JPS615497A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS615497A
JPS615497A JP59125178A JP12517884A JPS615497A JP S615497 A JPS615497 A JP S615497A JP 59125178 A JP59125178 A JP 59125178A JP 12517884 A JP12517884 A JP 12517884A JP S615497 A JPS615497 A JP S615497A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、半導体集積回路装置に関するもので、例え
ば、ダイナミック型RAM (ランダム・アクセス・メ
モリ)のように基板バイアス発生回路を内蔵した半導体
記憶装置に有効な技術に関するものである。
〔背景技術〕
MOSFET (絶縁ゲート形電界効果トランジスタ)
で構成された半導体記憶装置においては、基板との寄生
容量を減少させる等のための基板バックバイアス電圧を
内蔵の基板バイアス発生回路により形成することが考え
られる。このようにすることによって、5vのような単
一電圧化と外部端子の削減とを図ることができる。この
場合、発振回路により連続的に発生する出力パルスを整
流する回路を用いたのでは、次のような問題の生じるこ
とが本願発明者の研究によって明らかにされた。すなわ
ち、各回路が一斉に動作を開始する選択状態と内部回路
が何も動作を行わない非選択状態とでは、基板に流れる
電流が大きく異なるものである。したがって、このよう
な動作に無関係に発生する発振パルスを整流して基板バ
ックバイアス電圧を形成する場合には、必然的に最悪条
件を想定してその電流供給能力を設定することになる。
このため、比較的大きなキャパシタと整流素子及び駆動
回路が必要となるため、集積度が低下してしまうととも
に、消費電流が多くなるという問題が生じる(基板バイ
アス発生回路については、例えば特開昭55−1356
6号公報参照)。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、高集積度と低消費電力化を図うた半
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他の目的と新規な特徴は、
この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。
〔発明の概要〕
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、発振パルスを整流して基板バンクバイアス電
圧を形成する第1.第2の整流回路を設けておいて、チ
ップ非選択期間に上記一方の整流回路の動作を停止させ
ることによって、それぞれの動作モードに見合った電流
供給能力を持つ基板バイアス電圧を形成するものである
。゛・〔実施例〕 第1図には、この発明の一実施例のブロック図が示され
ている。
同図において、各回路ブロックは、公知の半導体集積回
路の製造技術によって、特に制限されないが、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、
例えば、端子DO−D7゜AO〜Al 4.WE、C3
,RESH及びVcc。
Vssは、その外部端子とされ、端子Vcc、  Vs
sには図示しない適当な外部電源装置から給電が行われ
る。
回路記号M−ARYで示されているのは、メモリアレイ
であり、記憶用キャパシタとアドレス選択用MO3FE
Tで構成された1MO3型メモリセルがマトリックス状
に配置されて構成されている。この実施例では、図示し
ないが、上記メモリセルは一対の平行に配置された相補
データ線り。
Dのいずれか一方に1、その入出力ノードが結合゛され
たいわゆる2交点方式で配置される。
回路記号PCIで示されているのは、データ線プリチャ
ージ回路であり、プリチャージパルスφpcrを受器ノ
て、相補データ線り、Dを短絡して、それぞれのデータ
線り、 DをVcc/2にプリチャージするMOSFE
T (図示せず)により構成される。
回路記号SAで示されているのは、センスアンプであり
、特に制限されないが、電源電圧VCCと回路の接地電
位VssにそれぞれパワースイッチMO5FETが設け
られたCMO3(相補型MO3)ラッチ回路(図示ぜす
)で構成され、その一対の入出力ノードiよ、上記相補
データ線り、 Dに結合されている。タイミングパルス
