JPS63211193A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS63211193A
JPS63211193A JP62042502A JP4250287A JPS63211193A JP S63211193 A JPS63211193 A JP S63211193A JP 62042502 A JP62042502 A JP 62042502A JP 4250287 A JP4250287 A JP 4250287A JP S63211193 A JPS63211193 A JP S63211193A
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back bias
substrate back
bias voltage
circuit
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JP62042502A
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Inventor
Mitsuteru Kobayashi
小林 光輝
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体集積回路装置に関するもので、例えば
、基板バックバイアス電圧発生回路を内蔵するダイナミ
ック型RAM (ランダム・アクセス・メモリ)等に利
用して有効な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
基板バックバイアス電圧発生回路を内蔵する半導体集積
回路装置については、例えば、特開昭55−13566
号公報等により公知である。
上記のような半導体集積回路装置では、所定の負の電圧
とされる基板バックバイアス電圧が内蔵する基板バック
バイアス電圧発生回路により形成され、半導体基板又は
半導体基板上に形成されるウェル領域に供給される。こ
れにより、半導体基板又はウェル領域に形成されるMO
SFETのしきい値電圧を制御し、アンダーシュートノ
イズなどによる誤動作を防止している・また、このよう
に基板バックバイアス電圧発生回路を内蔵することによ
って、+5Vの電源電圧Vccによる単一電源化と外部
端子の削減を図っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、上記のような従来の半導体集積回路装置に内
蔵される基板バックバイアス電圧発生回路は1個であり
、例えば−3■のような電圧とされる単一の基板バック
バイアス電圧が、基板バックバイアス電圧を必要とする
すべての半導体基板又はウェル領域に共通に供給される
。このような基板バックバイアス電圧は、例えばダイナ
ミック型RAMなどの半導体記憶装置の場合、入カバソ
ファやその他のメモリ周辺回路にとっては効果的な電圧
ではあるが、メモリアレイにとっては逆に次のような問
題点を生じる原因となる場合があることが、本願発明者
等によって明らかにされた。
すなわち、メモリアレイが形成される半導体基板又はウ
ェル領域に比較的大きな絶対値とされる基板バックバイ
アス電圧が供給されることによって、メモリセルの情報
M8に用キャパシタの蓄積電荷がリークしやすくなる。
このことは、特にα線などによるソフトエラーに対処す
るためウェル領域の直下に電位障壁が形成されるいわゆ
るHi−C構造の半導体記憶装置において著しく、メモ
リセルとしての記憶情報保持特性を悪化させるとともに
素子の耐圧性を低下させる原因となっている。
この発明の目的は、記憶情報保持特性と耐圧性の向上を
図った高集積のダイナミック型RAM等の半導体集積回
路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、
この明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろ
う。
〔問題点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、基板バックバイアス電圧の最適値が異なる複
数の集積回路を、半導体基板上に形成される複数のウェ
ル領域に形成し、それぞれのウェル領域に異なる電圧と
される基板バックバイアス電圧を供給する複数の基板バ
ックバイアス電圧発生回路を設けるものである。
〔作  用〕
上記した手段によれば、それぞれの集積回路に最適値と
される基板バックバイアス電圧を供給することができる
ため、例えばメモリセルの記憶情報保持特性や耐圧性の
向上を図うたダイナミック型RAM等の半導体集積回路
装置を実現することができる。
〔実施例〕
第2図には、この発明が通用されたダイナミ7り型RA
Mの一実施例のブロフク図が示されている。同図の各回
路素子は、公知のCMOS (相補型MO3)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る。
以下の図において、チャンネル(バンクゲート)部に矢
印が付加されるMOSFETはPチャンネル型であり、
矢印の付加されないNチャンネルMOS F ETと区
別される。
この実施例のダイナミック型RAMは、特に制限されな
いが、N型単結晶シリコンを用いた半導体基板N5UB
上に形成される。この半導体基板N5UBには、二系統
のP型つェル領域PWEL1及びPWEL2が形成され
、第1のP型つェル領域PWELIにはメモリアレイ周
