
リアレイでは、ビット線方向には8組のサブアレイが形
成され、ワード線方向には4組のサブアレイが構成され
る。1組のサブアレイが4個で構成されるから、上記8
Mビットのメモリアレイでは、8×4×4=128個の
サブアレイが設けられる。上記8Mビットのメモリアレ
イがチップ全体では8個設けられるから、メモリチップ
全体では128×8=1024個ものサブアレイが形成
されるものである。
【0027】上記4個からなるサブアレイに対して、8
本のサブワード選択線FX0B〜FX7Bが、メインワ
ード線MWLと同様に4組(8個)のサブアレイを貫通
するように延長される。そして、サブワード選択線FX
0B〜FX3Bからなる4本と、FX4B〜FX7Bか
らなる4本とが上下のサブアレイ上に分けて延長させる
ようにする。このように2つのサブアレイに対して1組
のサブワード選択線FX0B〜FX7Bを割り当て、か
つ、それらをサブアレイ上を延長させるようにする理由
は、メモリチップサイズの小型化を図るためである。
【0028】つまり、各サブアレイに対して上記8本の
サブワード選択線FX0B〜FX7Bを割り当て、しか
もそれをセンスアンプエリア上の配線チャンネルに形成
した場合、図1のメモリアレイのように短辺方向の32
個ものセンスアンプで、8×32=256本分もの配線
チャンネルが必要になるものである。これに対して、上
記の実施例では、配線そのものが、上下2つのサブアレ
イに対して上記8本のサブワード選択線FX0B〜FX
7Bを共通に割り当て、しかも、それをサブアレイ上を
メインワード線と平行に互いに混在させるように配置さ
せることにより、格別な配線専用領域を設けることなく
形成することができる。
【0029】そもそも、サブアレイ上には、8本のサブ
ワード線に対して1本のメインワード線が設けられるも
のであり、その8本の中の1本のサブワード線を選択す
るためにサブワード選択線FX0B〜FX7Bが必要に
なるものである。メモリセルのピッチに合わせて形成さ
れるサブワード線SWLの8本分に1本の割り合いでメ
インワード線MWLが形成されるものであるために、メ
インワード線MWLの配線ピッチは緩やかになってい
る。したがって、メインワード線MWLと同じ配線層を
利用して、上記サブワード選択線をメインワード線の間
に形成することは配線ピッチの緩やかさを少し犠牲にす
るだけで比較的容易にできるものである。
【0030】この実施例のサブワードドライバSWD
は、上記サブワード選択線FX0B等を通して供給され
る選択信号と、それを反転させた選択信号とを用いて1
つのサブワード線SWLを選択する構成を採る。そし
て、サブワードドライバSWDは、それを中心として左
右に配置されるサブアレイのサブワード線SWLを同時
に選択するような構成を採るものである。そのため、上
記のようにFX0B等を共有する2つのサブアレイに対
しては、128×2=256個ものサブワードドライバ
に対して、上記4本のサブワード選択線を割り振って供
給する。つまり、サブワード選択線FX0Bに着目する
と、2つのサブアレイに対して256÷4=64個もの
サブワードドライバSWDに選択信号を供給する必要が
ある。
【0031】上記メインワード線MWLと平行に延長さ
れるものを第1のサブワード選択線FX0Bとすると、
左上部のクロスエリアに設けられ,上記第1のサブワー
ド選択線FX0Bからの選択信号を受けるサブワード選
択線駆動回路FXDを介して、上記上下に配列される6
4個のサブワードドライバに選択信号を供給する第2の
サブワード選択線FX0が設けられる。上記第1のサブ
ワード選択線FX0Bは上記メインワード線MWL及び
サブワード線SWLと平行に延長されるのに対して上記
第2のサブワード選択線は、それと直交するカラム選択
線YS及び相補ビット線BLと平行にサブワードドライ
バ領域上を延長される。上記8本の第1のサブワード選
択線FX0B〜FX7Bと同様に、上記第2のサブワー
ド選択線FX0〜FX7も、偶数FX0,2,4,6
と、奇数FX1,3,5,7とに分割されてサブアレイ
SBARYの左右に設けられたサブワードドライバSW
Dに振り分けられて配置される。
【0032】上記サブワード選択線駆動回路FXDは、
同図において■で示したように、1つのクロスエリアの
上下に2個ずつ分配して配置される。つまり、上記のよ
うに左上部のクロスエリアでは、下側に配置されたサブ
ワード選択線駆動回路が上記第1のサブワード選択線F
X0Bに対応され、左中間部のクロスエリアに設けられ
た2つのサブワード選択線駆動回路FXDが、第1のサ
ブワード選択線FX2Bと、FX4Bに対応され、左下
部のクロスエリアの上側に配置されたサブワード選択線
駆動回路が上記第1のサブワード選択線FX6Bに対応
される。
【0033】中央上部のクロスエリアでは、下側に配置
されたサブワード選択線駆動回路が上記第1のサブワー
ド選択線FX1Bに対応され、中央中間部のクロスエリ
アに設けられた2つのサブワード選択線駆動回路FXD
が、第1のサブワード選択線FX3Bと、FX5Bに対
応され、中央下部のクロスエリアの上側に配置されたサ
ブワード選択線駆動回路が上記第1のサブワード選択線
FX7Bに対応される。そして、右上部のクロスエリア
では、下側に配置されたサブワード選択線駆動回路が上
記第1のサブワード選択線FX0Bに対応され、右中間
部のクロスエリアに設けられた2つのサブワード選択線
駆動回路FXDが、第1のサブワード選択線FX2B
と、FX4Bに対応され、右下部のクロスエリアの上側
に配置されたサブワード選択線駆動回路が上記第1のサ
ブワード選択線FX6Bに対応される。このようにメモ
リアレイの端部に設けられたサブワードドライバでは、
その右側にはサブアレイが存在しないから、左側だけの
サブワード線SWLのみを駆動する。
【0034】この実施例のようにサブアレイ上のメイン
ワード線MWLのピッチの隙間にサブワード選択線FX
Bを配置する構成では、格別な配線チャンネルが不要に
できるから、1つのサブアレイに8本のサブワード選択
線を配置するようにしてもメモリチップが大きくなるこ
とはない。しかしながら、上記のようなサブワード選択
線駆動回路FXDを形成するためにクロス領域の面積が
