JPH11339470A - ダイナミック型ram - Google Patents

ダイナミック型ram

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JPH11339470A
JPH11339470A JP10142000A JP14200098A JPH11339470A JP H11339470 A JPH11339470 A JP H11339470A JP 10142000 A JP10142000 A JP 10142000A JP 14200098 A JP14200098 A JP 14200098A JP H11339470 A JPH11339470 A JP H11339470A
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JP
Japan
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voltage
level
circuit
selection
word line
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Application number
JP10142000A
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English (en)
Inventor
Shigeki Ueda
茂樹 上田
Shuichi Miyaoka
修一 宮岡
Masayuki Nakamura
正行 中村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力で情報保持特性の改善を図ったダ
イナミック型RAMを提供する。 【解決手段】 複数のワード線と複数のビット線との交
点にアドレス選択MOSFET及び記憶キャパシタから
なる複数のダイナミック型メモリセルがマトッリクス状
に配置されてなるメモリアレイを備え、上記ワード線の
非選択レベルを上記ビット線に与えられるロウレベルよ
りも低く設定してなるダイナミック型RAMにおいて、
上記ワード線の非選択レベルと上記ビット線に与えられ
るロウレベルとの電位差を上記アドレス選択MOSFE
Tのオフ状態でのリーク電流が所望の電流値以下となる
ように調整可能にする。

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、ダイナミック型
RAM(ランダム・アクセス・メモリ)に関し、主とし
てワード線の非選択レベルを負電圧にしたものにおける
電源供給技術に利用して有効な技術に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ダイナミック型RAMにおけるメモリセ
ルの情報保持時間を長くするためには基板の不純物濃度
を薄くし、アドレス選択MOSFETのソース,ドレイ
ン拡散層と基板との間にできるpn接合の電界を小さく
する必要がある。このように基板の不純物濃度を低くす
ると、上記MOSFETのしきい値電圧が低くなり、ゲ
ート電圧が接地電位のような非選択レベルにした場合の
ソース,ドレイン間のリーク電流が増加してしまう。こ
のため、ゲートが接続されたワード線の非選択レベルを
負電圧にすることが提案されている。この負電圧は、チ
ャージポンプ回路を使用し、それを安定化するためにレ
ベルセンサにより発振回路を間欠的に動作するよう制御
するものである。このようにワード線の非選択レベルを
負の電圧にし、情報保持時間の改善を図るようにしたダ
イナミック型RAMの例として、特開平2−5290号
公報、特開平6−255566、特開平7−57461
号公報及び特開平7−307091号公報がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記ワード線の非選択
レベルは、上記メモリセルのアドレス選択MOSFET
のしきい値電圧のプロセスバラツキのワーストケースを
想定し、所定のレベルマージンを持って深めに(より負
電圧側)に設定する必要がある。そして、上記メモリセ
ルのアドレス選択MOSFETに対してバックバイアス
電圧を供給するものでは、上記非選択レベルが供給され
るソース,ドレイン領域と上記バックバイアス電圧が印
加される基板又はウェル領域とのpn接合が順バイアス
にならないように上記バックバイアス電圧を上記非選択
レベルよりもさらに深めに設定するものである。
【0004】上記MOSFETのしきい値電圧は、比較
的広い範囲のプロセスバラツキを持つものであり、これ
を満足させるように上記各電圧を設定すると、個々の製
品では余分に大きな電圧を印加することとなる。一般
に、上記負電圧は、ネガティブチャージポンプ回路で形
成するものであり、出力電圧の大きさに対応して消費電
流も大きくなる。また、上記アドレス選択MOSFET
のオフ状態でのリーク電流は、ソース−ドレイン間のリ
ーク電流と情報キャパシタの蓄積ノードに接続されたM
OSFETのソース,ドレイン領域と基板又はウェル間
のpn接合でのリーク電流とからなる。上記ソース−ド
レイン間のリーク電流は、ワード線の非選択レベルを深
くすることにより低減できるが、それに伴って上記基板
又はウェル領域の負バイアス電圧もより深くなり、上記
pn接合でのリーク電流を増大させる。つまり、上記M
OSFETのソース−ドレイン間のリーク電流を低減さ
せるためのワード線の非選択レベルの電位と、上記pn
接合部でのリーク電流の低減させための電界緩和とは相
反するものである。したがって、単純に上記MOSFE
Tのしきい値電圧のプロセスバラツキを考慮しただけの
電圧設定は、メモリセルの情報保持時間を最長にすると
いう点でも問題があるばかりか、消費電力も増大させて
しまうものである。
【0005】この発明の目的は、低消費電力で情報保持
特性の改善を図ったダイナミック型RAM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。
【0006】
【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、複数のワード線と複数のビ
ット線との交点にアドレス選択MOSFET及び記憶キ
ャパシタからなる複数のダイナミック型メモリセルがマ
トッリクス状に配置されてなるメモリアレイを備え、上
記ワード線の非選択レベルを上記ビット線に与えられる
ロウレベルよりも低く設定してなるダイナミック型RA
Mにおいて、上記ワード線の非選択レベルと上記ビット
線に与えられるロウレベルとの電位差を上記アドレス選
択MOSFETのオフ状態でのリーク電流が所望の電流
値以下となるように調整可能にする。
【0007】
【発明の実施の形態】図1には、この発明に係るダイナ
ミック型RAMの一実施例の概略回路図が示されてい
る。同図の各回路素子及び回路ブロックは、公知の半導
体集積回路の製造技術よって、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。同図には、ダ
イナミック型RAMのメモリアレイ部と内部電源回路と
が例示的に示されており、本願発明とは直接関係のない
アドレスやデータの入出力インターフェイス、カラム系
の選択回路等は省略されている。
【0008】図1には代表として示された1つのメモリ
アレイMCA1において、4本のワード線WLと、2対
の相補ビット線BL,/BLと、これらワード線と相補
ビット線のうちの一方BL又は/BLの間に設けられた
8つのメモリセル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MOSFE
TQmと記憶キャパシタCsから構成される。アドレス
選択MOSFETQmのゲートは、対応するワード線W
L等に接続され、このMOSFETQmのドレインは対
応するビット線BL等に接続され、ソースに記憶キャパ
シタCsの蓄積ノードが接続される。記憶キャパシタC
sの他方の電極は共通化されてプレート電圧が与えられ