辺回路が、また第2のP型つェル領域PWEL2にはメ
モリアレイがそれぞれ形成される。P型つェル領域PW
ELI及びPWEL2は、メモリアレイ及びメモリアレ
イ周辺回路の配置に応じて、それぞれ適当に分散されて
形成される。NチャンネルMO3FETは、このような
P型ウェル領域の表面に形成されるソース領域、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ゲート絶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。
NチャンネルMO3FETは、さらにそれぞれのP型ウ
ェル領域表面に形成されるN型ウェル領域上に形成され
る。
この実施例のダイナミック型RAMには、外部端子を介
して供給される例えば+5vのような電源電圧VCCを
もとに、それぞれ所定の負の電圧とされる基板バックバ
イアス電圧を発生する二つの基板バックバイアス電圧発
生回路VbbG1及びVbbG2が設けられる。このう
ち、基板バックバイアス電圧発生回路VbbG1によっ
て形成される第1の基板バックバイアス電圧−vbbt
は、例えば−3Vとされ、メモリアレイ周辺回路が形成
される第1のP型つェル領域PWELIに供給される。
また、基板バックバイアス電圧発生回路VbbG2によ
って形成される第2の基板バックバイアス電圧−Vbb
2は、例えば−1,5■とされ、メモリアレイが形成さ
れる第2のP型つェル領域PWEL2に供給される。こ
れらの基板バックバイアス電圧発生回路VbbG1及び
VbbG2は、タイミング制御回路TCから供給される
反転タイミング信号φrasによって選択的に動作状態
とされる。
さらに、この実施例のダイナミック型RAMではアドレ
スマルチプレクス方式が採られ、Xアドレス信号A X
 O= A X i及びYアドレス信号AYO〜AYi
が同一の外部端子AO−Atを介して供給される。また
、自動リフレッシュ動作モードにおいて、リフレッシュ
するワード線を自律的に指定するためのリフレッシュア
ドレスカウンタREFCと、このリフレッシュアドレス
カウンタREFCにより形成されるリフレッシュアドレ
ス信号rxQ〜rxiと外部から供給されるXアドレス
信号AXO〜AXiとを切り換え選択してロウアドレス
バッファRADBに伝達するアドレスマルチプレクサA
MXが設けられる。
第2図において、メモリアレイM−ARYは、特に制限
されないが、2交点方式とされ、第2図の水平方向に配
置されるfi+1組の相補データ線DO−DO〜Dn−
Dnと、垂直方向に配置されるm+1本のワード線WO
〜Wm及びこれらの相補データ線とワード線の交点に格
子状に配置される(m+1)X (n+1)個のメモリ
セルにより構成される。それぞれの相補データ線には、
相補データ線Do−Do及びDn−Dnに代表して示さ
れるように、情報蓄積用キャパシタCsとアドレス選択
用MO5FETQmからなるm+1個のメモリセルが、
所定の規則性をもって交互に結合される。
前述のように、このメモリアレイM−ARYは、N型の
半導体基板N5UB上に形成される第2のP型つェル領
域PWEL2上に形成される。
各相補データ線の非反転信号線及び反転信号線の間には
、MO3FETQI 1及びG12に代表されるスイッ
チMO3FETからなるプリチャージ回路PCが設けら
れる。これらのスイッチMO3FETのゲートは共通接
続され、後述するタイミング制御回路TCから、ダイナ
ミック型RAMの非選択状態においてハイレベルとされ
選択状態においてロウレベルとされるタイミング信号φ
pcが供給される。これにより、ダイナミック型RAM
の非選択状態において、プリチャージ回路PCのすべて
のスイッチMOSFETQI 1〜Q12がオン状態と
なり、相補データ線の両信号線を短絡して電源電圧Vc
cの約1/2のようなハーフプリチャージレベルとする
。これにより、各相補データ線の両信号線のレベルは、
上記バー°フブリチャージレベルからハイレベル又はロ
ウレベルに向かって変化されるため、読み出し動作の高
速化が図られる。
センスアンプSAは、n+1個の単位回路USAにより
構成される。各単位回路USAは、第2図に例示的に示
されるように、PチャンネルMO3FETQ3.G4 
(又はG5.G6)及びNチャンネルMO3FETQ7
.QB (又はQ9.Q10)からなるCMOSランチ
回路によって構成され、その入出力ノードは対応する相
補データ線Do−DO〜Dn −Dnにそれぞれ結合さ
れる。
また、これらのセンスアンプSAの単位回路には、特に
制限されないが、並列形態のPチャンネルMO5FET
QI、G2を介して電源電圧Vccが供給され、並列形
態のNチャンネルMO3FETQ1?、G18を介して
回路の接地電圧が供給される。これらの駆動MO3FE
TQI、Q2及びG17、G18は、同じメモ冨)77
ト内に設けられるすべての単位回路に対して共通に用い
られる。
すなわち、同じメモリマントに配置されるセンスアンプ
単位回路USAを構成するPチャンネルMOSFETQ
3.Q4 (又はQ5.Q6)のソースは、コモンソー
ス線SPに共通接続され、NチャンネルMO3FETQ
7.Q8 (又はQ9.Q10)のソースは、コモンソ
ース線SNに共通接続される。
上記MO3FETQ1.Q17のゲートには、センスア
ンプSAを活性化させるための相補タイミング信号φp
a 1 +  ? pa 1が供給され、M OS F
ETQ2.QlBのゲートには、上記相補タイミング信