増大し、高集積化を妨げることとなる。つまり、上記ク
ロスエリアには、同図において点線で示したようなメイ
ン入出力線MIOやローカル入出力線LIOに対応して
設けられるスイッチ回路IOSWや、センスアンプを駆
動するパワーMOSFET、シェアードスイッチMOS
FETを駆動するための駆動回路、プリチャージMOS
FETを駆動する駆動回路等の周辺回路が形成されるた
めに面積的な余裕が無いからである。このため、図3の
実施例では、上/下の2つのサブアレイでサブワード選
択線駆動回路FXDを共用して面積増加を抑えている。
【0035】上記クロスエリアのうち、偶数に対応した
第2のサブワード選択線FX0〜FX6の延長方向Aに
配置されたものには、後述するようにセンスアンプに対
して定電圧化された内部電圧VDLを供給するNチャン
ネル型のパワーMOSFETQ16及びオーバードライ
ブ用の電源電圧VDDを供給するNチャンネル型のパワ
ーMOSFETQ15、及びセンスアンプに対して回路
の接地電位VSSを供給するためのNチャンネル型のパ
ワーMOSFETQ14が設けられる。
【0036】上記クロスエリアのうち、奇数に対応した
第2のサブワード選択線FX1〜FX7の延長方向Bに
配置されたものには、IOスイッチ(ローカルIO(L
IO)とメインIO(MIO)間のスイッチMOSFE
T)と、ビット線のプリチャージ及びイコライズ用MO
SFETをオフ状態にさせるインバータ回路と、特に制
限されないが、センスアンプに対して回路の接地電位V
SSを供給するためのNチャンネル型のパワーMOSF
ETとが設けられる。このNチャンネル型のパワーMO
SFETは、センスアンプ列の両側からセンスアンプを
構成するNチャンネル型MOSFETの増幅MOSFE
Tの共通ソース線(CSN)に接地電位を供給するもの
である。つまり、センスアンプエリアに設けられる12
8個又は130個のセンスアンプに対しては、上記A側
のクロスエリアに設けられたNチャンネル型のパワーM
OSFETと、上記B側のクロスエリアに設けられたN
チャンネル型のパワーMOSFETの両方により接地電
位が供給される。
【0037】上記のようにサブワード線駆動回路SWD
は、それを中心にして左右両側のサブアレイのサブワー
ド線を選択する。これに対して、上記選択された2つの
サブアレイのサブワード線に対応して左右2つのセンス
アンプが活性化される。つまり、サブワード線を選択状
態にすると、アドレス選択MOSFETがオン状態とな
り、記憶キャパシタの電荷がビット線電荷と合成されて
しまうので、センスアンプを活性化させてもとの電荷の
状態に戻すという再書き込み動作を行う必要があるから
である。このため、上記端部のサブアレイに対応したも
のを除いて、上記パワーMOSFETは、それを挟んで
両側のセンスアンプを活性化させるために用いられる。
これに対して、サブアレイ群の端に設けられたサブアレ
イの右側又は左側に設けられたサブワード線駆動回路S
WDでは、上記サブアレイのサブワード線しか選択しな
いから、上記パワーMOSFETは、上記サブアレイに
対応した片側のセンスアンプ群のみを活性化するもので
ある。
【0038】上記センスアンプは、シェアードセンス方
式とされ、それを挟んで両側に配置されるサブアレイの
うち、上記サブワード線が非選択された側の相補ビット
線に対応したシェアードスイッチMOSFETがオフ状
態にされて切り離されることにより、上記選択されたサ
ブワード線に対応した相補ビット線の読み出し信号を増
幅し、メモリセルの記憶キャパシタをもとの電荷状態に
戻すという再書き込み動作を行う。
【0039】図4には、この発明に係るダイナミック型
RAMのセンスアンプ部を中心にして、アドレス入力か
らデータ出力までの簡略化された一実施例の回路図が示
されている。同図においては、2つのサブアレイ15に
上下から挟まれるようにされたセンスアンプ16と前記
交差エリア18に設けられる回路が例示的に示され、他
はブロック図として示されている。また、点線で示され
た回路ブロックは、前記符号によりそれぞれが示されて
いる。
【0040】ダイナミック型メモリセルは、上記1つの
サブアレイ15に設けられたサブワード線SWLと、相
補ビット線BL,BLBのうちの一方のビット線BLと
の間に設けられた1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MOS
FETQm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、サブワード線S
WLに接続され、このMOSFETQmのドレインがビ
ット線BL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VPLTが与えられる。上記MOS
FETQmの基板(チャンネル)には負のバックバイア
ス電圧VBBが印加される。特に制限されないが、後述
するような理由によって、上記バックバイアス電圧VB
Bは、従来のように−1Vのような比較的大きな電圧で
はなく、−0.5V程度の浅いバックバイアス電圧に設
定される。上記サブワード線SWLの選択レベルは、上
記ビット線のハイレベルに対して上記アドレス選択MO
SFETQmのしきい値電圧分だけ高くされた高電圧V
PPとされる。
【0041】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、センスアンプにより増幅されて
ビット線に与えられるハイレベルは、上記内部電圧VD
L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VPPはVDL+Vth+αにされ
る。センスアンプの左側に設けられたサブアレイの一対
の相補ビット線BLとBLBは、同図に示すように平行
に配置される。かかる相補ビット線BLとBLBは、シ
ェアードスイッチMOSFETQ1とQ2によりセンス
アンプの単位回路の入出力ノードと接続される。
【0042】センスアンプの単位回路は、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MOSFETQ5,Q6及びPチャンネル型