φpaは、上記パワースイッチMO3FETを制御する
ためのものである0図示しないパワースイッチMO3F
ETは、プリチャージ直前にオフ状態にされ、相補デー
タ線り、Dがフローティング状態でV cc、  V 
ssレベルを保持させる。そして、上記プリチャージM
、03FETのオン状態により上記相補データ線り、D
がプリチャージされる。
回路記号C−5Wで示されているのは、カラムスイッチ
であり、カラム選択信号に従って、選択された相補デー
タ線を共通相補データ線に結合させる。
回路記号R=ADHで示されているのは、ロウアドレス
バッファであり、外部端子AO−A8からの外部アドレ
ス信号を受けて、内部相補アドレス信号aO〜a8.a
O〜18を形成する。なお、以後の説明及び図面では、
一対の内部相補アドレス信号、例えばa O+  a 
Oを内部相補アドレス信号10と表すことにする。した
がって、上記内部相補アドレス信号aO〜a8.aO〜
a8は、内部相補アドレス信号10〜1Bと表す。
回路記号C−ADBで示されているのは、カラムアドレ
スバッファであり、外部端子A9〜A14からの外部ア
ドレス信号を受けて、内部相補アドレス信号a9〜a1
4.a9〜a14を形成する。なお、上記した内部相補
アドレス信号の表し方に従って、図面及び以下の説明で
は、上記内部相補アドレス信号a9〜a14.a9〜1
14を内部相補アドレス信号19〜工14と表す。
回路記号R−DCRで示されているのは、ロウアドレス
デコーダであり1.後述するマルチプレクサM P ’
):を介した内部相補アドレス信号10〜−乞8を受け
て、M−ARYのワード線選択信号を形成する。このフ
ード線選択信号は、ワード線選択タイミング信号φXに
同期して、M−ARYに伝えられる。
回路記号C−D CRで示されているのは、カラムアド
レスデコーダであり、内部相補アドレス信号19〜互1
4を受けて、M−ARYのデータ線選択信号を形成する
。このデータ線選択信号は、データ線選択タイミングパ
ルス信号同期して、カラムスイッチC−S Wに伝えら
れる。
回路記号PC2で示されているのは、共通相補データ線
のプリチャージ回路であり、特に制限されないが、プリ
チャージパルスφpcdを受けて共通相補データ線を短
絡する上記データ線のプリチャジ回路Pctと同様なM
OSFETにより構成されている。
回路記号MAで示されているのは、メインアンプであり
、上記センスアンプSAと同様な回路構成とされる。タ
イミングパルスφmaは、そのパワースイッチMO3F
ET (図示ぜず)を制御するためのものである。
回路記号DOBで示されているのは、データ出力バッフ
ァであり、読み出しタイミング信号φrHにより、メイ
ンアンプMAからの読み出しデータを外部端子DO〜D
7にそれぞれ送出する。なお、書込み時には、そのロウ
レベルによってこのデータ出力バッファDOBは、不動
作状態(出力ハイインピーダンス)にされる。
回路記号DIRで示されているのは、データ人力バッフ
ァであり、書込みタイミング信号φrwにより、外部端
子DO〜D7からの書込みデータを共通相補データ線に
伝える。なお、読み出し時に        1は、そ
のロウレベルによりこのデータ人力バッファDIRは不
動作状態にされる。
上記各種タイミング信号は、次の各回路ブロックにより
形成される。
回路記号RATDで示されているのは、特に制限されな
いが、アドレス信号aO〜a8(又は10〜a8)を受
器すて、その立ち上がり又は立ち下がりのエツジを検出
するアドレス信号変化検出回路である。回路記号CAT
Dで示されているのは、特に制限されないが、アドレス
信号a9〜a14(又はa9〜a14)を受けて、その
立ち上がり又は立ち下がりのエツジを検出するアドレス
信号変化検出回路である。1記アドレス信号変化検出回
[RATDは、特に制限されないが、アドレス信号aO
〜a8と、その遅延信号とをそれぞれ受ける排他的論理
和回路と、これらの排他的論理和回路の出力信号を受け
る論理和回路とによって構成される。すなわち、アドレ
ス信号とそのアドレ ゛大信号の遅延信号とを受ける排
他的回路が各アドレス信号に対して設けられている。こ
の場合9個の排他的論理和回路が設けられており、この
9個の排他的論理和回路の出力信号が論理和回路に入力
されている。このアドレス信号変化検出回路RA T 
Dは、アドレス信号aO〜a8のうちいずれかが変化す
ると、その変化タイミングに同期したエツジ検出パルス
φrを形成する。
上記アドレス信号変化検出回路CATDは、上記アドレ
ス信号変化検出回路RATDと同様な構成にされている