号φpa 1 、  e 981よりやや遅れて形成さ
れる相補タイミング信号φpa2.  φpa2が供給
される。これにより、センスアンプSAの動作は2段階
に行われる。すなわち、相補タイミング信号φpa 1
 +  φpalが供給される第1段階において、比較
的小さいコンダクタンスを持つようにされるMO3FE
TQI及びQ17がオン状態とされ、その電流制限作用
によって、メモリセルから対応する相補データ線に出力
される微小読み出し電圧が不所望なレベル変動を受ける
ことなく増幅される。
上記センスアンプSAの増幅動作によって相補データ線
の電位差がある程度大きくされた後、相補タイミング信
号φpa 2 *  φpa2が供給される。これによ
り、比較的大きなコンダクタンスを持つようにされるM
O3FETQ2.Q18がオン状態となる。センスアン
プSAの増幅動作は、MO5FETQ2.Q18がオン
状態となるどとによって高速化され、相補データ線のレ
ベルは急速にハイレベル又はロウレベルに拡大される。
このように、センスアンプSAの増幅動作を2段階に分
けて行わせることで、相補データ線の不所望なレベル変
化を防止しつつ、記憶データの高速読み出しを行うこと
ができる。
相補データ線DO・下1〜Dn −Dnは、他方におい
て、カラムスイッチC8Wに結合される。
カラムスイッチCSWは、MO3FETQ13・Q14
及びQ15・Q16に代表されるようなn+1組のスイ
ッチMOS F ET対により構成され、カラムアドレ
ス信号によって指定される相補データ線と共通相補デー
タ線CD−C罫を選択的に接続する。これらのスイッチ
MO3FET対Q13・Q14〜Q15・Q16のゲー
トはそれぞれ共通接続され、カラムアドレスデコーダC
DCRから対応するデータ線選択信号YO〜Ynが供給
される。
カラムアドレスデコーダCDCRは、カラムアドレスバ
ッファCADBから供給される相補内部アドレス信号ま
yO〜ayi  (ここで、例えば外部アドレス信号A
YOと同相の内部アドレス信号ayoと逆相の内部アド
レス信号ayoをあわせて相補内部アドレス信号ayo
のように表す。以下同じ〉をデコードし、タイミング制
御回路TCから供給されるタイミング信号φyに同期し
て、データ線選択信号YO〜Ynを形成し、カラムスイ
ッチC8Wの対応するスイッチMO3FET対に供給す
る。
カラムアドレスバッファCADBは、外部端子AO−A
iを介してマルチプレクス方式により供給されるYアド
レス信号A Y O” A Y iを受け、保持す、と
ともに、相補内部アドレス78号ayO〜ayiを形成
し、カラムアドレスデコーダCDCRに供給する。Yア
ドレス信号AYO〜AYiは、カラムアドレスストロー
ブ信号CASの立ち下がりに同期して外部端子AO〜A
iに供給される。このため、カラムアドレスバッファC
ADBは、タイミング制御回路TCにおいてカラムアド
レスストローブ信号CASの立ち下がりを検出して形成
されるタイミング信号φaCに従って、Yアドレス信号
AYO”AYiを取り込む。
相補共通データ線CD−テフには、メインアンプMAの
入力端子が結合されるとともに、データ人力バッファD
IRの出力端子が結合される。メインアンプMAの出力
端子は、さらにデータ出カバソファDOBの入力端子に
結合される。
メインアンプMAは、メモリアレイM−ARY   “
の選択されたメモリセルから、相補データ線及び相補共
通データ線CD−C下を介して出力される2値読み出し
信号をさらに増幅し、データ出力バソファDOBに伝達
する。データ出力バッファDOBは、ダイナミック型R
AMの読み出し動作モードにおいて、タイミング制御回
路TCから供給されるタイミング信号φrによって動作
状態とされ、メインアンプMAから伝達されるメモリセ
ルの読み出し信号をデータ出力端子Doutを介して外
部の装置に出力する。このタイミング信号φrがロウレ
ベルとされるダイナミック型RAMの非選択状態又は書
き込み動作モードにおいて、データ出力バッファDOB
の出力はハイインピーダンス状態とされる。
データ大力バッファDIBは、ダイナミック型RAMの
書き込み動作モードにおいて、タイミング制御回路TC
から供給されるタイミング信号φWによって動作状態と
され、データ入力端子Dinを介して外部の装置から供
給される書き込みデータを相補書き込み信号とし、相補
共通データ線CD−て丁に供給する。このタイミング信
号φWがロウレベルとされるダイナミック型RAMの非
選択状態又は読み出し動作モードにおいて、データ大力
バッファDIBの出力はハイインピーダンス状態とされ
る。
一方、メモリアレイM−ARYを構成するワード線WO
〜Wmは、2次ロウアドレスデコーダRDCR2に結合
され、そのうちの1本が選択・指定される。特に制限さ
れないが、この実施例のダイナミック型RAM0ロウ系
選択回路は2段構成とされ、下位2ビツトの相補内部ア
ドレス信号上xO及びaxlをデコードする1次ロウア
ドレスデコーダRDCR1と、その他の相補内部アドレ
ス信号ax’l〜axiをデコードする2次ロウアドレ
スデコーダRDCR2が設けられる。
1次ロウアドレスデコーダRDCR1は、ロウアドレス
バッファRADBから供給される下位2ビツトの相補内
部アドレス信号axQ及びaxlをデコードし、タイミ
ング制御回路TCから供給されるタイミング信号φXに
従って、ワード線選択タイミング信号φxO〜φx3を
形成し、2次ロウアドレスデコーダRDCR2に供給す
る。2次ロウアドレスデコーダRDCR2は、ロウアド