の増幅MOSFETMOSFETQ7,Q8から構成さ
れる。Nチャンネル型MOSFETQ5とQ6のソース
は、共通ソース線CSNに接続される。Pチャンネル型
MOSFETQ7とQ8のソースは、共通ソース線CS
Pに接続される。上記共通ソース線CSNとCSPに
は、それぞれパワースイッチMOSFETが接続され
る。特に制限されないが、Nチャンネル型の増幅MOS
FETQ5とQ6のソースが接続された共通ソース線C
SNには、上記クロスエリア18に設けられたNチャン
ネル型のパワースイッチMOSFETQ14により接地
電位に対応した動作電圧が与えられる。
【0043】特に制限されないが、上記Pチャンネル型
の増幅MOSFETQ7とQ8のソースが接続された共
通ソース線CSPには、上記クロスエリア18に設けら
れたオーバードライブ用のNチャンネル型のパワーMO
SFETQ15と、上記内部電圧VDLを供給するNチ
ャンネル型のパワーMOSFETQ16が設けられる。
上記オーバードライブ用の電圧には、特に制限されない
が、外部端子から供給される電源電圧VDDが用いられ
る。あるいは、センスアンプ動作速度の電源電圧VDD
依存性を軽減するために、ゲートにVPPが印加され、
ドレインに電源電圧VDDが供給されたNチャンネル型
MOSFETのソースから上記電圧を得るものとしてわ
ずかに降圧してもよい。
【0044】上記Nチャンネル型のパワーMOSFET
Q15のゲートに供給されるセンスアンプオーバードラ
イブ用活性化信号SAP1は、上記Nチャンネル型MO
SFETQ16のゲートに供給される活性化信号SAP
2と同相の信号とされ、SAP1とSAP2は時系列的
にハイレベルにされる。特に制限されないが、SAP1
とSAP2のハイレベルは昇圧電圧VPPレベルの信号
とされる。つまり、昇圧電圧VPPは、約3.8Vであ
るので、上記Nチャンネル型MOSFETQ15を十分
にオン状態にさせることができる。MOSFETQ15
がオフ状態(信号SAP1がロウレベル)の後にはMO
SFETQ16のオン状態(信号SAP2がハイレベ
ル)によりソース側から内部電圧VDLに対応した電圧
を出力させることができる。
【0045】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MOSF
ETQ11と、相補ビット線にハーフプリチャージ電圧
VBLRを供給するスイッチMOSFETQ9とQ10
からなるプリチャージ(イコライズ)回路が設けられ
る。これらのMOSFETQ9〜Q11のゲートは、共
通にプリチャージ信号PCBが供給される。このプリチ
ャージ信号PCBを形成するドライバ回路は、図示しな
いが、上記クロスエリアにインバータ回路を設けて、そ
の立ち上がりや立ち上がりを高速にする。つまり、メモ
リアクセスの開始時にワード線選択タイミングに先行し
て、各クロスエリアに分散して設けられたインバータ回
路を通して上記プリチャージ回路を構成するMOSFE
TQ9〜Q11を高速に切り替えるようにするものであ
る。
【0046】上記クロスエリア18には、IOSW(ロ
ーカルIOとメインIOを接続するスイッチMOSFE
Tき19,Q20)が置かれる。さらに、図4に示した
回路以外にも、必要に応じて、センスアンプのコモンソ
ース線CSPとCSNのハーフプリチャージ回路、ロー
カル入出力線LIOのハーフプリチャージ回路、メイン
IOのVDLプリチャージ回路、シェアード選択信号線
SHRとSHLの分散ドライバ回路等も設けられる。
【0047】センスアンプの単位回路は、シェアードス
イッチMOSFETQ3とQ4を介して図下側のサブア
レイ15の同様な相補ビット線BL,BLBに接続され
る。例えば、上側のサブアレイのサブワード線SWLが
選択されたときには、センスアンプの上側シェアードス
イッチMOSFETQ1とQ2はオン状態に、下側シェ
アードスイッチMOSFETQ3とQ4とがオフ状態に
される。スイッチMOSFETQ12とQ13は、カラ
ムスイッチ回路を構成するものであり、上記選択信号Y
Sが選択レベル(ハイレベル)にされるとオン状態とな
り、上記センスアンプの単位回路の入出力ノードとロー
カル入出力線LIO1とLIO1B、LIO2,LIO
2B等とを接続させる。
【0048】これにより、センスアンプの入出力ノード
は、上記上側の相補ビット線BL,BLBに接続され
て、選択されたサブワード線SWLに接続されたメモリ
セルの微小信号を増幅し、上記カラムスイッチ回路(Q
12とQ13)を通してローカル入出力線LIO1,L
IO1Bに伝える。上記ローカル入出力線LIO1,L
IO1Bは、上記センスアンプ列に沿って、つまり、同
図では横方向に延長される。上記ローカル入出力線LI
O1,LIO1Bは、クロスエリア18に設けられたN
チャンネル型MOSFETQ19とQ20からなるIO
スイッチ回路を介してメインアンプ61の入力端子が接
続されるメイン入出力線MIO,MIOBに接続され
る。なお、上記IOスイッチ回路は、選択信号IOSW
によりスイッチ制御され、後述するように上記Nチャン
ネル型MOSFETQ19とQ20のそれぞれにPチャ
ンネル型MOSFETを並列に接続したCMOSスイッ
チとされる。
【0049】特に制限されないが、上記カラムスイッチ
回路は、1つの選択信号YSにより二対の相補ビット線
BL,BLBと二対のローカル入出力線LIO1,LI
O1BとLIO2,LIO2Bとを接続させる。それ
故、1つのメインワード線の選択動作により選択された
サブアレイにおいて、その両側に設けられるセンスアン
プに対応して設けられる上記二対のカラムスイッチ回路
により合計四対の相補ビット線が選択されることにな
る。シンクロナスDRAMのバーストモードでは、上記
カラム選択信号YSがカウンタ動作により切り換えら
れ、上記ローカル入出力線LIO1,LIO1Bとサブ
アレイの相補ビット線BL,BLBとの接続が順次に切
り換えられる。
【0050】アドレス信号Aiは、アドレスバッファ5
1に供給される。このアドレスバッファは、時分割的に
動作してXアドレス信号とYアドレス信号を取り込む。
Xアドレス信号は、プリデコーダ52に供給され、メイ