る。
【0009】周知のようにMOSFETは双方向に電流
を流すものであり、上記MOSFETのドレイン、ソー
スは回路を説明する上での便宜的なものであると理解さ
れたい。つまり、記憶キャパシタCsの蓄積ノードの電
位が0Vであって、書き込み動作において、ビット線B
Lのハイレベルを上記キャパシタCsに書き込むときに
は、上記のようにビット線BLに接続されているのがド
レインとして作用し、キャパシタCsに接続されている
がソースとして作用する。逆に、読み出し動作のときに
は、上記キャパシタCsにハイレベルが蓄積されていた
なら、上記ソースとドレインが逆転して上記キャパシタ
Csの蓄積ノードからビット線BLに向けて電流が流れ
るようにされる。
【0010】この実施例のダイナミック型RAMにおい
ては、上記ワード線WL等の選択レベルは、上記ビット
線BL等のハイレベルに対して上記アドレス選択MOS
FETQmのしきい値電圧分だけ高くされた高電圧VC
Hとされる。そして、上記ワード線の非選択レベルは、
回路の接地電位VSSに対して低くされた負電圧VNN
とされる。このため、メモリアレイMCA1に対応され
たワード線を選択/非選択にするワードドライバSWD
1は、上記昇圧電圧VCHと上記負電圧VNNを動作電
圧として動作させられ、図示しないアドレスデコーダに
よって形成されたワード線の選択/非選択信号に従って
上記ワード線WLの電位をVCH又はVNNにする。
【0011】後述するセンスアンプを内部降圧電圧VD
Lで動作させるようにした場合、次に説明するセンスア
ンプにより増幅されてビット線に与えられる上記ハイレ
ベルは、上記内部電圧VDLに対応したレベルにされ
る。したがって、上記ワード線の選択レベルに対応した
高電圧VCHは、VDL+Vthのような高電圧にされ
る。センスアンプは、公知のように入力と出力とが交差
接続された2つのCMOSインバータ回路からなるCM
OSラッチ回路と、かかるCMOSラッチ回路に動作電
圧を供給するパワースイッチ回路からなる。センスアン
プの入出力ノードは、上記一対の相補ビット線BLと/
BLに接続される。上記相補ビット線BLと/BLは、
同図に示すように平行に延長するように配置され、容量
バランス等をとるために必要に応じて適宜に交差させら
れる。上記センスアンプがシェアードセンス方式をとる
ときには、相補ビット線BLと/BLとセンスアンプの
単位回路の入出力ノードとは、シェアードスイッチMO
SFETにより接続される。
【0012】図示しないが、センスアンプの単位回路
は、上記相補ビット線BL,/BLに対応して設けられ
る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MOSFET及びPチャンネ
ル型の増幅MOSFETMOSFETから構成される。
上記複数の相補ビット線にソース対等して設けられるN
チャンネル型MOSFETのソースは共通ソース線に接
続され、かかる共通ソース線にはセンスアンプの動作タ
イミングにおいてNチャンネル型のパワースイッチMO
SFETを介して回路の接地電位VSSが供給される。
上記同様なPチャンネル型MOSFETのソースもそれ
に対応した共通ソース線に接続され、かかる共通ソース
線にはセンスアンプの動作タイミングにおいてPチャン
ネル型のパワースイッチMOSFETを介して上記内部
降圧電圧VDLが供給される。
【0013】図示しないが、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MOSFETと、相補ビット線BL,/BLにハ
ーフプリチャージ電圧VDL/2を供給するスイッチM
OSFETからなるプリチャージ回路が設けられる。こ
れらのMOSFETのゲートは、共通にイコライズ(又
はプリチャージ)信号が供給される。このイコライズ信
号を形成するドライバ回路は、上記ワード線WLを駆動
するワードドライバSWD1等と同じく、選択レベルを
VCHとし非選択レベルをVNNのような負電圧とする
ものである。
【0014】上記電圧VNN、VBBは、内部電源回路
VNNgen、VBBgenにより形成される。内部電
源回路VNNgenは、発振回路、チャージポンプ回路
及びレベルセンサにより構成され、レベルサンサ部には
外部トリミング付きとされ、外部端子TM1,TM2に
より上記電圧VNNの電圧調整が可能にされる。同様に
内部電源回路VBBgenも、発振回路、チャージポン
プ回路及びレベルセンサにより構成され、レベルサンサ
部には外部トリミング付きとされ、外部端子TM1,T
M2により上記電圧VBBの電圧調整が可能にされる。
【0015】制御回路は、外部制御端子から供給される
ロウアドレスストローブ信号/RAS、カラムアドレス
ストローブ信号/CAS、ライトイネーブル信号/W
E、チップセレクト信号/CS等のような制御信号を受
けて、動作モードの判定とそれに必要な動作タイミング
信号を発生する。VCCは、例えば3.3V〜2.5V
のような外部電源電圧の供給端子であり、VSSは0V
のような回路の接地電位を供給する端子である。
【0016】特に制限されないが、この実施例のダイナ
ミック型RAMではメモリアレイ部がメモリアレイMC
A1,MCA2のように複数個に分割されて設けられ、
かかる複数のメモリアレイMCA1,MCA2のそれぞ
れに対応して上記内部電源回路VBBgen及びVNN
genも複数個設けられ、それぞれのメモリアレイMC
A1とMCA2に一対一に対応して上記電圧VBB1、
VNN1とVBB2、VNN2の供給を行うようにされ
る。
【0017】図2には、上記レベルセンサの一実施例の
回路図が示されている。この実施例では、上記VBB
(VNN)を一定の電圧幅内に設定するために2つのレ
ベルV1とV2の検出が行われる。つまり、V1>VB
B>V2の関係になるようにVBBの制御が行われる。
VNNgenに設けられるレベルセンサにおいても、同
様な回路の素子の定数を変えるようにして上記V1に対
応した図示しない電圧V1’、上記V2に対応した図示
しない電圧V2’がそれぞれ設定されて、V1’>VN
N>V2’の関係になるようにVNNの制御が行われ
る。ただし、VNN>VBBになるように上記電圧V
1,V1’、V2,V2’は設定されるものである。
【0018】電圧V1(上記V1’)は、バックバイア
ス電圧VBBの絶対値的に小さな(浅い)電圧に対応し
たものであり、V1<VBBになると上記発振回路の発
振動作を開始させてチャージポンプ回路によるバックバ
イアス電圧を絶対値的に大きくする。上記チャージポン
プ回路の動作によってバックバイアス電圧VBBがより
深くなってVBB<V2になると、上記発振回路の動作
を停止させるとともにチャージポンプ動作も停止させ
る。これにより、VBBは上記V1〜V2の範囲に収ま
るように制御される。
【0019】レベルセンサ1は、回路の接地電位にゲー
トが接続されたNチャンネル型MOSFETQ14とP
チャンネル型MOSFETQ13と、上記MOSFET
Q14のソースと基板電圧VBBとの間に設けられたダ
イオード形態のMOSFETM1、M2、M3と、これ
らのMOSFETM1〜M3を短絡するトリミング用の
スイッチMOSFETMS1〜MS3からなるレベルシ
フト回路によりセンスレベルが設定される。つまり、M
OSFETQ14のゲートに印加される回路の接地電位
0Vを基準にして、MOSFETQ14のしきい値電圧
Vthと、上記トリミング用のスイッチMOSFETMS
1〜MS3のオン状態/オフ状態に対応して上記ダイオ
ード接続のMOSFETM1〜M3のしきい値電圧Vth
1 ないしVth3 が選択的に加算された電圧に対して、V
BB(VNN)が絶対値的に大きくなると、上記MOS
FETQ14がオン状態となってそのドレイン出力をロ
ウレベルに変化させる。
【0020】この実施例では、特に制限されないが、低
消費電力化のためにMOSFETQ14の負荷として作
用するPチャンネル型MOSFETQ13のソースに
は、レベルシフト動作を行うダイオード接続のPチャン