。すなわち、アドレス信号a9〜a14と、その遅延信
号とをそれぞれ受ける排他的論理和回路と、これらの排
他的論理和回路の出力信号を受ける論理和回路とによっ
て構成されている。このアドレス信号変化検出回路CA
TDは、上記アドレス信号変化検出回路RATDと同様
に、アドレス信号89〜a14のうちいずれかが変化し
たとき、その変化タイミングに同期したエッレ検出)々
ルスφCを形成する。
回路記号TGで示されているのは、タイミング発生回路
であり、上記代表として示された主要なタイミング信号
等を形成する。このタイミング発主回路は、エツジ検出
パルスφr、φCの他、外部端子から供給されるライト
イネーブル信号WE。
チップ選択信号CSを受けて、上記一連のタイミングパ
ルスを形成する。
回路記号MPXで示されているのは、マルチプレクサで
あり、後述する自動リフレッシュ回路REFからの制御
信号(図示せず)に従って、上記アドレスバ・ノツプR
−ADBで形成された内部相補アドレス信号aO−18
と、上記自動リフレッシュ回路REFで形成された内部
相補アドレス信vaO〜互8とを選択的に上記デコーダ
R−DCRに伝える。
回路記号REFで示されているのは、自動リフレッシュ
回路であり、リフレッシエアドレスカウンタ、タイマー
等を含んでおり、外部端子からのリフレッシュ信号RE
SHをロウレベルにすることにより起動される。すなわ
ち、チップ選択信号C8がハイレベルのときにリフレッ
シュ信号RESHをロウレベルにすると自動リフレッシ
ュ回路REFは、切り換え制御信号を形成してマルチプ
レクサMPXを切り換えて、内蔵のリフレッシュ^ アドレスカウンタからの内部アドレス信号をロウデコー
ダR−DCHに伝えて一本のワード線選択によるリフレ
ッシュ動作(オートリフレッシュ)を行う。また、リフ
レッシュ信号RESHをロウレベルにしつづけるとタイ
マーが作動して、一定時間毎にリフレッシュアドレスカ
ウンタが歩進させられて、この間連続的なリフレッシュ
動作〈セルフリフレッシュ)を行う。
回路記号vbb−cで示されているのは、基板バイアス
発生回路である。
第2図には、上記基板バイアス発生回路vbb−Gの一
実施例の回路図が示されている。同図の各回路素子は、
公知の0MO3(相補型MO3)集積回路の製造技術に
よって、上記第1図に示した他の回路ブロックとともに
1個の単結晶シリコンのような半導体基板上において形
成される。以下の説明において、特に説明しない場合、
MOSFETはNチャンネルMO3FETである。なお
、同図において、ソース・ドレイン間に直線が付加され
たMOSFETはPチャンネル型である。
特に制限されないが、集積回路は、単結晶P型シリコン
からなる半導体基板に形成される。NチャンネルMO3
FETは、かかる半導体基板表面に形成されたソース領
域、ドレイン領域及びソース領域とドレイン領域との間
の半導体基板表面に薄い厚さのデー1縁膜を介して形成
されたポリシリコンからなるようなゲート電極から構成
される。PチャンネルMOS F ETは、上記半導体
基板表面に形成されたN型ウェル領域に形成される。
これによって、半導体基板は、その上に形成された複数
のNチャンネルMOS F ETの共通の基板ゲートを
構成する。N型ウェル領域は、その上に形成されたPチ
ャンネルMO3FE”、Tの基体ゲートを構成する。P
チャンネルMO3FF、Tの基板ゲートすなわちN型ウ
ェル領域は、第1図の電源端子Vccに結合される。
第1図において、基板バ・ンクバイアス電圧発生回路■
bb−TGは、集積回路の外部端子を構成する電源端子
Vccと基準電位端子もしくはアース端子との間に加え
られる+5vのような正電源電圧に応答して、半導体基
板に供給すべき負のバックバイアス電圧vbbを発生す
る。これによって、Nチャンネル間O8FETの基板ゲ
ートにバックバイアス電圧が加えられることになる。
発振回路O8Cによって形成された出力パルスは、一方
において縦列形態のCMOSインバータ回路IV5.I
V6を通してキャパシタC3の一方の電極に接続される
。このキャパシタC3の他方の電極と回路の接地電位点
との間には、ダイオード形態のMO3FETQI 2が
設けられる。また、このキャパシタC3の他方の電極と
、基板との間には、ダイオード形態のMO3FETQ1
3が設けられる。この基板と回路の接地電位点との間に
は、寄生容量Coが構成される。上記ダイオード形態の
MO3FETQI 2は、発振出力パルスがハイレベル
(電源電圧Vcc)のときオン状態となり、キャパシタ
C3へのプリチャージが行われる。そして、発振出力パ