ンローデコーダ11とメインワードドライバ12を介し
てメインワード線MWLの選択信号が形成される。上記
アドレスバッファ51は、外部端子から供給されるアド
レス信号Aiを受けるものであるので、外部端子から供
給される電源電圧VDDにより動作させられ、上記プリ
デコーダは、降圧電圧VPERIにより動作させられ、
上記メインワードドライバ12は、昇圧電圧VPPによ
り動作させられる。カラムデコーダ(ドライバ)53
は、上記アドレスバフッァ51の時分割的な動作によっ
て供給されるYアドレス信号を受けて、上記選択信号Y
Sを形成する。
【0051】上記メインアンプ61は、降圧電圧VPE
RIにより動作させられ、外部端子から供給される電源
電圧VDDで動作させられる出力バッファ62を通して
外部端子Dout から出力される。外部端子Dinから入力
される書き込み信号は、入力バッファ63を通して取り
込まれ、同図においてメインアンプ61に含まれる後述
するようなライトアンプを通して上記メイン入出力線M
IOとMIOBに書き込み信号を供給する。上記出力バ
ッファの入力部には、レベルシフト回路とその出力信号
を上記クロック信号に対応したタイミング信号に同期さ
せて出力させるための論理部が設けられる。
【0052】特に制限されないが、上記外部端子から供
給される電源電圧VDDは、3.3Vにされ、内部回路
に供給される降圧電圧VPERIは2.5Vに設定さ
れ、上記センスアンプの動作電圧VDLは2.0Vとさ
れる。そして、ワード線の選択信号(昇圧電圧)は、
3.6Vにされる。ビット線のプリチャージ電圧VBL
Rは、VDL/2に対応した1.0Vにされ、プレート
電圧VPLTも1.0Vにされる。そして、基板電圧V
BBは−0.5Vにされる。
【0053】図5には、上記内部降圧回路の一実施例の
回路図が示されている。この内部降圧回路は、内部基準
電圧VLに基づいて上記2.5Vのような内部電圧VP
ERI又は上記2.0Vのような内部電圧VDLを形成
する。同図のMOSFETに付された回路記号は、図面
を見やすくために前記図4の回路のものと一部重複して
いるが、それぞれは別個の回路機能を持つものであると
理解されたい。このことは、後に説明する図6において
も同様である。Nチャンネル型の差動MOSFETQ1
とQ2、その共通ソースと回路の接地電位との間にソー
ス−ドレイン経路が接続され、ゲートに動作制御信号φ
OPが供給されることによって動作時のみに動作電流を
流すようにされたNチャンネル型の電流源MOSFET
Q3と、上記MOSFETQ1とQ2のドレインと電源
電圧VDDとの間にそれぞれダイオート形態にされたP
チャンネル型MOSFETQ4とQ5が設けられる。
【0054】上記差動MOSFETQ1とQ2のドレイ
ン出力信号は、次の出力駆動回路を通して出力MOSF
ETQ10のゲートに伝えられる。上記一方の差動MO
SFETQ1のドレイン電流は、上記Pチャンネル型M
OSFETQ4とPチャンネル型MOSFETQ6から
なる電流ミラー回路を介してダイオード形態にされたN
チャンネル型MOSFETQ8に供給される。このMO
SFETQ8のソースは回路の接地電位に接続される。
上記MOSFETQ8には、電流ミラー形態にされたN
チャンネル型MOSFETQ9が設けられる。上記他方
の差動MOSFETQ2のドレイン電流は、上記Pチャ
ンネル型MOSFETQ5とPチャンネル型MOSFE
TQ7からなる電流ミラー回路を介して上記MOSFE
TQ9のドレインに供給される。
【0055】上記Pチャンネル型MOSFETQ7とQ
9の共通接続されたドレイン電圧が駆動電圧としてPチ
ャンネル型の出力MOSFETQ10のゲートに供給さ
れる。この構成では、上記差動MOSFETQ1とQ2
のドレイン電流の差分に対応した電流によって出力MO
SFETQ10のゲート容量が充放電されて駆動電圧が
形成される。それ故、出力MOSFETQ10のゲート
に供給される駆動電圧は、ほぼ電源電圧VDDから回路
の接地電位のような大きな信号振幅となり、出力MOS
FETQ10のゲートに印加される駆動電圧のダイナミ
ックレンジが大きくなり、出力MOSFETQ10から
大きな駆動電流を形成することができる。
【0056】上記差動MOSFETQ1のゲートには、
基準電圧VLが印加され、上記出力MOSFETQ10
のドレインから内部電圧VPERI(又はVDL)が出
力される。この出力MOSFETQ10のドレイン側に
設けられた抵抗R1とR2で形成された分圧電圧が、上
記帰還電圧として上記差動MOSFETQ2のゲートに
供給される。この実施例では、上記抵抗R1とR2の抵
抗値を等しく形成することにより、差動回路と出力駆動
回路では、上記基準電圧VLと、第2内部電圧VPER
I(VDL)の1/2に分割された帰還電圧とが等しく
なるように上記出力MOSFETQ10を制御するの
で、上記1/2にされた基準電圧VL(VPERI/2
又はVDL/2)を用いて、その2倍に電圧増幅された
第2内部電圧VPERI(VDL)を形成することがで
きる。なお、上記抵抗R1,R2は、2つのMOSトラ
ンジスタのダイオード接続によっても実現できる。
【0057】上記のように降圧回路で形成された内部電
圧VPERI又はVDLの安定化のために平滑容量C1
が接続される。この平滑容量C1は、ゲート酸化膜を誘
電体として用いるMOS容量が利用される。つまり、図
8に示した電圧特性図のように、バーンイン試験時にお
いても上記内部電圧VPERIやVDLは、4V以下の
比較的小さな電圧に収まるので、デバイス微細化に伴う
ゲート絶縁膜の膜厚が薄くされても、キャパシタC1に
おいて上記バーンイン試験によってリーク電流の増加あ
るいはゲート絶縁膜破壊が生じてしまうという問題の生
じる可能性はない。そして、上記のような降圧回路で
は、帰還増幅回路を利用して降圧電圧を形成し、供給電
流能力は比較的大きくできるものであるが負荷としての
多数の内部回路のパルス動作に対応して流れるパルス電
流による出力電圧の変化を小さく抑えるため大面積のM
OSゲート容量でまかなうものである。
【0058】図6には、上記内部昇圧回路の一実施例の
回路図が示されている。この内部昇圧回路は、チャージ