ネル型MOSFETQ10とQ11が設けられる。ま
た、レベルセンサの動作を制御するために、Pチャンネ
ル型のスイッチMOSFETQ12が上記MOSFET
Q11に直列に設けられる。上記MOSFETQ12
は、レベルセンサの動作を有効にする信号SEによりス
イッチ制御される。信号SEのハイレベルにされると、
インバータ回路N1の出力信号がロウレベルとなり、上
記MOSFETQ12をオン状態にさせる。これによ
り、上記電流経路が形成されて電圧VBB(又はVN
N)のセンス動作が有効にされる。
【0021】上記トリミング用のNチャンネル型のスイ
ッチMOSFETMS1〜MS3のゲートには、Pチャ
ンネル型のスイッチMOSFETQ1〜Q3と、ヒュー
ズF1〜F3通して電源電圧が印加される。上記MOS
FETQ1ないしQ3のゲートには、プルダウン抵抗R
1〜R3により接地電位が供給される。これより、定常
状態ではスイッチMOSFETQ1〜Q3がオン状態と
なり、上記トリミング用のスイッチMOSFETMS1
〜MS3もオン状態にさせるので、上記ダイオード接続
のMOSFETM1〜M3が短絡状態にされる。したが
って、センスレベルV1は最も小さな電位に設定される
ものである。
【0022】上記各抵抗R1ないしR3には、電極(パ
ッドPD1〜PD3)が設けられており、かかるパッド
に電源電圧のようなハイレベルを供給すると、上記スイ
ッチMOSFETQ1〜Q3を選択的にオフ状態にさせ
ることができる。これにより、ヒューズF1〜F3を切
断しない状態で、等価的に上記ヒューズF1〜F3を切
断したと同じ状態を作り出すことができる。例えば、パ
ッドPD1にハイレベルを供給すると、Pチャンネル型
MOSFETQ1がオフ状態となり、これに対応してト
リミング用のスイッチMOSFETMS1がオフ状態に
される。したがって、この場合のセンス電圧V1は、上
記MOSFETQ14のしきい値電圧Vthに上記ダイオ
ード接続のMOSFETM1のしきい値電圧Vth1 を加
えた電圧Vth+Vth1 に設定される。
【0023】以下、上記バッドPD1とPD2にハイレ
ベルを供給すると、センス電圧V1は、上記MOSFE
TQ14のしきい値電圧Vthに上記ダイオード接続のM
OSFETM1とM2のしきい値電圧Vth1 、Vth2 を
加えた電圧Vth+Vth1 +Vth2 に設定される。上記バ
ッドPD1、PD2及びPD3にハイレベルを供給する
と、センス電圧V1は、上記MOSFETQ14のしき
い値電圧Vthに上記ダイオード接続のMOSFETM1
〜M3のしきい値電圧Vth1 〜Vth3 を加えた電圧Vth
+Vth1 +Vth2 +Vth3 に設定される。
【0024】上記MOSFETQ14のドレインから得
られるセンス出力は、Nチャンネル型MOSFETQ1
5のゲートに供給される。このMOSFETQ15のド
レインには、負荷としてPチャンネル型MOSFETQ
17が設けられ、そのゲートには上記MOSFETQ1
0とQ11によりレベルシフトされ、スイッチMOSF
ETQ12を通して電源電圧が印加される。上記MOS
FETQ15には、並列にNチャンネル型MOSFET
Q16が設けられ、上記MOSFETQ17にはPチャ
ンネル型MOSFETQ18が直列に設けられてノアゲ
ート構成とされる。これらのMOSFETQ16とQ1
8のゲートには、他方のレベルセンス出力が供給されて
ラッチ回路が構成される。
【0025】つまり、VBB>V1になると、MOSF
ETQ14がオフ状態、Q15がオン状態なってロウレ
ベルのセンス出力を形成し、インバータ回路N2を通し
てハイレベルの出力信号を形成する。これにより、ナン
ドゲート回路G1とインバータ回路N4からなる論理積
回路を通し、信号SEのハイレベルによってレベルセン
サの動作が有効にされたときに、内部電圧発生回路VB
B(VNN)genの動作開始信号を形成する。
【0026】レベルセンサ2は、上記信号SEを受ける
インバータ回路N1の出力によりスイッチ制御されるP
チャンネル型MOSFETQ20と、それに直列に接続
されて上記MOSFETQ10とQ11によりレベルシ
フトされ、スイッチMOSFETQ12を通した電圧が
ゲートに印加されたMOSFETQ21のドレインに、
ダイオード形態のMOSFETM4、M5、M6を直列
に接続し、上記基板電圧VBBと接続させる。これらの
MOSFETM4〜M6を短絡するトリミング用のスイ
ッチMOSFETMS4〜MS6によりセンスレベルの
調整が行われる。上記MOSFETQ21と上記MOS
FETM4〜M6で分圧された電圧が、Nチャンネル型
MOSFETQ22とPチャンネル型MOSFETQ2
4のゲートに印加され、そのロジックスレッショルド電
圧よりV2のセンス動作が行われる。
【0027】上記トリミング用のスイッチMOSFET
MS4〜MS6には、前記同様にPチャンネル型のスイ
ッチMOSFETQ4〜Q6を介してヒューズF4〜F
6から電源電圧が印加されてスイッチ制御が行われる。
そして、上記と同じパッドPD1〜PD3とプルダンウ
抵抗R1〜R3により、ヒューズF4〜F6を切断した
と同じ状態を作り出し、上記V2のレベル調整が行われ
る。
【0028】レベルセンサ2では、上記レベルセンサ1
の出力がハイレベルであること、言い換えるならば、基
板電圧VBBがV1より低下して内部電圧発生回路VB
Bgenが動作状態にされたとき、上記MOSFETQ
22Q24とともにナンドゲート回路を構成するNチャ
ンネル型MOSFETQ23とPチャンネル型MOSF
ETQ25が設けられ、上記レベルセンサ1の出力のハ
イレベルにより、MOSFETQ23がオン状態に、M
OSFETQ25がオフ状態になってレベルセンサ2の
動作が有効にされる。このとき、当然にV2<VBBの
関係にあるために、MOSFETQ22がオン状態であ
り、センス出力をロウレベルにする。したがって、イン
バータ回路N3を通してレベルセンサ1のMOSFET
Q16をオン状態に、Q18をオフ状態にさせる。
【0029】したがって、内部電圧発生回路VBBge
nの動作再開によって基板電圧VBBが低下してV1>
VBBとなりMOSFETQ14がオン状態に、MOS
FETQ15がオフ状態になっても、V2>VBBにな
るまでの間はレベルセンサ2の出力信号のロウレベルに
よって強制的にレベルセンサ1の出力はロウレベルに維
持されてラッチがかかった状態にされる。そして、内部
電圧発生回路VBBgenの動作継続によって基板電圧
VBBが更に低下してV2>VBBとなると、レベルセ
ンサ2の出力がハイレベルとなり、上記ラッチを解除し
てレベルセンサ1でのMOSFETQ14のオン状態、
MOSFETQ15がオフ状態に従ってインバータ回路
N2の出力信号がロウレベルとなり、上記ナンドゲート
回路G1及びインバータ回路N4を通してロウレベルの
出力信号を形成して内部電圧発生回路VBBgenの動
作を停止させる。
【0030】以上の動作は、ワード線の非選択レベルを
決める内部電圧発生回路VNNgenにおいても、上記
センスレベルがV1’とV2’となるだけで、同様な動
作を行うものである。
【0031】図3には、この発明に係るダイナミック型
RAMの概略動作を説明するための波形図が示されてい
る。同図においては、主にメモリセルの選択動作が示さ
れている。上記イコライズ信号EQは、メモリセルが情
報保持状態では上記内部高電圧VCHのようなハイレベ
ルにされている。これにより、相補ビット線BL,/B
Lを短絡するとともにハーフプリチャージ電圧VDL/
2を供給する。上記相補ビット線BL,/BLはハーフ
プリチャージ電圧VDL/2にされるので、イコライズ
信号EQのレベルはVDLのような低い電位でも動作そ
のものについては問題ないが、この実施例のように内部
高電圧VCHを用いることにより、上記短絡スイッチM
OSFETのオン抵抗を小さくして短時間で上記相補ビ
ット線BLと/BLのハイレベル(VDL)とロウレベ
ル(0V)を短絡させて中間電位VDL/2に設定する
ことができる。
【0032】メモリアクセスに際して上記イコライズ信