ルスがロウレベル(回路の接地電位)とき、キャパシタ
C3の他方の電極は、−(Vcc−Vth)の負電位と
なる。ここで、vthはMO3FETQ12のしきい値
電圧である。
この負電位によりダイオード形態のM65FETQ13
がオン状態になって、上記寄生容量Coに負電位を伝え
ることにより、−vbbの基板バックバイアス電圧を形
成する。
この実施例では、上記キャパシタC3の容量値は、上記
半導体記憶装置が非選択時の基板に流れるリーク電流を
補うだけの微少な電数供給能力しか持たない比較的小さ
な容量値にされる。
このような整流回路のみでは、書込み又は読み出し時に
各回路ブロックが一斉に動作を開始することによって生
じる基板電流により上記基板バックバイアス電圧−vb
bが絶対値的に小さくなってしまう。
そこで、チップ選択信号C3に従って動作状態にされる
整流回路を新たに付加するものである。
すなわち、上記発振回路O8Cの発振パルスは、他方に
おいて、ノア(NOR)ゲート回路NORとCMOSイ
ンバータ回路IV4とを通して上記類似のキ苓パシタC
2とダイオード形態のMO3FETQI O,Ql 1
とからなる整流回路に供給される。この整流回路のキャ
パシタC2は、書込み又は読み出し動作時に各回路ブロ
ックが一斉に動作状態になることによって生じる基板電
流に見合った電流供給能力を持つような比較的大きな容
量値に設定される。このような整流回路をダイナミック
型RA Mの動作モードに応じて選択的に動作させるた
め、上記ノアゲート回路NOHには、次の制御回路ζ、
二よりて形成された制御信号Cが供給される。
p チ、’F 7ネルMO3FETQ1.Q3とNチャ
ンネルMO3FETQ2.Q4とで構成された2つのC
k4 OSインバータ回路の入力端子と出力端子とが交
差結線され”C,ラッチ回路が形成される。
このラッチ回路を電源投入直後に一方のレベルに安定さ
せるため、上記MO3FETQ1.Q2からなるCMO
Sインバータ回路の入力端子と回路の接地電位点との間
にキャパシタC1が設けられる。これによ、て、電源投
入時には上記インバー        ゛夕回路(Ql
、Q2)の入力容量値が大きくされるのでそのプリチャ
ージ動作が遅れる。したがって、ラッチ回路を構成する
インバータ回路(Ql。
Q2)の出力がハイレベル(Vcc)に、インバータ回
路(Q3.Q4)の出力N1がロウレベル(Vss)に
安定させられる。なお、上記キャパシタC1には、チッ
プ選択信号C8を受けるNチャンネルMO3FETQ5
によりチャージ電流が供給される。これにより、このラ
ッチ回路は、チップ選択信号C5のハイレベルによって
、反転させられる。
このラッチ回路の出力信号N1は、上記同様なCMOS
インバータ回路IVIを通して、ノアゲート回路の一方
の入力端子に供給される。すなわち、このノアデー1−
’It路は、直列形態のPチャンネルMO3FETQ6
.Q7と、並列形態のNチャンネルMO3FETQB、
QQ9とが直列接続されて構成され、上記Pチャンネル
MO3FETQ6とNチャンネルMO3FETQ8のゲ
ートが共通接続されて上記一方の入力端子とされる。ま
た、上記PチャンネルMO3FETQ7とNチャンネル
MO3FETQ9のゲートが共通接続されて構成された
他方の入力端子には、チップ選択信号CSが供給される
このノアゲート回路の出力信号は、縦列形態にされたC
MOSインバータ回路IV2.IV3を通して上記制m
信号Cとして上記ノアゲート回路NOHの他方の入力端
子に供給される。
この実施例回路の動作を次に説明する。
電源投入直後には、上記ラッチ回路の出力信号N1がロ
ウレベルにされるので、インバータ回路IVIの出力信
号がハイレベル(論理“1”)にされる。これによって
、Nチャンク、JしMO5FETQ8がオン状態にされ
るので、上記チップ選択信号C,Sに無関係にノアゲー
ト回路の出力信号をロウレベル(論理“0”)にする。
このため、上記制御信号C4)論理“0”になるため、
ノアゲート回路NOI?が開き、発振パルスを整流回路
に伝える。これにより5.電源投入直後には、2つの整
流回路の動作によって基板バックバイアス電圧−vbb
が形成されるので、比較的早く所定のレベルに安定する
次に、チップ選択信号C3がハイレベルにされるチップ
選択状態、言い換えるならば、最初の書込み又は読み出
し動作が行われると、上記ラッチ回路が反転して、その
出力信号N1をハイレベルにする。しかしながら、ノア
ゲート回路に供給されるチップ選択信号C8のハイレベ
ルによって、制御信号Cはロウレベルのままにされる。
この後、チップ選択信号C5がロウレベルにされるチッ