ポンプ回路を利用して上記3.6Vのような昇圧電圧V
PPを形成する。入力パルスP1とP2は、電源電圧V
DDで動作するインバータ回路で形成されるものであ
り、入力パルスP3は、セルフブーストを用いてハイレ
ベルが2VDDであるものとする。特願平8−3452
91号の図11参照。
【0059】図6の内部昇圧回路の動作は、以下の通り
である。入力パルスP1,P2,P3がロウレベルのと
きにプリチャージ動作が行われる。すなわち、インバー
タ回路IV1の出力はハイレベル(VDD)となり、キ
ャパシタC1のカプリング動作により、ノードN1を2
VDDにチャージアップする。このとき、入力パルスP
2はロウレベルであるから、ノードN2はMOSFET
Q13のオン状態によりVDDレベルにプリチャージさ
れる。同様に、入力パルスP3もロウレベルであるか
ら、ノードN3はMOSFETQ12のオン状態によ
り、VDDレベルにプリチャージされる。この結果、M
OSFETQ14はドレインとゲートが共にVDDレベ
ルであり、オフ状態である。
【0060】次に、入力パルスP1、P2がハイレベル
(VDD)、入力パルスP3もハイレベル(2VDD)
に変化する。上記入力パルスP1のハイレベルによりイ
ンバータ回路IV1の出力はロウレベルとなり、キャパ
シタC1を介してノードN1を2VDDレベルからVD
Dレベルに低下させる。これにより、MOSFETQ1
2、Q13がオフ状態となる。入力パルスP2のハイレ
ベルによりノードN2はVDDレベルから2VDDにチ
ャージアップされ、入力パルスP3のハイレベル(2V
DD)により、ノードN3はVDDから3VDDにチャ
ージアップされる。こうして、MOSFETQ14のド
レイン(ノードN2)が2VDDに、ゲート(ノードN
3)が3VDDであるので、MOSFETQ14による
レベル損失なしにノードN2の2VDDレベルがVPP
側に出力される。
【0061】このような動作を連続して行うことによ
り、最終的にはVPPを2VDDまで上昇させることが
できる。しかし、VPPは前記のようにVDL=2Vで
は3.6Vであればよいので、図示しないVDLをもと
にしたVPP電圧検出回路によりVPPが上記3.6V
に到達すると、上記入力パルスP1〜P3の供給を停止
させて、上記電圧3.6Vに維持する。もしも、ワード
線の選択動作等によりVPPが低下すると、再び上記入
力パルスP1〜P3を発生せて電圧低下分を補うように
する。このようなチャージポンプ回路の間欠的な動作制
御によって、消費電力を抑制しながら昇圧電圧VPPを
上記のように約3.6Vに設定するものである。
【0062】上記昇圧電圧の安定化のための平滑容量と
しては、大きな容量値を得るとともに、前記のようなバ
ーンイン試験での平滑容量の耐圧破壊を防止するために
上記VPPが印加される深い深さのN型ウェル領域DW
と基板P−Subとの接合容量D1及びDW−Pウェル
間の接合容量D2を利用するものである。つまり、上記
のようなDWは、図1のチップの大半を占めるサブアレ
イの集合によって4つに分割されたメモリアレイが形成
される部分に深いウェルが全面的に形成されるために、
単位面積当たりの容量値(0.05tF/μm2 )でみ
るとMOS容量(4.93tF/μm2 )に比べて小さ
いが、その全体が占める面積が大きい(チップ面積の約
80%)から64Mビットを実現するものでは、接合容
量D1,D2各々は、約3000pFを超えるような巨
大な平滑容量を形成することができる。そして、その耐
圧電圧は10V以上と高耐圧素子なのでバーンイン試験
においても平滑容量の信頼性には何ら問題が生じない。
【0063】図7には、この発明に係る半導体記憶装置
の一実施例の素子構成図が示されている。図7(D)に
は、サブアレイ部の平面構成が示され、図7(A)に
は、上記図7(D)に示したセンスアンプSAが形成さ
れる部分に対応したA−A’線での断面構造が示され、
図7(B)には、上記図7(D)に示したサブワードド
ライバSWD形成される部分に対応したB−B’線での
断面構造が示され、図7(C)には、メモリアレイの周
辺回路部分の断面構造が示されている。これらは、トリ
プル(三重)ウェル採用のCMOS構造である。
【0064】図7(A)のセンスアンプSAが形成され
る部分では、接地電位(0V)が与えられたP型基板P
−Sub上に深い深さの上記N型ウェル領域DWが形成
され、センスアンプを構成するPチャンネル型MOSF
ET(P−SA)が形成部分には、N型ウェル領域NW
が形成さされる。かかるNウェル領域NWを利用して、
上記深い深さのN型ウェル領域DWに昇圧電圧VPPが
バイアス電圧として与えられる。そして、シェアードス
イッチSHL、イコライズEQ及びセンスアンプ構成す
るNチャンネル型MOSFET(N−SA)と、カラム
スイッチIO−SWやシェアードドスイッチSHRと
は、上記N型ウェル領域NWを挟んで左右に分けられ、
メモリアレイのセルCellとともにP型ウェル領域P
Wに形成される。このP型ウェル領域PWには、クロス
エリアにおいて基板バックバイアス電圧VBBが印加さ
れる。
【0065】図7(B)のサブワードドライバSWDが
形成される部分では、上記同様に接地電位(0V)が与
えられたP型基板P−Sub上に深い深さのN型ウェル
領域DWが形成され、サブワードドライバを構成するP
チャンネル型MOSFET(PMOS)の形成部分に
は、N型ウェル領域NWが形成さされる。かかるNウェ
ル領域NWを利用して、上記深い深さのN型ウェル領域
DWに昇圧電圧VPPがバイアス電圧として与えられ
る。そして、サブワードドライバSWDを構成するNチ
ャンネル型MOSFET(NMOS)が上記N型ウェル
領域NWを挟んで左右に分けられるか又はN型ウェル領
域NWの片方に集められるかして、メモリアレイのセル
CellとともにP型ウェル領域PWに形成される。こ
のP型ウェル領域PWは、センスアンプのP型ウェル領
域PWと同様、クロスエリアにおいて基板電圧VBBが
印加される。
【0066】図7(C)の周辺回路や入力出力回路を構
成するPチャンネル型MOSFET(PMOS)やNチ
ャンネル型MOSFET(NMOS)は、それぞれP型
基板P−Sub上に形成されたN型ウェル領域NW、P