号EQがハイレベルからロウレベルに変化する。このと
き、イコライズ信号EQのロウレベルは、回路の接地電
位ではなく、上記負電圧VNNにされる。この理由は、
コイライズを高速化するためにしきい値電圧が小さくさ
れるものであるために、上記スイッチMOSFETのゲ
ートに負電圧VNNを供給して、ドレイン−ソース間に
流れるリーク電流を防止するようにするものである。
【0033】上記イコライズ信号EQが負電圧VNNの
ような非選択レベルにされた後に、ワード線WLが上記
内部高電圧VCHのようなハイレベルの選択状態にされ
る。これにより、メモリセルのアドレス選択MOSFE
TQmがオン状態にされて、情報記憶キャパシタCsと
ビット線BL又は/BLの上記ハーフプリチャージ電位
VDL/2にされた寄生容量との間で電荷分散が行わ
れ、例えば情報記憶キャパシタCsに電荷が無い状態な
ら同図のようにメモリセルと接続されたビット線/BL
の電位が低下する。
【0034】センスアンプ活性化信号SANは、内部降
圧電圧VDLに立ち上がり、前記Nチャンネル型のパワ
ースイッチMOSFETをオン状態にして回路の接地電
位のようなロウレベルの動作電圧をセンスアンプに与え
る。センスアンプ活性化信号SAPは、上記内部電圧V
DLから回路の接地電位VSSのようなロウレベルに立
ち下がり、上記Pチャンネル型のパワースイッチMOS
FETをオン状態にして内部降圧電圧VDLのようなハ
イレベルの動作電圧を与える。上記のようなパワースイ
ッチMOSFETのオン状態により、センスアンプの増
幅動作が開始されて相補ビット線BLと/BLの電位
は、上記メモリセルからの読み出し電位差が拡大されて
内部降圧電圧VDLのようなハイレベルと、回路の接地
電位VSSのようなロウレベルに増幅される。
【0035】上記のようなセンスアンプの増幅動作によ
って、相補ビット線BLと/BLのハイレベルとロウレ
ベルに対応して、上記ワード線WLの選択動作によって
上記ビット線BL又は/BLに接続されているメモリセ
ルの記憶キャパシタCsには、上記もとの記憶電荷状態
に対応したロウレベルが再書き込みされる。
【0036】メモリアクセスの終了により、ワード線W
Lは上記内部高電圧VCHから上記負電圧VNNに立ち
下がり、その後にイコライズ信号EQが上記負電圧VN
Nから内部高電圧VCHに立ち上がり、上記相補ビット
線BLと/BLのハイレベルとロウレベルを短絡してハ
ーフプリチャージ電圧VDL/2にする。このように形
成されたハーフプリチャージ電圧VDL/2がリーク電
流により変動するのを防止するために、上記信号EQに
よってオン状態にされているスイッチMOSFETによ
りハーフプリチャージ電圧VDL/2が上記相補ビット
線BLと/BLに伝えらるものである。
【0037】この実施例では、図1及び図2に示したよ
うなレベルセンサによって、VNNとVBBが可変にさ
れ、上記メモリセルのアドレス選択用MOSFETQm
のソース−ドレイン間のリーク電流、及び記憶キャパシ
タの蓄積ノードに接続されているソース,ドレインと基
板(又はウェル領域)との間のpn接合リーク電流が最
小になるようにレベル調整(可変)にされるものであ
る。つまり、ダイナミック型RAMを半導体ウェハ上に
形成された段階でのプロービング試験において、上記パ
ッドに選択的に電圧を与えてヒューズを切断したと等価
な状態を作り出してメモリセルの情報保持時間が最適に
なる電圧VBB、VNNを判定し、その後にヒューズF
1〜F6を選択的に切断するものである。この場合、V
NNgenにのみ上記トリミング機能を付加し、その調
整を可能にしてVBBは固定レベルにするものであって
もよい。
【0038】図4には、この発明に係るダイナミック型
RAMの一実施例の概略素子断面図が示されている。こ
の実施例のダイナミック型RAMは、3重ウェル構造に
より各素子が形成される。つまり、p−型基板上に深い
深さのn型ウェル領域(Deep−nWELL、以下単
にDWELLという)を形成し、かかるDWELL上に
メモリセルのアドレス選択MOSFETや、センスアン
プのNチャンネル型MOSFETを形成するp型ウェル
領域pWELLをそれぞれに形成するものである。
【0039】例えば、メモリセルが形成されるpWEL
Lには、同図に示すようにバックバイアス電圧VBBを
印加し、上記アドレス選択MOSFETのしきい値電圧
を高くして情報保持時間を長くするとともに、α線等に
よりかかるp型ウェル領域pWELLに発生した小数キ
ャリアを基板バックバイアス電圧VBB側に吸収して情
報保持時間を長くさせる。他方、上記センスアンプのN
チャンネル型MOSFETが形成されるpWELLに
は、上記のようなバックバイアス電圧は印加せず、図示
しないが回路の接地電位を印加する。これにより、低し
きい値電圧により低電圧においても比較的大きな電流を
流すようにして増幅感度を高くする。
【0040】上記DWELLには、n型ウェル領域nW
ELLが形成されて、センスアンプ等を構成するPチャ
ンネル型MOSFETが形成される。このDWELL及
び上記nWELLには、上記昇圧電圧VCHがバイアス
電圧として与えられる。Xデコーダ等の周辺回路は、上
記p−基板上に形成される。また、上記基板上にn型ウ
ェル領域が形成されてそこにPチャンネル型MOSFE
Tが形成される。上記基板には、回路の接地電位VSS
が与えられ、そこに形成されたnWELLには電源電圧
VCCが印加される。
【0041】この実施例では、メモリセルが形成される
pWELLを、上記DWELLに形成することにより、
電気的に分離できる。したがって、メモリアレイが形成
されるpWELL毎に独自のバイアス電圧VBBを与え
ることができる。つまり、前記図1のようにメモリアレ
イをMCA1とMCA2のように複数個に分けた場合に
は、それぞれが上記のように電気的に分離されたpWE
LLに形成されるとともに、それぞれに適合したバイア
ス電圧VBBを与えるようにすることができる。
【0042】上記DWELLには内部高電圧VCHを供
給し、上記DWELL内に形成されたpWELLには上
記負電圧VNNを供給してもよい。この構成では、上記
DWELLの接合容量と,pWELLの接合容量が上記
図2に示された定電圧回路RGPとRGNの出力に設け
られた電圧安定化のためのキャパシタCDHとCDNに
利用できる。したがって、同図のように上記DWELL
には高電圧VPPを供給し、上記DWELL内に形成さ
れたpWELLには上記負電圧VBBを供給した構成で
は、上記定電圧回路RGPとRGNの出力に電圧安定化
のためのキャパシタCDHとCDNをMOS容量等で形
成する必要がある。
【0043】図5には、この発明に係るダイナミック型
RAMのメモリチップ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、メモリチップを4分割
してそれぞれにメモリアイレMCA1〜MCA4に分け
て配置するものである。上記メモリアイレMCA1〜M
CA4に対応して、上記DWELLにより分離されるp
WELLが形成される。そして、上記4つのメモリアイ
レMCA1〜MCA4に一対一に対応して、バックバン
アス電圧VBBとワード線の非選択電圧VNNを形成す
る内部電圧発生回路VBB,VNNgen1ないしVB
B,VNNgen4を設けるようにするものである。
【0044】上記4つのメモリアイレMCA1〜MCA
4に形成されたメモリセル毎に情報保持特性を前記のよ
うに測定し、それぞれの情報保持時間がほぼ一定になる
ように、それぞれの内部電圧発生回路VBB,VNNg
enの上記トリミング回路のヒューズを切断させるもの
である。つまり、ダイナミック型RAMのリフレッシュ
周期は、上記4つのメモリアイレを同時に行うようにす
るものであるので、その周期は最も情報保持特性の悪い
メモリアイレに合わせなければならない。したがって、
上記VBB,VNNgenの上記トリミング回路での電
圧調整は、上記最も情報保持特性の悪いメモリアイレの
情報保持特性を他のものに合わせるように長くするこ