プ非選択状態では、上記ラッチ回路の出力信号N1のハ
イレベルとチップ選択信号C8のロウレベルとによりノ
アゲート回路のPチャンネルMO3FETQ6.Q7が
共にオン状態にされるので、その出力信号(制御信号C
)をハイレベル(論理“l”)にする。このため、ノア
ゲート回路NORが閉じてしまうので、言い換えるなら
ば、発振パルスに無関係にその出力をロウレベルにする
。これにより、キャパシタC2とダイオード形態のMO
3FETQI O,Ql 1からなる整流回路が動作を
停止させられるものとなる。
〔効 果〕
(1)発振回路で形成したパルスにより常時動作し、非
選択時におけるリーク電流を補うだけの小さな電流(資
)力しか持たない整流回路と、チップ選択状態のときに
動作状態になり、上記パルスにより比較的大きな電流能
力を持つ整流回路によりその動作において消費される基
板電流を形成することによって、それぞれの動作モード
に応じて必要な電流供給能力の設定を行うことができ・
るという効果が得られる。
(2)上記(1)により、基板バイアス発生回路の低消
費電力化を達成できるという効果が得られる。
(3)電源投入時に一方のレベルに安定するラッチ回路
により、2つの整流回路を動作状態とすることによって
、電源投入時における基板バックバイアス電圧の立ち上
がりを早くすることがてきるという効果が得られる。
(4)L記(1)により、はり必要最小な電流供給能力
を持つようなキャパシタC2,C3を用いるものである
ので、集積度の向上を図ることができるという効果が得
られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸説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、ストローブ信
号に同期してアドレス信号を共通の端子から多重化して
入力するアドレスマルチ方式のダイナミック型RAMに
あっては、そのアドレスストローブ信号RAS、CAS
により基板バンクバイアス電圧を形成する整流回路を動
作状態にさせるものであってもよい。
〔利用分野〕
この発明は、基板バイアス発生回路を内蔵する半導体集
積回路装置、例えば、上記のようなダイナミック型RA
M、スタティック型RAMのような半導体記憶装置の他
、実質的なチップ選択信号によって、内部回路が動作状
態にされる各種半導体集積回路装置に広く適用すること
ができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示すブロック図、 第2図は、その基板バイアス発生回路の一実施例を示す
回路図である。 M−ARY・・メモリアレイ、Pct・・プリチャージ
回路、SA・・センスアンプ、R−ADB・・ロウアド
レスバッファ、C−5W・・カラムスイッチ、C−AD
B・・カラムアドレスバッファ、R−DCR・・ロウア
ドレスデコーダ、C−DCR・・カラムアドレスデコー
ダ、PO2・・プリチャージ回路、MA・・メインアン
プ、RATD、CATD・・アドレス信号変化検出回路
。 TG・・タイミング発生回路、REF・・自動リフレッ
シュ回路、DOB・・データ出カバソファ。 DIB・・データ入力バンファ、MPX・・マルチプレ
クサ、Vbb−G・・基板バイアス回路、0第  1 
 図 第  2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発振回路と、この発振パルスを整流して基板バック
    バイアス電圧を形成する第1、第2の整流回路と、チッ
    プ非選択期間に上記一方の整流回路の動作を停止させる
    制御回路とを含む基板バイアス発生回路を具備すること
    を特徴とする半導体集積回路装置。 2、上記制御回路は、電源投入時に一方に安定するラッ
    チ回路を含み、この出力信号によりチップ非選択期間で
    も上記一方の整流回路を動作状態にし、上記チップ選択
    信号により上記ラッチ回路を反転させるものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回
    路装置。 3、上記発振パルスを常時整流する他方の整流回路は、
    その電流供給能力がチップ非選択状態において基板に流
    れる電流に見合った微少電流に設定されるものであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体記憶
    装置。
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