型ウェル領域PWに形成される。周辺回路のN型ウェル
領域NWには上記降圧電圧VPERIが印加され、入出
力回路のN型ウェル領域NWには電源電圧VDDが印加
される。P型ウェル領域PWには、VSS(0V)が印
加される。
【0067】このように入出力回路のNチャンネル型M
OSFETがP型ウェル領域PW(0Vバイアス)上
に、Pチャンネル型MOSFETがN型ウェル領域NW
(VDDバイアス)上に作られるので、次の場合に好適
である。シンクロナスDRAMの入出力ピンのあるもの
は、入出力アンダーシュート対策のため、入出力ピンと
対VSSや対VDDにP−N接合ダイオードの挿入が要
求されることがある。これは図7(C)の構造であれ
ば、P型ウェル領域PW上にn+ 領域をN型ウェル領域
NW上にp+ 領域を入出力回路の近傍に設けることによ
り容易に実現することができる。これに対して、従来の
ツインウェル構造のDRAMでは、基板P−Subに基
板電圧VBBが印加されているので、対VSS対策のダ
イオード挿入は容易ではない。
【0068】上記メモリセルやセンスアンプあるいはワ
ードドライバのNチャンネル型MOSFETが形成され
るP型ウェル領域PWに供給される基板バックバイアス
電圧VBBは、特に制限されないが、−1Vあるいは−
0.5Vのような浅いバックバイアス電圧が印加され
る。バックバイアス電圧VBBの印加により、メモリア
レイの接合容量を下げたり、センスアンプやサブワード
ドライバのアンダーシュートによるメモリセル情報破壊
を防止する。
【0069】センスアンプSAは、ハーフプリチャージ
方式なのでそのラッチMOSは、降圧電圧VDLのさら
に1/2の電圧で動作させられる。したがって、VDL
=2Vでは、センスアンプのMOSFETが1VのVD
SとVGSで動作するので、そのしきい値電圧Vthは
できるだけ下げることが望ましい。しきい値電圧Vth
を下げる方法として、センスアンプのMOSFETが形
成されるチャンネル部の不純物濃度をイオン打ち込み技
術によってコントロールすることにより実現できる。し
かし、このように周辺回路のMOSFETとセンスアン
プのMOSFETのしきい値電圧Vthを切り分けよう
とするとマスク枚数及び製造プロセスが増加してしま
う。
【0070】そこで、本願発明ではMOSFETのしき
い値電圧調整のためにマスク切り分けに頼らずに、基板
電圧VBBを−1Vから−0.5Vのような浅いバック
バイアス電圧とするものである。このような浅いバック
バイアス電圧を用いて、メモリアレイの接合容量を下げ
たり、センスアンプやサブワードドライバのアンダーシ
ュートによるメモリセル情報破壊を防止する一方で、上
記バックバイアス電圧が印加されない周辺回路や入出力
回路のMOSFETに比べて、そのしきい値電圧Vth
の上昇分を0.1V以下に抑えることができ(VBB=
−1Vでは、しきい値電圧Vthは0.2Vも増加す
る)、製造プロセスの簡素化を図りつつ、上記センスア
ンプの高速動作を維持することが可能になる。そして、
センスアンプ部のNチャンネル型MOSFETとメモリ
セル部とを同じP型ウェル領域に形成することができる
から、高集積化も合わせて可能になるものである。
【0071】図8には、上記内部電圧回路の電圧特性図
が示されている。降圧回路及び昇圧回路のそれぞれは、
外部電圧VDDの許容変動範囲を含んでほほ一定の電圧
を形成する。つまり、3.3V版ではVPPは3.6
V、VPERIは2.5V、VDLは2Vに安定化され
る。2.5V版でも、特に制限されないが、VPPは
3.6V、VPERIはVDDと等しくされ、VDLは
2Vに安定化される。
【0072】3.3V版では電源電圧VDDの検出回路
が設けられて、4.2V以上に電源電圧を高くすると、
VPPは昇圧動作が停止させて電源電圧VDDがそのま
ま出力され、降圧電圧VPERIはVDDに追従してV
DD−1.5Vになるように変化し、降圧電圧VDLも
VDDに追従してVDD−2.3Vになるように変化
し、電源電圧VDDが5.5Vで設定されるバーンイン
試験時には、上記VPPはVDDに対応して5.5Vま
で高くなる。しかし、この実施例では、上記VPPの平
滑容量として深い深さのN型ウェル領域の接合容量を用
い、その対P−Sub、対P型ウェルPWの耐圧が10
V以上と高いためたに何ら問題が生じることはない。
【0073】2.5V版でも上記同様に電源電圧VDD
の検出回路が設けられて、3.2V以上に電源電圧を高
くすると、VPPは図6のチャージポンプ回路と図示さ
れない検出回路によりVDD+0.8Vを出力させるよ
うに動作し、降圧電圧VDLVDDに追従してVDD−
0.8Vになるように変化し、電源電圧VDDが4.0
Vに設定されるバーンイン試験時には、上記VPPはV
DDに対応して4.8Vまで高くなる。しかし、この実
施例では、上記VPPの平滑容量として深い深さのN型
ウェル領域の接合容量を用い、その耐圧が10V以上と
十分高いためたに何ら問題が生じることはない。なお、
2.5V版ではデバイスの微細化によりMOSゲートの
耐圧はいっそう低くなると予測されるので、上記昇圧電
圧VPPが5V以下でもMOS容量を用いると、前記の
ようなリーク電流の発生や絶縁膜破壊の生じる可能性が
高くなるものである。
【0074】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。すなわち、 (1) 外部端子から供給される電源電圧を受け、それ
を降圧した第1の内部電圧を形成する第1電圧発生回路
と、上記外部端子から供給される電源電圧を受け、チャ
ージポンプ回路により上記電源電圧以上に昇圧された第
2の内部電圧を形成する第2電圧発生回路と、上記第2
の内部電圧が供給され、P型半導体基板に形成された深
い深さのN型ウェル領域と、上記深い深さのN型ウェル
領域内に形成されたP型ウェル領域と、上記P型ウェル
領域にアドレス選択MOSFETが形成されたメモリセ
ルとを含み、上記第1内部電圧発生回路は出力電圧の平
滑容量を主としてMOSゲート容量を用い、上記第2内
部電圧発生回路は上記昇圧電圧の平滑容量を主として深
い深さのN型ウェル領域に生じるPN接合容量を用いる