と、あるいは所望の情報保持特性を全てのメモリアイレ
MCA1〜MCA4が満足するようにトリミング調整が
実施される。この場合も、前記説明したようにVBBが
固定でVNNのみを可変にするものであってもよい。
【0045】図6には、この発明に係る前記のような内
部降圧回路が搭載されたダイナミック型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、ダイナミック型RAMを構成する各回路ブロックの
うち、この発明に関連する部分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。
【0046】この実施例では、特に制限されないが、メ
モリアレイは、上記図5の実施例と同様に全体として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2個ずつのメモリアレイが分けられて、中央部分14
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。上記4つに分割されたメモリアレイは、前記図8の
メモリアイレMCA1〜MCA4に対応している。
【0047】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。上記半導体チップの長手方向に沿った中央部分に
は、内部電圧発生回路9が中心部と両端部に分けて複数
個がけられる。この内部電圧発生回路9は、上記VBB
gen,VNNgen及び昇圧電圧回路も適宜に含まれ
るものである。
【0048】上記メモリアイレ(サブアレイ)15は、
その拡大図に示すように、メモリアイレ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、メモリアイレの両端に配置され
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ア
イレの相補ビット線に選択的に接続される。
【0049】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
メインロウデコーダ領域11とメインワードドライバ1
2が配置される。このメインロウデコーダ領域11は、
それを中心にして上下に振り分けられた2個のメモリア
レイに対応して共通に設けられる。メインワードドライ
バ11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11にサブワード選択用のド
ライバも設けれら、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。
【0050】拡大図として示された1つのメモリアイレ
(サブアレイ)15は、図示しないがサブワード線が2
56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、上記メモリアイレ(サブアレイ)15がワードビ
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
うな大記憶容量を持つようにされる。
【0051】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
モリアイレ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4本からな
るサブワード線を配置させる。このようにメインワード
線方向には8本に分割され、及び相補ビット線方向に対
して4本ずつが割り当てられたサブワード線の中から1
本のサブワード線を選択するために、サブワード選択ド
ライバが配置される。このサブワード選択ドライバは、
上記サブワードドライバの配列方向に延長される4本の
サブワード選択線の中から1つを選択する選択信号を形
成する。
【0052】上記1つのメモリアレイに着目すると、1
つのメインワード線に割り当てられる8個のメモリアイ
レのうち選択すべきメモリセルが含まれる1つのメモリ
アイレに対応したサブワードドライバにおいて、1本の
サブワード選択線が選択される結果、1本のメインワー
ド線に属する8×4=32本のサブワード線の中から1
つのサブワード線が選択される。上記のようにメインワ
ード線方向に2K(2048)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=25
6個のメモリセルが接続されることとなる。なお、特に
制限されないが、リフレッシュ動作(例えばセルフリフ
レッシュモード)においては、1本のメインワード線に
対応する8本のサブワード線が選択状態とされる。
【0053】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分割に分割される。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。
【0054】図7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。つまり、上記図6と同様にメモリチップ
は、長手方向(ワード線方向)対して左右と上下にそれ
ぞれ2個ずつのメモリアレイ(Array)に4分割されるも
のである。メモリチップのの長方向における中央部分に
は複数らなるボンディングパッド及び周辺回路(Bondin
g Pad & peripheral Circuit) が設けられる。
【0055】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。
【0056】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。
【0057】上記2つのアレイの中央部には、メインロ
ウデコーダが設けられる。つまり、同図に示されたアレ
イの左側には、その右側に設けられるアレイと共通に設
けられる前記メインロウデコーダに対応して、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 driver)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(YS
driver) が設けられる。
【0058】上記のダイナミック型RAMは、階層化
(分割ワード線方式)ワードドライバに適用した場合が
示されるものである。階層化ワード線とは、ワード線を
メインワード線とサブワード線に分け、サブワード線に
メモリセルを接続するようにするものである。上記のよ
うな階層化ワード方式においては、高抵抗のワード線を
低抵抗のメタル配線層で裏打ちするいわゆるワードシャ
ント方式におけるメタル配線層のレイアウトピッチを緩
和するためのものである。このような分割ワード線とす
ることにより、大記憶容量化を図りつつ、高集積化を実
現することができる。
【0059】図8には、この発明に係るダイナミック型
RAMの他の一実施例の概略回路図が示されている。同
図には、前記図1と同様にダイナミック型RAMのメモ
リアレイ部と内部電源回路とが例示的に示されており、
本願発明とは直接関係のないアドレスやデータの入出力
インターフェイス、制御回路は省略されている。
【0060】この実施例では、VBBgenはレベルセ
ンサにより固定レベルのVBBを発生させる。ここで、
固定レベルというのは前記のようにトリミング回路が付
加されないという意味であり、V1とV2により間欠的
な発振回路とチャージポンプ回路の制御によりほぼ一定
のバックバイアス電圧VBBを形成する。
【0061】これに対して、VNNgenは、レベルが
互いに異なる固定レベルのVNN1とVNN2を発生さ
せる。つまり、2つのVNNgen1とVNNgen2
を形成しておいて、例えばVNN1は比較的小さな電圧
にし、VNN2はそれに比べて比較的大きな電圧に設定
して2通りのセンス電圧V1’とV2’により間欠的な
発振回路とチャージポンプ回路の制御によりほぼ一定の
VNN1とVNN2とを形成するものである。