レスバッファRADBから供給される相補内部アドレス
信号ax2〜axiをデコードし、1次ロウアドレスデ
コーダRDCR1から供給されるワード線選択タイミン
グ信号φxO〜φx3と組み合わせることによって、1
本のワード線を選択するためのワード線選択信号を形成
し、メモリアレイM−ARYに供給する。
このように、ロウ系選択回路を2段構成とすることで、
半導体基板上における2次ロウアドレスデコーダRDC
R2の配置間隔とメモリアレイM−ARYのワード線の
配置間隔を同じにすることができ、レイアウトの効率化
が図られる。
ロウアドレスバッファRADBは、アドレスマルチプレ
クサAMXから伝達されるロウアドレス信号を受け、相
補内部アドレス信号axQ〜axiを形成して、1次ロ
ウアドレスデコーダRDCR1及び2次ロウアドレスデ
コーダRDCR2に供給する。Xアドレス信号AXON
AXiは、ロウアドレスストローブ信号RASの立ち下
がりに同期して供給されるため、ロウアドレスバッフ1
RADBのロウアドレス信号の取り込みは、タイミング
制御回路]゛Cにおいてロウアドレスストローブ信号R
ASの立ち下がりを検出して形成されるタイミング信号
φarに従って行われる。
アドレスマルチプレクサAMXは、タイミング制御回路
]゛Cから供給されるタイミング信号φrefがハイレ
ベルとされる自動リフレッシュモードにおいて、リフレ
ッシュアドレスカウンタREFCから供給されるリフレ
ッシュアドレス信号rxO〜rxiを選択し、ロウアド
レス信号としてロウアドレスバッファRADBに伝達す
る。また、タイミング信号φrefがロウレベルとされ
る通常のメモリアクセスにおいて、外部端子AO〜Ai
を介して供給されるXアドレス信号AXO〜AXiを選
択し、ロウアドレス信号としてロウアドレスバッファR
ADBに伝達する。
リフレッシュアドレスカウンタREFCは、グイナミ7
り型RAMの自動リフレッシュモードにおいて、タイミ
ング制御回路TCから供給されるタイミング信号φCに
従って歩進され、リフレγシュすべきワード線を順次指
定するためのリフレッシュアドレス信号rxQ〜rxi
を形成し、アドレスマルチプレクサAMXに供給する。
タイミング制御回路TCは、制御信号として外部から供
給されるロウアドレスストローブ信号百葺、カラムアド
レスストローブ信号στ茗及びライトイネーブル信号W
百により、上記各種のタイミング信号を形成し、各回路
に供給する。
前述のように、この実施例のダイナミック型RAMでは
、上述のアドレス選択回路やタイミング制御回路TCを
含むメモリ周辺回路が、N型の半導体基板N5UB上に
形成される第りのP型つェル領域PWELI上に形成さ
れ、メモリアレイM−ARYが同様に半導体基板N S
 U B上に形成される第2のP型つェル領域PWEL
2に形成される。これらのP型つェル領域PWELI及
びPWEL2には、基板バックバイアス電圧発生回路V
bbG1及びVbbG2によって形成される第1及び第
2の基板バックバイアス電圧−Vbbl及び−Vbb2
がそれぞれ供給される。特に制限されないが、第1の基
板バックバイアス電圧−Vbblは、例えば−3vとさ
れ、第2の基板バックバイアス電圧−Vbb2は、例え
ば−1,5Vのような電圧とされる。
基板バックバイアス電圧発生回路VbbG1及びVbb
G2は、タイミング制御回路TCから供給される反転タ
イミング信号φrasに従って選択的に動作状態とされ
、回路の電源電圧Vccをもとに上記第1及び第2の基
板バックバイアス電圧−vbbl及び−Vbb2をそれ
ぞれ形成する。
第1図には、第2図のダイナミック型RAMの基板バッ
クバイアス電圧発生回路VbbG1及びVbbG2の一
実施例の回路図が示されている。これらの基板バックバ
イアス電圧発生回路VbbG1及びVbbG2は、その
レベル検出回路を除いてほぼ同様な回路構成とされる。
このうち、第1の基板バックバイアス電圧発生回路Vb
bG1は、外部から供給される+5vのような回路の電
源電圧Vccをもとに、例えば−3vとされる第1の基
板バックバイアス電圧−Vbblを発生し、第1のP型
つェル領域PWELIに供給する。また、同様に、第2
 (D基iバックバイアス電圧発住回路VbbG2は、
例えば−1,5Vのような第2の基板バックバイアス電
圧−Vbb2を発生し、第2のP型つェル領域PWEL
2に供給する。
基板バックバイアス電圧発生回路VbbG1及びVbb
G2には、タイミング制御回路TCから反転タイミング
信号ci丁が供給される。この反転タイミング信号7η
■は、外部から制御信号として供給されるロウアドレス
ストローブ信号RASにより形成される内部タイミング
信号であり、ダイナミック型RAMの非選択状態におい
てハイレベルとされ、また選択状態においてロウレベル
とされる。基板バックバイアス電圧発生回路VbbG1
及びVbbG2は、反転タイミング信号pra丁がロウ
レベルとされるダイナミック型RAMの選択状態におい
て選択的に動作状態とされ、ダイナミック型RAMのス
タンバイ時における消費電力が削減される。
第1図において、基板バックバイアス電圧発生回路Vb
bGLは、レベル検出回路LVMIと発振回路0SCI
及び電圧発生回路VGIにより構成される。
基板バックバイアス電圧発生回路vbbciのレベル検
出回路LVMIには、電源電圧Vccと基板バックバイ
アス電圧−Vbblとの間にPチャンネルMO5FET
QVI、QV2及びNチャンネルMO3FETQV? 