ようにすることにより、バーンイン試験での高電源電圧
の印加によっても素子の信頼性を損なうことなく、デバ
イスの微細化と高速化を実現した半導体記憶装置を得る
ことができるという効果が得られる。
【0075】(2) 上記第1電圧発生回路と第2電圧
発生回路は、通常の動作に対応した電圧範囲ではそれぞ
れ一定の電圧を形成し、上記外部端子から供給された電
圧が所定の電圧を超えて高くされると、かかる外部端子
から供給される電源電圧の上昇に追従して上記第1の内
部電圧及び第2の内部電圧を通常動作よりも高くするこ
とより、電源電圧を高くするという簡単な方法によっ
て、短時間でのバーンイン試験が効果的に行うようにす
ることができるという効果が得られる。
【0076】(3) 上記メモリセルをダイナミック型
メモリセルで構成し、上記ワード線としてメインワード
線と、上記メインワード線の延長方向に対して分割され
た長さとされ、かつ、上記メインワード線と交差するビ
ット線方向に対して複数配置され、複数からなるダイナ
ミック型メモリセルのアドレス選択端子が接続されてな
るサブワード線からなる階層ワード線とし、相補ビット
線を上記複数のサブワード線とそれと直交するように配
置し、上記ダイナミック型メモリセルの入出力端子がそ
の一方に接続された複数の相補ビット線対とし、上記複
数のサブワード線及び上記複数の相補ビット線対及びこ
れらの交点に設けられた複数の上記ダイナミック型メモ
リセルによりサブアレイを構成し、かかるサブアレイを
上記深い深さのN型ウェル領域に形成されたP型ウェル
領域してその周囲をN型ウェル領域で囲み、上記第2の
内部電圧を上記P型ウェル領域の周囲を取り囲むN型ウ
ェル領域を介して上記深い深さのN型ウェル領域に与え
るようすることにより、サブアレイが形成されるPウェ
ルの電気的な分離を図りつつ、格別な素子形成エリアを
設けることなく、第2の内部電圧を安定化させる平滑容
量として大きな容量値を実現できるという効果が得られ
る。
【0077】(4) 複数からなるサブワード線配列の
両端側にサブワード線駆動回路を振り分けて分割配置
し、上記複数からなる相補ビット線配列の両端側にセン
スアンプを振り分けて分割配置し、上記1つのサブアレ
イは、上記複数のサブワード線駆動回路列と上記複数の
センスアンプ列とにより囲まれるように形成し、上記N
型ウェル領域には、上記サブワード線駆動回路とセンス
アンプを構成するPチャンネル型MOSFETを形成
し、Nチャンネル型MOSFETは上記メモリセルが形
成されるP型ウェル領域内に形成することより、メモリ
アレイ部の高集積化を実現することができるという効果
が得られるとともに、上記深い深さのN型ウェル領域を
利用して大きな容量値にされたVPP平滑容量を得るこ
とができるという効果が得られる。
【0078】(5) 上記サブアレイが形成されるP型
ウェル領域には、−0.5V程度の浅い基板バックバイ
アス電圧を供給してメモリセルの情報保持動作を維持
し、上記センスアンプ及びワードドライバを構成するN
チャンネル型MOSFETは周辺回路のNチャンネル型
MOSFETと同じホトマスクで形成することにより、
製造工程を増加させることなくセンスアンプやサブワー
ドドライバの高速動作を維持することができるという効
果が得られる。
【0079】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、上記
図1に示したダイナミック型RAMにおいてメモリアレ
イ、サブアレイ及びサブワードドライバの構成は、種々
の実施形態を採ることができるし、サブワードドライバ
を用いないワードシャント方式でもよい。
【0080】昇圧回路は、前記のような回路の他に種々
の実施形態を採ることができる。昇圧回路は、ダイナミ
ック型RAMが非動作時にリーク電流を補うような小さ
な電流供給能力を持つものと、ダイナミック型RAMの
動作時に対応して比較的大きな電流供給能力とを持つも
のとをその動作モードに対応して選択的に動作させるよ
うにしてDRAM全体の低消費電力化を図るようにする
ものであってもよい。この発明に係る半導体記憶装置
は、1チップマイクロコンピュータ等のようなディジタ
ル集積回路に内蔵されるものであってもよい。この発明
は、半導体記憶装置に広く利用することができる。
【0081】
【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、外部端子から供給される電
源電圧を受け、それを降圧した第1の内部電圧を形成す
る第1電圧発生回路と、上記外部端子から供給される電
源電圧を受け、チャージポンプ回路により上記電源電圧
以上に昇圧された第2の内部電圧を形成する第2電圧発
生回路と、上記第2の内部電圧が供給され、P型半導体
基板に形成された深い深さのN型ウェル領域と、上記深
い深さのN型ウェル領域内に形成されたP型ウェル領域
と、上記P型ウェル領域にアドレス選択MOSFETが
形成されたメモリセルとを含み、上記第1内部電圧発生
回路は出力電圧の平滑容量を主としてMOSゲート容量
を用い、上記第2内部電圧発生回路は上記昇圧電圧の平
滑容量を主として深い深さのN型ウェル領域に生じるP
N接合容量を用いるようにすることにより、バーンイン
試験での高電源電圧の印加によっても平滑容量素子の信
頼性を損なうことなく、デバイスの微細化と高速化を実
現した半導体記憶装置を得ることができる。
【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。
【図2】この発明が適用されるダイナミック型RAMを
説明するための概略レイアウト図である。
【図3】この発明に係るダイナミック型RAMにおける
サブアレイとその周辺回路の一実施例を示す概略レイア
ウト図である。
【図4】この発明に係るダイナミック型RAMのセンス
アンプ部を中心にして、アドレス入力からデータ出力ま
での簡略化された一実施例を示す回路図である。
【図5】上記ダイナミック型RAMに設けられる内部降
圧回路の一実施例を示す回路図である。
【図6】上記ダイナミック型RAMに設けられる昇圧回
路の一実施例を示す回路図である。