【0062】メモリアイレMCAは、特に制限されない
が、2つのような複数個が設けられ、それぞれのワード
ドライバSWD等の動作電源部にスイッチSWを設け、
上記2つの電圧VNN1とVNN2のうちいずれかを選
択できるようにされる。上記スイッチSWは、特に制限
されないが、前記のようなヒューズと、そのヒューズを
切断させた場合と等価な動作をさせるパッドとスイッチ
MOSFETが設けられ、VNN1とVNN2のうちい
ずれか情報保持特性の長い方を検出し、その検出結果に
対応してヒューズを切断させ、それに対応した電圧VN
N1又はVNN2を供給させるものである。したがっ
て、この実施例では、上記スイッチSWが実質的なトリ
ミング回路を構成するものとなる。
【0063】図9には、この発明に係るダイナミック型
RAMに設けられる内部電圧発生回路の他の一実施例の
回路図が示されている。この実施例においては、特に制
限されないが、高電圧発生回路VPPGは、発振回路
(OSC)1とチャージポンプ回路(Charge pump circ
uit)2と、レベルセンサ(Level Sensor) 3とにより構
成される。上記チャージポンプ回路2は、発振回路1で
形成された発振パルスを受けて、チャージポンプ動作に
よって高電圧を発生させる。この高電圧VPPが所望の
高電圧に安定化させるよう上記レベルセンサ3によりレ
ベルセンス動作を行い、上記発振回路1の動作を間欠的
に制御する。つまり、高電圧VPPが所望の高電圧に到
達すると発振動作を停止させ、高電圧VPPが低下する
と上記発振回路1を動作させるようにするものである。
【0064】上記高電圧VPPは、上記ワード線WL等
の選択レベルに対応した高電圧VCHに対して高い電圧
に設定される。例えば、図3の動作波形図に示すよう
に、ワード線の選択電圧VCHを3Vに設定したなら、
上記高電圧VPPは3.5Vのような高い電圧に設定さ
れる。上記必要な電圧VCHに対して余分に高い電圧を
形成しておいて、かかる高い電圧VPPに基づいて基準
電圧発生回路RGFPを動作させる。この基準電圧発生
回路RGFPは、定電流IpをPチャンネル型MOSF
ETQ30とQ31からなる電流ミラー回路を介して上
記内部電圧VDL(又は外部電源電圧Vext )を基準に
した抵抗Rpに流して、上記アドレス選択用MOSFE
TQmのしきい値電圧Vthに相当する電圧を発生させ
る。これにより、基準電圧VRHは上記VDL(又は外
部電圧Vext )+Vthに対応された電圧とされる。
【0065】定電圧発生回路RGPは、上記高電圧VP
Pと内部高電圧VCHとの間に設けられた可変抵抗素子
としてのPチャンネル型MOSFETQ32と、上記基
準電圧VRHと上記内部高電圧VCHとを受ける差動増
幅回路4とにより構成され、上記差動増幅回路4の出力
信号が上記MOSFETQ32のゲートに供給される。
基準電圧VRHに対して上記内部高電圧VCHが低くな
ろうとすると、ロウレベルに変化する信号を形成して上
記MOSFETQ32の抵抗値を小さくして両者を一致
させ、逆に、基準電圧VRHに対して上記内部高電圧V
CHが高くなろうとすると、ハイレベルに変化する信号
を形成して上記MOSFETQ32の抵抗値を大きくし
て両者を一致させるように制御する。このようにチャー
ジポンプ回路によりVCHより高い電圧を形成して置く
ことより、ワード線WLの選択時に流れる電流によって
チャージポンプ電圧が低下してもそれを補うことができ
るからワード線WLの立ち上がりを高速にすることがで
きる。
【0066】バックバッアス電圧VBBは、負電圧発生
回路VBBGにより形成される。上記負電圧発生回路V
BBGは、上記のような発振回路(OSC)6及びチャ
ージポンプ回路(Negative Charge pump circuit) 7
と、レベルセンサ(Level Sensor) 8とにより構成さ
れ、チャージポンプ回路7は、上記発振回路6で形成さ
れた発振パルスを受けて、チャージポンプ動作によって
負電圧を発生させる。この負電圧VBBが所望の負電圧
に安定化させるよう上記レベルセンサ8によりレベルセ
ンス動作を行い、上記発振回路6の動作を間欠的に制御
する。つまり、負電圧VBBが所望の負電圧に到達する
と発振動作を停止させ、負電圧が絶対値的に低下すると
上記発振回路6を再び動作させるようにするものであ
る。
【0067】上記負電圧VBBは、上記ワード線W1等
の非選択レベルに対応した負電圧VNNに対して絶対値
的に大きな電圧に設定される。例えば、図3の動作波形
図に示すように、ワード線の非選択電圧VNNを−0.
8V程度に設定したなら、上記負電圧VBBは−1.2
Vのような絶対値的に大きな電圧に設定される。上記必
要な電圧VNNに対して余分に負方向に大きな電圧を形
成しておいて、かかる負電圧VBBに基づいて上記の同
様に基準電圧発生回路RGFNを動作させる。この基準
電圧発生回路RGFNは、定電流InをNチャンネル型
MOSFETQ33とQ34からなる電流ミラー回路を
介して回路の接地電位VSSを基準にしたトリミング抵
抗Rnに流して、上記アドレス選択用MOSFETQm
のゲート,ソース間に印加させる逆バイアス電圧VRN
を発生させる。この実施例では、上記のように電圧VR
Nを−0.8Vのような負電圧とするものである。
【0068】定電圧発生回路RGNは、上記負電圧VB
Bと上記内部負電圧VNNとの間に設けられた可変抵抗
素子としてのNチャンネル型MOSFETQ35と、上
記基準電圧VRNと上記内部負電圧VNNとを受ける差
動増幅回路9とにより構成され、上記差動増幅回路9の
出力信号が上記MOSFETQ35のゲートに供給され
る。基準電圧VRNに対して上記内部高電圧VNNが絶
対値的に小さくろうとすると、ハイレベルに変化する信
号を形成して上記MOSFETQ15の抵抗値を小さく
して両者を一致させ、逆に、基準電圧VRNに対して上
記内部負電圧VNNが絶対値的に大きくなろうとする
と、ロウレベルに変化する信号を形成して上記MOSF
ETQ35の抵抗値を大きくして両者を一致させるよう
に制御するものである。
【0069】定電圧発生回路(Voltage regurator)5
は、外部端子から供給された外部電圧Vext を受けて、
上記定電圧発生回路RGPと同様な回路により上記内部
降圧電圧VDLを発生させるものである。この定電圧発
生回路5は、必ずしも必要とされるものではない。上記
センスアンプやアドレス選択回路等の周辺回路は、外部
端子から供給される外部電圧Vext により動作させるよ
うにするものであってもよい。この場合には、上記のよ
うにかかる外部電圧Vext を基準にして上記内部高電圧
VCHのレベルが形成されるものである。上記定電圧発
生回路5を設けた場合でも、この定電圧VDLは上記セ
ンスアンプの動作電圧として用い、アドレスバッファや
アドレスデコーダ等の内部回路を上記外部電圧Vext に
より動作させるようにしてもよい。
【0070】上記のようなチャージポンプ回路2又は7
で形成された電圧VPPやVBBは、寄生容量等に蓄積
された電荷に保持されており、例えばワード線を非選択
レベルから選択レベルに切り換えるとき、あるいはその
逆に選択レベルから非選択レベルに切り換えるときに、
多数のメモリセルが接続されることにより比較的大きな
寄生容量を持つワード線のチャージアップ又はディスチ
ャージさせるための電流によって前述のように変動する
と考えられる。このような電圧変動を見込んで、上記ワ
ード線の選択レベルや非選択レベルを設定することによ
り、ワード線の選択/非選択の高速化が可能になる。
【0071】つまり、本願発明では上記のような定電圧
回路RGPやRGNを介して上記ワード線の選択レベ
ル、非選択レベルを形成するようにすると、上記のよう
にワード線を非選択レベルから選択レベルに切り換える
とき、あるいはその逆に選択レベルから非選択レベルに
切り換えるときに、多数のメモリセルが接続されること
により比較的大きな寄生容量を持つワード線のチャージ
アップ又はディスチャージさせるための電流によって上