〜QV 10が直列形態に設けられる。また、MOSF
ETQVI、QV2及びQV7のゲートは回路の接地電
位に結合される。
MOSFETQV8〜QV 10は、それぞれのゲート
とドレインが結合されることによって、ダイオード形態
とされる。MOSFETQV2には、PチャンネルM 
OS F E T Q V 3が並列形態に設けらレル
。MOSFETQV2.QV3及びQV7の共通接続さ
れたドレインはインバータ回路N1の入力端子に結合さ
れる。インバータ回路Nlの出力端子はインバータ回路
N2の入力端子に結合されるとともに、上記MOSFE
T’QV3のゲートに結合される。インバータ回路N2
の出力端子は、ナントゲート回路NAG1の一方の入力
端子に結合される。このナントゲート回路NAG 1の
他方の入力端子には、タイミング制御回路TCから反転
タイミング信号φrasが供給される。ナントゲート回
路NAG1の出力信号は、第1の発振回路03CIの制
御信号として供給される。
インバータ回路N1の入力端子の電位は、第1の基板バ
ックバイアス電圧−Vbblの絶対値が所定のレベル以
下である時にその論理スレッシホルドレー、ルより高く
なり、インバータ回路N1の出力信号はロウレベルとさ
れる。すなわち、基板バックμ・イアスミ圧−Vbbl
の絶対値が4 X V th。
(VthoはNチャンネルMO3FETQV7〜QVI
Oのしきい値電圧)よりも小さい場合、MOS F E
 T Q V 7〜QVIOはオフ状態となる。このた
め、インバータ回@N1の入力端子にはMO3FETQ
VI及びQV2を介して電源電圧Vccが供給され、イ
ンバータ回路N1の出力信号はロウレベルとなる。この
時、インバータ回路N1のロウレベルの出力信号がPチ
ャンネルMO3FETQV3のゲートに帰還されるため
、MO5FETQV3はオン状態となる。
一方、基板バックバイアス電圧−vbbiの絶対値が4
 X V thoよりも大きくなると、NチャンネルM
O3FETQV7〜QVIOがオン状態となり、インバ
ータ回FIl!N1の入力端子は、MO5FETQVI
 〜QV3及びQV7〜QVIOのコンダクタンス比に
従った比較的低い電位となる。これにより、1゛ンバ一
タ回路N1の出力信号は反転し、ハイレベルとなる。
インバータ回mN1のハイレベルの出力信号ハ、インバ
ータ回路N2によってさらに反転され、ナ  ・ンドゲ
ート回路NAGIの一方の入力端子に供給される。ナン
ドゲ−1・回路NAG1の他方の入力端子に供給される
反転タイミング信号−T75−は、ダイナミック型RA
Mの非選択状態においてハイレベルとされ、ダイナミッ
ク型RAMの選択状態においてロウレベルとされる。し
たがって、ナントゲート回路NAGIの出力信号は、基
板バックバイアス電圧−VbbLの絶対値が所定のレベ
ル以下となりインバータ回路N2の出力信号がロウレベ
ルとなった時あるいはダイナミック型RAMが選択状態
とされ、反転タイミング信号T四丁がロウレベルとなっ
た時、ハイレベルとなる。なお、インバータ回路N1の
ハイレベルの出力信号がMO3FETQV3のゲートに
帰還されることにより、MO3FETQV3は基板バッ
クバイアス電圧−Vbblの絶対値が所定のレベル以上
になるとオフ状態となる。したがって、M OS F 
E T Q 3■のオン状態におけるコンダクタンスが
MO3FETQV2に並列形態に接続されないため、イ
ンバータ回路N1の電位はその分低下し、インバータ回
路N1によるレベル判定動作にヒステリシス特性を持た
せることができる。
ナントゲート回路NAGiの出力信号は、発振回路O5
C1を構成するナントゲート回路NAG2〜N A G
 4の一方の入力端子に供給される。ナントゲート回路
NAG2の他方の入力端子にはナントゲート回路NAG
4の出力端子が、ナントゲート回路NAG3の他方の入
力端子にはナントゲート回路NAG2の出力端子が、ま
たナントゲート回路NAG4の他方の入力端子にはナン
トゲート回路NAG3の出力端子がそれぞれ結合される
これらのナントゲート回路NAG2〜NAG4は、ナン
トゲート回路N A G 1の出力信号がハイレベルど
される時1.リングオシレータを構成し、発振パルス信
号φ1を形成する。ナントゲート回路NAGIの出力信
号がロウレベルの時、これらの発温動作は停止される。
発振回路03CIの出力信号である発振パルス信号φ1
は、電圧発生回路VGIのインバータ回路N3の入力端
子に供給される。・インバータ回路N3の出力信号は、
インバータ回路N4の入力端子に供給され、さらに反転
される。インバータ回路N4の出力信号は、ブースト容
量C1の一方のT?s ?iに供給される。このブース
ト容量C1の他方の電極と回路の接地電位との間には、
ダイオード形態のNチャンネルMO5FETQV12が
設けられる。また、ブーストgE?cxの他方の電極と
基板バックバイアス電圧−Vbbl出力端子との間には
、ダイオード形態のNチャンネルMO5FETQVII
が設けられる。特に制限されないが、これらのMOSF
ETQV12及びQVIIは、同じ゛しきい値電圧vt
hを持つように設計される。−MOSFETQVI 2
は、ブースト容fic1の他方の電極の電位が回路の接
地電位よりそのしきい値電圧vth分高くなるとオン状
態となり、それ以外の時にはオフ状態となるようなダイ
オード特性を持つ。一方、MO3FETQV11は、ブ
ースト容MCIの他方の電極の電位が基板バックバイア