【図7】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示
す素子構成図である。
【図8】この発明に係る半導体記憶装置の内部電圧回路
の電圧特性図である。
【符号の説明】
10…メモリチップ、11…メインロウデコーダ領域、
12…メインワードドライバ領域、13…カラムデコー
ダ領域、14…周辺回路、ポンディングパッド領域、1
5…メセリセルアレイ(サブアレイ)、16…センスア
ンプ領域、17…サブワードドライバ領域、18…交差
領域(クロスエリア)、51…アドレスバッファ、52
…プリデコーダ、53…デコーダ、61…メインアン
プ、62…出力バッファ、63…入力バッファ、BLe
q…ビット線プリチャージ回路、LIOeq…ローカル
入出力線プリチャージ回路、MIOeq…メイン入出力
線プリチャージ回路、MIO−LIOsw…IOスイッ
チ回路、MA…メインアンプ、WA…ライトアンプ、C
1〜C3…キャパシタ、D1…接合容量、IV14…イ
ンバータ回路、Q1〜Q16…MOSFET。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部端子から供給される電源電圧を受
    け、それを降圧した第1の内部電圧を形成する第1電圧
    発生回路と、 上記外部端子から供給される電源電圧を受け、チャージ
    ポンプ回路により上記電源電圧以上に昇圧された第2の
    内部電圧を形成する第2電圧発生回路と、 上記第2の内部電圧が供給され、P型半導体基板に形成
    された深い深さのN型ウェル領域と、 上記深い深さのN型ウェル領域内に形成されたP型ウェ
    ル領域と、 上記P型ウェル領域にアドレス選択MOSFETが形成
    されたメモリセルとを含み、 上記第1内部電圧発生回路は、上記第1内部電圧の平滑
    容量としてMOSゲート容量を用い、 上記第2内部電圧発生回路は、上記昇圧された第2内部
    電圧の平滑容量として深い深さのN型ウェル領域に生じ
    るPN接合容量を用いてなることを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. 【請求項2】 上記第1電圧発生回路と第2電圧発生回
    路は、通常の動作に対応した電圧範囲ではそれぞれ一定
    の電圧を形成し、上記外部端子から供給された電圧が所
    定の電圧を超えて高くされると、かかる外部端子から供
    給される電源電圧の上昇に追従して上記第1の内部電圧
    及び第2の内部電圧を高くするものであることを特徴と
    する請求項1の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 上記メモリセルは、対応するワード線に
    ゲートが接続され、対応する相補ビット線の一方に一方
    のソース,ドレインが接続されたアドレス選択MOSF
    ETと、上記アドレス選択MOSFETの他方のソー
    ス,ドレインに蓄積ノードが接続され、他方に所定の電
    圧が与えられた記憶キャパシタとからなるダイナミック
    型メモリセルであり、 上記ワード線は、メインワード線と、上記メインワード
    線の延長方向に対して分割された長さとされ、かつ、上
    記メインワード線と交差するビット線方向に対して複数
    配置され、複数からなるダイナミック型メモリセルのア
    ドレス選択端子が接続されてなるサブワード線からな
    り、 上記相補ビット線は、上記複数のサブワード線と直交す
    るように配置され、上記ダイナミック型メモリセルの入
    出力端子がその一方に接続された複数の相補ビット線対
    からなり、 上記複数のサブワード線及び上記複数の相補ビット線対
    及びこれらの交点に設けられた複数の上記ダイナミック
    型メモリセルによりサブアレイが構成され、 かかるサブアレイは上記深い深さのN型ウェル領域に形
    成されたP型ウェル領域内に形成され、その周囲がN型
    ウェル領域に囲まれてなり、 上記第2の内部電圧は、上記P型ウェル領域の周囲を取
    り囲むN型ウェル領域を介して上記深い深さのN型ウェ
    ル領域に与えられるものであることを特徴とする請求項
    1又は請求項2の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 上記サブアレイは、 上記複数からなるサブワード線配列の両端側にサブワー
    ド線駆動回路が振り分けられて分割して配置され、 上記複数からなる相補ビット線配列の両端側にセンスア
    ンプが振り分けられて分割して配置され、 上記1つのサブアレイは、上記複数のサブワード線駆動
    回路列と上記複数のセンスアンプ列とにより囲まれるよ
    うに形成され、 上記N型ウェル領域には、上記サブワード線駆動回路と
    センスアンプを構成するPチャンネル型MOSFETが
    形成され、Nチャンネル型MOSFETは上記メモリセ
    ルが形成されるP型ウェル領域内に形成されるものであ
    ることを特徴とする請求項3の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 上記サブアレイが形成されるP型ウェル
    領域には、−0.5V程度の浅い基板バックバイアス電
    圧が供給され、 上記センスアンプ及びサブワードドライバを構成するN
    チャンネル型MOSFETは周辺回路のNチャンネル型
    MOSFETと同じホトマスクを用いて形成されること
    を特徴とする請求項3又は請求項4の半導体記憶装置。
JP10100782A 1998-04-13 1998-04-13 半導体記憶装置 Pending JPH11297957A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6734717B2 (en) 2001-12-29 2004-05-11 Hynix Semiconductor Inc. Charge pump circuit

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