記同様にVPPとVBBは変動するが、上記定電圧回路
RGPやRGNの可変抵抗としてのMOSFETQ12
とQ15の抵抗値が変化してその電圧変動を吸収してし
まうことになるため、ほぼ一定の電圧VCHとVNNを
確保することができる。そして、VNNは、VBBをも
とに形成しているので、チャージポンプ回路や発振回路
が共用でき回路の簡素化も可能になるものである。
【0072】そして、上記のように抵抗Rnを複数個の
直列抵抗あるいは前記のようなダイオード形態のMOS
FETで形成し、それぞれの両端にトリミング用のスイ
ッチMOSFETを並列に接続し、ヒューズによる選択
的なスイッチ制御及びパッドからの電圧によるスイッチ
制御によって、前記実施例と同様に情報保持時間を長く
するように設定することができる。
【0073】図10には、この発明に係るダイナミック
型RAMの他の一実施例を説明するための波形図が示さ
れている。図示しないロウアドレスストローブ信号/R
ASの立ち下がりに同期してアドレス信号の取り込みが
行われる。上記ロウ系の選択動作により非選択側のシェ
アード選択信号SHRが電源電圧VCCのようなハイレ
ベルから回路の接地電位のようなロウレベルに変化す
る。そして、ワード線WLが回路の接地電位VSSのよ
うなロウレベルから昇圧電圧VCHのようなハイレベル
に立ち上がる。このワード線の立ち上がりにより、ビッ
ト線BLと/BLの一方には選択されたメモリセルの情
報電荷に対応した微小電圧に変化させられる。
【0074】図示しないセンスアンプタイミング信号に
より、センスアンプが活性化されてセンスアンプの入出
力ノードBLと/BLの電圧差が拡大して内部降圧電圧
VBSGと電源電圧VCCに向かって変化し、前記シェ
アードスイッチMOSFETを介して相補ビット線B
L,/BLを内部電圧VBSGのようなロウレベルと電
源電圧VCCのようなロウレベルにする。つまり、この
実施例では、センスアンプのロウレベル側の動作電圧に
上記VBSGのようなオフセット電圧を持たせること、
言い換えるならば、ビット線のロウレベル電位を回路の
接地電位よりも高くして、それにソースが接続されるア
ドレス選択用MOSFETQmの実効的なしきい値電圧
を高くして、そこでのリーク電流を減少させるものであ
る。
【0075】なお、カラム選択信号YSのハイレベルに
より、上記センスアンプの入出力ノードと入出力線IO
が接続されると、一時的にロウレベル入出力ノードBL
のロウレベルが持ち上がる。入出力線IOに上記センス
アンプの増幅信号に対応したレベル差が現れる。かかる
入出力線IOの読み出し信号は、図示しないメインアン
プMAの増幅動作により、データコモンバスにはVCC
とVSSのようなハイレベルとロウレベルの読み出し信
号が出力される。
【0076】上記のようにワード線の非選択レベルを接
地電位とし、記憶キャパシタに保持されるロウレベルの
電位をVBSGを+0.5Vのような正の電位にした場
合、かかる電圧VBSGがソース,ゲート間の逆バイア
ス電圧として印加されるからアドレス選択用MOSFE
Tのしきい値電圧を大きくする必要はない。つまり、セ
ンスアンプやアドレスデコーダ等の周辺回路を構成する
Nチャンネル型MOSFETと同じ製造プロセスにより
形成した低しいき値電圧のものをそのまま利用すること
ができる。このような低しきい値電圧(真性しきい値電
圧約0.6V程度)のものを用いても、ソース電位が上
記のように+0.5Vのような電圧なら、基板効果によ
って実効的なしきい値電圧は約0.8V程度に高くでき
るので上記リーク電流を抑えることができる。この場合
でも、上記電圧VBSGをトリミング調整可能にするこ
とにより、MOSFETのプロセスバラツキに対して最
適な電圧を選ぶことができる。
【0077】上記のようにサブスレッショルドリーク電
流の減少とともに、記憶キャパシタの蓄積ノードに接続
された拡散層と基板(P型ウェル領域)とのPN接合リ
ーク電流も大幅に小さくなってメモリセルの情報保持時
間を長くできる。つまり、上記PN接合リーク電流は、
それに印加される電圧に対して指数関数的に増加するも
のであり、上記電圧を小さくすることにより発生するリ
ーク電流を大幅に低減できる。また、昇圧電圧も上記電
源電圧VPPに対して上記しきい値電圧相当分だけ昇圧
すればよく、例えば電圧VCCが2.5Vのとき、昇圧
電圧VCHは約3.3V程度に低くできる。
【0078】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記お通りである。すなわち、 (1) 複数のワード線と複数のビット線との交点にア
ドレス選択MOSFET及び記憶キャパシタからなる複
数のダイナミック型メモリセルがマトッリクス状に配置
されてなるメモリアレイを備え、上記ワード線の非選択
レベルを上記ビット線に与えられるロウレベルよりも低
く設定してなるダイナミック型RAMにおいて、上記ワ
ード線の非選択レベルと上記ビット線に与えられるロウ
レベルとの電位差を上記アドレス選択MOSFETのオ
フ状態でのリーク電流が所望の電流値以下となるように
調整可能にすることより、情報保持特性の改善、ひいて
は製品歩留の向上を図ることができるという効果が得ら
れる。
【0079】(2) 上記ワード線の非選択レベルと上
記ビット線に与えられるロウレベルとの電位差の調整と
して、ヒューズ手段を切断したと等価な状態を作り出す
パッドを設け、その結果によりヒューズの切断を行うこ
とにより高い精度での所望の電圧設定が可能になるとい
う効果が得られる。
【0080】(3) 上記ビット線のロウレベルは回路
の接地電位とし、上記ワード線の非選択レベルを負電圧
にすることにより、制限された小さな動作電圧において
もビット線の信号振幅に対応して記憶キャパシタに蓄積
される電荷量を大きくすることができるという効果が得
られる。
【0081】(4) 上記アドレス選択MOSFETが
形成されるウェル領域又は半導体基板には負電圧のバッ
クバイアス電圧を供給し、かかる負電圧のバックバイア
ス電圧を上記ワード線の非選択レベルよりも低く設定
し、かつ固定レベルに制御されるようにすることによ
り、簡単な構成での情報保持特性の改善、ひいては製品
歩留の向上を図ることができるという効果が得られる。
【0082】(5) 上記アドレス選択MOSFETが
形成されるウェル領域又は半導体基板には負電圧のバッ
クバイアス電圧を供給し、かかる負電圧のバックバイア
ス電圧は上記ワード線の非選択レベルよりも低く設定さ
れ、かつ上記アドレス選択MOSFETのオフ状態での
リーク電流が所望の電流値以下となるように上記ワード
線の非選択レベルとともに調整可能とすることにより、
よりいっそう上記リーク電流の低減が図られるから情報
保持特性の改善、ひいては製品歩留の向上を図ることが
できるという効果が得られる。
【0083】(6) 上記ワード線の非選択レベルを形
成する内部電源回路として、チャージポンプ回路で形成
されたバックバイアス電圧と出力端子との間に設けられ
た可変インピーダンス手段を制御して所望のワード線の
非選択レベルを得るようにすることにより、1つのチャ
ージポンプ回路を用いてバックバイアス電圧とワード線
の非選択レベルを形成することができるという効果が得
られる。
【0084】(7) 半導体基板上にメモリアレイを複
数個に分割して形成し、各メモリアレイに対応して上記
内部電源回路を設けるようにすることにより、よりいっ
そう上記リーク電流の低減が図られるという効果が得ら
れる。
【0085】(8) 半導体基板上にメモリアレイを複
数個に分割して形成し、内部電源回路を複数個設けて複
数通りの出力電圧を形成しておき、上記分割された各々
のメモリアレイに対応して上記複数通りの出力電圧のう
ちそれに最適なものをスイッチ回路を通して伝えられる
ようにすることにより、情報保持特性の改善、ひいては
製品歩留の向上を図ることができるという効果が得られ
る。
【0086】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、VB