ス電圧−Vbbl出力端子の電位よりそのしきい、 値
電圧vth分以上低(なった時にオン状態となり、それ
以外の時にはオフ状態となるようなダイオード特性を持
つ。
発振パルス信号φ1が電源電圧VCCのようなハイレベ
ルとされる時、ブースト容tc1の他方の電極の電位に
は、チャージポンプ作用によって電源電圧VCCのよう
なハイレベルが誘起されるが、MOSFETQV12が
オン状態となるため、そのレベルはMO3FE’l’Q
V12のしきい値電圧vthにクランプされる。一方、
発振パルス信号φ1がロウレベルに変化すると、ブース
ト容量C1の他方の電極は電源電圧VCCC細分し、−
(Vcc−VLh)となる。したがって、基板バックバ
イアス電圧−Vbbl出力端子の電位は、ブースト容量
ciの他方の電極の電位よりもMO5FETQV11の
しきい値電圧分高い電圧すなわち−(Vcc−2XVt
h)になろうとする。
ところが、前述のように、基板バックバイアス電圧−v
bbtの絶対値が4 x v thoよりも大きくなる
と、発振回路osciの発振動作が停止されるため、基
板バックバイアス電圧−Vbblは一4XVthoに制
限される。レベル検出回路LVMIのMO3FETQV
7〜QVIOのしきい値電圧V th oを、例えば0
.75Vとすることで、基板バックバイアス電圧−Vb
blは約3vとなる。このように約−3vに制限される
基板バックバイアス電圧−vbbiは、メモリアレイ周
辺回路が形成されるP型つェル領域PWELIに供給さ
れる。
一方、基板バックバイアス電圧発生回路VbbG2は、
上記の基板バックバイアス電圧発生回路VbbG1と同
様に、レベル検出回路LVM2と発振回路05C2及び
電圧発生回路VG2によって構成される。このうち、発
振回路05C2及び電圧発生回路VG2の回路構成は、
例えばキャパシタC2やMOSFETQV 15.QV
 16などのサイズがP型つェル領域P W E L 
2のリーク電流値に応じ°ζ変化されることを除いて、
発振回路oSC1及び電圧発生回路vG1と同じである
レベル検出回路LVM2は、基本的には上記基板ハング
ル・fアス電圧発生回路VbbG1のレベル検出回路L
VMIと同じ回&)構成とされるが、インパーク回路N
5の入力端子と基板バックバイアス電圧−Vbb2出力
端子との間に直列形態に設けられるM OS F E 
Tは、QV13及びQV14の2個にすぎない。このた
め、発振回路05C2は、第2の基板バックバイアス電
圧−Vbb2の絶対値が’1xVtho (Vtboは
MO5FETQV13及びQV14のしきい値電圧)よ
り大きくなることで、その発振動作が停止される。した
がって、基板バックバイアス電圧発生回路VbbG2の
出力電圧ずなわぢ基板バックバイアス電圧−Vbb2は
、約−2XVthoに制限される。MO5FETQV1
3及びQV14のしきい値電圧V th oを、例えば
約0.75 Vとすることで、基板バックバイアス電圧
−vbb2は約−1,5Vとなる。このように約−1,
5Vに制限される基板バックバイアス電圧−〜’ bb
 2は、メモリアレイM −A RYが形成されるP型
つェル領域PWEL2に供給される。
vjJ図には、第2図のダ・イナミック型RA Mが形
成される半導体基板の一実施例のレイアウトパターン図
が示されている。前述のように、この実施例のダ1′ナ
ミック型RAMは、−(INのN型半導体基板N5UB
上に形成される。また、この半導体基板N5UBには、
特に制限されないが、二系統のP型つェル領域PWEL
I及びPWEL2が形成される。このうち、第1のP型
つェル領域PWELL上にメモリアレイ周辺回路が形成
され、第2のP型つェル領@PWEL2上には、メモリ
7ルイM−ARYが形成される。
第3図において、メモリアレイM−ARYは、二つのメ
モリマットMMI及びMM2によって構成される。これ
らのメモリマットは、分散して形成される第2のP型つ
ェル領域PWEL2上にそれぞれ形成される。2つのメ
モリマツ)MMI及びM M 2は、中央部に形成され
る共通のカラムアドレスデコーダCDCRをはさんで対
称的に配置される。特に制限されないが、このカラムア
ドレス7’ コ−タCD CR部分には、第2図のセン
スアンプSA、プリチャージ回路PC及びカラムスイッ
チCSWが含まれる。
半導体基HNsuBの上部には、メインアンプMA、デ
ータ入力バッファDIB、データ出力バッファDOB及
びタイミング制御回路TCが配置され、それに近接して
ロウアドレスストローブ信トロープ信号CAS用バフド
P−CA Sなどが配置される。この半導体基板の上部
には、さらに回路の接地電位を供給するためのグランド
用バフドP−GNDや図示されないデータ入出力用のバ
ッドP−Din及びP  Doutなどが配置される。
一方、半導体基板N5UBの下部には、メモリマー/l
−MMI及びMM2に対応して、2組のロウアドレスデ
コーダRDCRが設けられ、その中間にロウアドレスバ
ッファRADB及びカラムアドレスバッファCADBが
配置される。第3図のロウデコーダRDCRは第2図の
1次ロウアドレスデコーダRD CE< 1と2次ロウ
゛?ドレスデコーダRD CR2の両方を含んでいる。
以上のデータ人力バッファDiB、データ出力バッファ
DUB、メインアンプMA、タイミング制御回路TC,
ロウアドレスデコーダRDCI(。
ロウアドレスバッファRADB及びカラムアドレスデコ
ーダCA D Bなどのメモリアレ・C周辺回路は、半
導体基板N5UI3上に形成されるP型つェル頓域PW
ELI上にすべて形成される。
半導体基板N5UBの下部、ロウ“rドレスバッファR
ADB及びカラムアドレスバッファCADBの下側には
、第1及び第2の基板バックバイアスミ圧発生回路Vb
bG1及びVbbG2が形成される。この基板へツクバ
イアス電圧発生回路VbbG1及びVbbG2に近接し
て、アドレス信号AO〜At用のバッドP−AO−P−
Aiと電源電圧供給用バッドP  Vccなどが配置さ
れる。
以上のように、この実施例のグイナミ7り型RAMは、
1個のN型単結晶シリコンからなる半導体基板N5UB
に形成される。この半導体基板N5UB上には、2系統
のP型つェル頭域PWEL1及びPWEL2が形成され
る。このうち、第1のP型つヱル1i5PWELI上に
はメモリアレイ周辺回路が形成され、第2のP型つェル
頭域pwEL2上にはメモリアレイが形成される。これ
らのP型つェル領域PWEL1及びPWEL2に対応し
て、二つの基板パンクバイアス電圧発生回路VbbG1
及びVbbG2が設けられ、これらによって形成される
基板バックバイアス電圧−vbbi及び−Vbb2が、
P型つェル領域PWELI及びPWEL2にそれぞれ供
給される。第1の基板バフクバ・イアスミ圧−Vbbl
は、例えば−3■となるように設計され、第2の基板バ
ックバイアス電圧−Vbb2は、例えば−1,5V(7
)ように、上記第1の基板パンクバイアス電圧−Vbb
lよりも小さい絶対値となるように設計される。すなわ
ち、メモリアレイM−ARYが形成される第2のP型つ
ェル領域PWEL2に供給される第2の基板バックバイ
アス電圧−Vbb2は、メモリアレイ周辺回路が形成さ
れる第1のP型つェル領域PWELIに供給される第1
の基板バックバイアス電圧−vbblに比較して浅くさ
れる。したがって、第1及び第2のP型つェル領域PW
ELL及びPWEL、2にはそれぞれ最適値に近い基板
バックバイアス電圧が供給される。このため、メモリア
レイ周辺回路においては、基板バックバイアス電圧の効
果がそのまま生かされるとともに、メモリアレイにおい
ては、メモリセルに蓄積される電荷が基板バックバイア
ス電圧によってリークしやすくなることもなく、また素
子の耐圧性が低下することがなくなり、記憶情報保持時
間が長く信頼性の高いダイナミック型RAMを供給でき
るものである。
以上の本実施例に示されるように、この発明を基板バッ
クバイアス電圧発生回路を内蔵するダイナミック型RA
Mなどの半導体集積回路装置に適用した場合、次のよう
な効果が得られる。すなわち・ (11基板バツクバイアス電圧の最適値が異なる複数の
集積回路を、半導体基板上に形成される複数のウェル領
域に形成し、それぞれのウェル領域に異なる電圧とされ
る基板バックバイアス電圧を供給する複数の基板バック
バイアス電圧発生回路を設けることで、それぞれの集積
回路に最適値とされる基板バックバイアス電圧を供給す
ることができるという効果が得られる。
(2)ダイナミック型RAMのメモリアレイが形成され
る半導体基板又はウェル領域の基板バックバイアス電圧
を、メモリアレイ集積回路が形成されるウェル領域の基
板バックバイアス電圧よりも浅くすることで、基板バッ
クバイアス電圧によるメモリセルのM積電荷のリークを
抑えることができ、その記憶情報保持特性を改善できる
という効果が得られる。
(3)上記(1)項により、ダイナミック型RAMを構
成する回路素子の耐圧性を向上できるという効果が得ら
れる。
(4)上記(1)項〜(3)項の効果は、メモリアレイ
周辺回路に対する基板バックバイアス電圧の効果を損な
うことなく得られる。
(5)上記(1)項〜(4)項により、動作の安定化と
信頼性の向上を図ったダイナミック型RAMなどの半導
体Mff1回路装置を提供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5例えば、第1図の基板
バックバイアス電圧発生回路は、3個以上設けられても
よいし、その具体的な回路構成は、例えば複数の基板バ
ックバイアス電圧発生回路で発振回路を共有するなど、
種々の構成が考えられる。また、例示的に掲げた基板バ
ックバイアス電圧−vbbt及び−Vbb2の11 I
I 値は、この実施例に制限されるものではない。
各半導体基板及び/又はウェル領域に供給される基板バ
ックバイアス電圧は、外部の装置によって形成され、外
部端子を介し゛ζ供給されるものであってもよい、第3
図のし・fアウトは、P型ウェル1iIJI3&PWE
L1及びPWEL2をさらに小さく分割して形成しても
よいし、センスアンプSAをメモリマントMMI及びM
M2の外側に配置してもよい。さらに第2図のダ・fナ
ミフク型RAMのブロック構成や制御信号の組み合わせ
など、種々の実施形態を採りうるちのである。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその′R景となった利用分野である基板バックバイア
ス纏圧発生回路を内蔵するダイナミック型RAMに通用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、例えば、スタティック型RA M等の各種半導
体2憶装置やその他のディジクル半導体装置などにも通
用できる0本発明は、少なくとも基板バックバイアス電
圧の最適値が異なる複数の4A積回路を含む半導体集積
回路装置に広く適用できる。