B又はVNNをほぼ一定のレベルに設定するたのレベル
センサは、前記実施例のようにレベルV1とV2に対応
した2つのレベルセンサを用いるものの他、1つのレベ
ルセンサにヒステリシス特性を持つレベル判定回路を設
けて、上記V1とV2による発振回路及びチャージポン
プ回路の間欠的な動作制御を行うさせるものであっても
よい。
【0087】ダイナミック型RAMを構成する各回路の
具体的構成やそのレイアウト構成は、種々の実施形態を
とることができる。前記図9の定電圧回路は、差動増幅
回路と可変抵抗素子としてのMOSFETとを用いるも
の他、定電圧がゲートに印加されたソースフォロワMO
SFETを用いるもの等種々の実施例形態をとることが
できる。ダイナミック型RAMの入出力インターフェス
イは、シンクロナスDRAMに対応されたもの、あるい
はランバス仕様に対応されたもの等種々の実施形態を取
ることができる。
【0088】
【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、複数のワード線と複数のビ
ット線との交点にアドレス選択MOSFET及び記憶キ
ャパシタからなる複数のダイナミック型メモリセルがマ
トッリクス状に配置されてなるメモリアレイを備え、上
記ワード線の非選択レベルを上記ビット線に与えられる
ロウレベルよりも低く設定してなるダイナミック型RA
Mにおいて、上記ワード線の非選択レベルと上記ビット
線に与えられるロウレベルとの電位差を上記アドレス選
択MOSFETのオフ状態でのリーク電流が所望の電流
値以下となるように調整可能にすることより、情報保持
特性の改善、ひいては製品歩留の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るダイナミック型RAMの一実施
例を示す概略回路図である。
【図2】図1のレベルセンサの一実施例を示す回路図で
ある。
【図3】この発明に係るダイナミック型RAMの概略動
作を説明するための波形図である。
【図4】この発明に係るダイナミック型RAMの一実施
例を示す概略素子断面図である。
【図5】この発明に係るダイナミック型RAMのメモリ
チップの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図6】この発明に係る前記のような内部降圧回路が搭
載されたダイナミック型RAMの一実施例を示す概略レ
イアウト図である。
【図7】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8】この発明に係るダイナミック型RAMの他の一
実施例を示す概略回路図である。
【図9】この発明に係るダイナミック型RAMに設けら
れる内部電圧発生回路の他の一実施例を示す回路図であ
る。
【図10】この発明に係るダイナミック型RAMの他の
一実施例の概略動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
MCA,MCA1〜MCA4…メモリアイレ、SWD1
…ワードドライバ、M1〜M6…レベルシフト用MOS
FET、MS1〜MS6…トリミング用のスイッチMO
SFET、Q1〜Q35…MOSFET、1…VPP用
発振回路、2…VPP用チャージポンプ回路、3…VP
P用レベルセンサ、5…内部降圧回路、6…VBB用発
振回路、7…VBB用チャージポンプ回路、8…VBB
用レベルセンサ、RGFP,RGFN…基準電圧発生回
路、RGP,RGN…定電圧回路、DWELL…深い深
さのn型ウェル領域、pWELL…p型ウェル領域、n
WELL…n型ウェル領域、

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のワード線と、複数のビット線と、
    上記複数のワード線と複数のビット線との交点にアドレ
    ス選択MOSFET及び記憶キャパシタからなる複数の
    ダイナミック型メモリセルがマトッリクス状に配置され
    てなるメモリアレイを備え、上記ワード線の非選択レベ
    ルを上記ビット線に与えられるロウレベルよりも低く設
    定してなるダイナミック型RAMであって、 上記ワード線の非選択レベルと上記ビット線に与えられ
    るロウレベルとの電位差を上記アドレス選択MOSFE
    Tのオフ状態でのリーク電流が所望の電流値以下となる
    ように調整可能にしてなることを特徴とするダイナミッ
    ク型RAM。
  2. 【請求項2】 上記ワード線の非選択レベルと上記ビッ
    ト線に与えられるロウレベルとの電位差の調整は、ヒュ
    ーズ手段を切断したと等価な状態を作り出すパッドを設
    け、その結果により上記ヒューズの切断を行って上記ワ
    ード線の非選択レベル又は上記ビット線にロウレベルの
    増幅信号を与えるセンスアンプのロウレベルを形成する
    内部電源回路の出力電圧を調整することにより行われる
    ものであることを特徴とする請求項1のダイナミック型
    RAM。
  3. 【請求項3】 上記ビット線のロウレベルは回路の接地
    電位であり、上記ワード線の非選択レベルは負電圧にさ
    れるものであることを特徴とする請求項2のダイナミッ
    ク型RAM。
  4. 【請求項4】 上記アドレス選択MOSFETが形成さ
    れるウェル領域又は半導体基板には、負電圧のバックバ
    イアス電圧が供給されるものであり、 かかる負電圧のバックバイアス電圧は上記ワード線の非
    選択レベルよりも低く設定され、かつ固定レベルに制御
    されるものであることを特徴とする請求項3のダイナミ
    ック型RAM。
  5. 【請求項5】 上記アドレス選択MOSFETが形成さ
    れるウェル領域又は半導体基板には、負電圧のバックバ
    イアス電圧が供給されるものであり、 かかる負電圧のバックバイアス電圧は上記ワード線の非
    選択レベルよりも低く設定され、かつ上記アドレス選択
    MOSFETのオフ状態でのリーク電流が所望の電流値
    以下となるように上記ワード線の非選択レベルとともに
    調整可能にしてなることを特徴とする請求項3のダイナ
    ミック型RAM。
  6. 【請求項6】 上記負電圧のバックバイアス電圧は、チ
    ャージポンプ回路で形成されるものであり、 上記ワード線の非選択レベルを形成する内部電源回路
    は、上記チャージポンプ回路で形成されたバックバイア
    ス電圧と出力端子との間に設けられた可変インピーダン
    ス手段と、 上記チャージポンプ回路で形成されたバックバイアス電
    圧と内部電圧とを動作電圧とし、上記必要な非選択レベ
    ルに対応された基準電圧と上記出力端子の電圧とを比較
    して両者が一致するよう上記可変インピーダンス手段を
    制御してなる差動増幅回路とを含むものであることを特
    徴とする請求項4のダイナミック型RAM。
  7. 【請求項7】 上記メモリアレイは、複数個に分割され
    て半導体基板上に形成されるものであり、 上記複数に分割されたメモリアレイに対応して上記内部
    電源回路が設けられるものであることを特徴とする請求
    項1のダイナミック型RAM。
  8. 【請求項8】 上記メモリアレイは、複数個に分割され
    て半導体基板上に形成されるものであり、 上記内部電源回路は、複数通りの出力電圧を形成するも
    のであり、 上記分割された各々のメモリアレイには、上記複数通り
    の出力電圧のうちそれに最適なものがスイッチ回路を通
    して伝えられることにより、上記ワード線の非選択レベ
    ルと上記ビット線に与えられるロウレベルとの電位差を
    上記アドレス選択MOSFETのオフ状態でのリーク電
    流が所望の電流値以下となるように調整するものである
    ことを特徴とする請求項1のダイナミック型RAM。
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