〔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、下記のとおりであ
る。すなわち、基板バックバイアス電圧の最適値が異な
る複数の集積回路を、半導体基板上に形成される複数の
ウェル領域に形成し、それぞれのウェル領域に異なる電
圧とされる基板バックバイアス電圧を供給する複数の基
板へツクバイアス電圧発生回路を設け、それぞれの集積
回路に最適値とされる基板バックバイアス電圧を供給す
ることで、例えばダイナミック型R/1. Mなどの記
憶情報保持特性を改善し、また回路素子の耐圧性を向上
することができ、動作の安定化と信頼性の向上を図った
ダイナミック型RA Mなどの半導体4A積回路装置を
提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明が通用されたダイナミック型RAM
の基板バックバイアス電圧発生回路の−実施例を示す回
路図、 第2図は、第1図の基板バックバイアス電圧発生回路を
含むダイナミック型RAMの一実施例を示す回路ブロッ
ク図、 第:3図は、第2図のダイナミック型RAMが形成され
る2L4体基板の一実施例を示すレイアウトパターン図
である。 VbbG1.VbbG2・・・基板バックバイアス電圧
発生回路、L’/Ml、LVM2・・・レベル検出回路
、05CL、03C2・・・発1辰回路、VGI、VO
2・・・電圧発生回路。 QVI〜QV6・・・PチャンネルM OS F ET
、、Q■7〜Q■16・・・Nチー1−7 Q )Lt
 M O5FET、Nl−N8・・・インバータ回路、
NAG1〜NAG8・・・ナントゲート回路、CI。 C2・・・ブースト容量。 M−八RY・・・メモリアレイ、SA・・・センスアン
プ回路、PC・・・プリチャージ回路、CS W・・・
カラムスイッチ、RDCRL  RDCR2・・・ロウ
アドレスデコーダ、CDCR・・カラムアドレスデコー
ダ、RADB・・アドレスバッファ、AMX・・・アド
レスマルチプレックサ、CADB・・・カラムアドレス
バッファ、MA・・・メインアンプ、DOT3・・デー
タ出力バッファ、DIB・・テ゛−タ入カバッファ、T
C・・クイ宣ング制御回路。 Q1〜Q6・・・PチーヤンネルN丁03FET。 C7・C18・・・NナヤンネルMO3FET。 C3・・・Ii¥報蓄積蓄積用キャパシタm・・・アド
レス選択用MOSFETや N5UB・・・N型半導体基板、PWELI。 PWEL2・・・P型ウェル領域、MM l 、 MM
2・・・メモリマント。 第1図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に形成される複数のウェル領域を具備
    し、上記複数のウェル領域にそれぞれ異なる電圧とされ
    る基板バックバイアス電圧が供給されることを特徴とす
    る半導体集積回路装置。 2、上記半導体集積回路装置は半導体記憶装置であり、
    上記半導体基板上に形成される第1のウェル領域に形成
    されるメモリアレイと、上記半導体基板上に形成される
    第2のウェル領域に形成されるメモリ周辺回路と、上記
    第1及び第2のウェル領域に第1及び第2の基板バック
    バイアス電圧を供給する第1及び第2の基板バックバイ
    アス電圧発生回路を含むものであって、上記第1の基板
    バックバイアス電圧は、上記第2の基板バックバイアス
    電圧に比較して、その絶対値が小さくされるものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体集
    積回路装置。 3、上記半導体集積回路装置は、ダイナミック型RAM
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の半導体集積回路装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03290894A (ja) * 1990-04-06 1991-12-20 Mitsubishi Electric Corp 内部降圧電源電圧を有する半導体装置における基板電圧発生回路
WO1999000846A1 (fr) * 1997-06-27 1999-01-07 Hitachi, Ltd. Dispositif a circuit integre a semi-conducteurs
KR100300056B1 (ko) * 1998-11-04 2001-09-07 김영환 백바이어스전압발생기
JP2001332094A (ja) * 2000-05-22 2001-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路およびその検査方法並びにそれを有する記録装置および通信機器
USRE37593E1 (en) 1988-06-17 2002-03-19 Hitachi, Ltd. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation
USRE40132E1 (en) 1988-06-17 2008-03-04 Elpida Memory, Inc. Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation

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