JPH0323591A - 半導体回路 - Google Patents

半導体回路

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JPH0323591A
JPH0323591A JP1157158A JP15715889A JPH0323591A JP H0323591 A JPH0323591 A JP H0323591A JP 1157158 A JP1157158 A JP 1157158A JP 15715889 A JP15715889 A JP 15715889A JP H0323591 A JPH0323591 A JP H0323591A
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gate
transfer gate
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Yukito Owaki
大脇 幸人
Kenji Tsuchida
賢二 土田
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、1トランジスタ/1キャバシク1・′・・)
メモリセル構造を持つダイナミックRAM(DRAM)
のワード線駆動回路に関する。
(従来の技術) 1トランジスタ/1キャパシタのメモリセル構造を持つ
DRAMにおいて、セ゛ルキャパシタに電源電位Vcc
を書き込む場合、スイッチングMOSトランジスタのゲ
ートにはV cc+ V th( v thはMOSト
ランジスタのしきい値電圧)以上の昇圧電位を与える必
要がある。MOSトランジスタのゲート電位をVCCと
した場合、ソースがV cc − V thまで上昇す
るとこのMOSトランジスタはオフになるため、ソース
に接続されるセルキャパシタにはV cc − V t
hまでしか書込まれないからである。
DRAMにおいてこのスイッチングMOSトランジスタ
のゲート電極は、多数のメモリセルについて共用されて
ワード線となる。例えば4MビットDRAMでは、20
00個のMOSトランジスタが一本のワード線につなが
ることになる。こ幼ためワード線は大きい容量を持ち、
DRAMのアクセス時間のうちこのワード線を昇圧する
に要する時間がおよそ1割という大きい割合を占める。
従ってワード線を駆動する昇圧回路の設計は、DRAM
の高速動作を実現する上で重要な意味を持っている。
従来のDRAMのワード線駆動回路の構成と動作を、f
fi9図および第10図を用いて説明する。
第9図は、ワード線駆動回路のうち必要最小限の回路要
素のみを示している。Cは昇圧用キャパシタ、Q1は昇
圧用キャパシタCを充電するためのMOSトランジスタ
、Q2は昇圧電位をワード線につながる出力端子OUT
に転送するための転送ゲート・トランジスタ、Q3は出
力端子OUTの放電用MOSトランジスタである。ここ
でMOSトランジスタQ1〜Q3は全てnチャネルを用
いている。
第10図はこの駆動回路の動作波形である。ワード線非
選択の状態ではクロックφ1,φ2,φ3は全て“L゜
レベルである。従ってMOSトランジスタQ2 Q3は
オフであり、キャパシタCのノードNはM’OSトラン
ジスタQ1によりVcc−VLh(VthはMOSトラ
ンジスタQlのしきい値電圧)まで充電されている。な
お場合によっては、MOSトランジスタQlのゲートを
ドレインとは独立に昇圧電位でI1alLて、ノードN
2をVccまで充電することもあるが、今はこれを考え
ない。次にクロックφ1,φ2が″L”レベルから1H
′レベルになる。これにより、容量Cの働きでノードN
の電位はVce以上まで昇圧され、これがオンした転送
ゲートMOSトランジスタQ2介して出力端子OUTに
供給される。このとき、ノードNの昇圧された電位がM
OSトランジスタQ2のしきい鎧電圧による降下を受け
ずにワード線WLに供給されるように、クロックφlの
“H”レベルは、VCC以上に昇圧されたものとする。
こうしてVce以上に昇圧された電位がワード線に与え
られることになる。クロックφ1,φ2を“L#レベル
に戻し、クロックφ3を“H″レベルとすることにより
、転送ゲート用MOSトランジスタQ2がオフ、放電用
MOSトランジスタQ3がオンとなり、ワードIIWL
は放電されて“L゜レベルになる。
この従来技術での問題は、次の二点である。
第1は、ワード*WLの容量が大きいため、十分な昇圧
電位を得るためには昇圧用キャパシタCの容量も十分に
大きいものとしなければならないことである。いま必要
な昇圧電位をVcc+αとする。昇圧用キャパシタCに
は前述のようにC( V ec − V th)なる電
荷が予め充電され、その電荷がクロックφ2 −Vcc
により押し上げられて転送ゲートMOSトランジスタQ
2を介して出力端子OUTに接続されるワード線WLの
容量に分配されるから、ワード線WLの容量をCLとし
、分配前後の電荷を比較すると、 C a 十C L  ( V cc+a )  − C
  ( V cc − V th)従って、 C− (Vcc+a) Ct / (Vec−a−Vt
h)・・・(1) となる。例えば、CL=5pF,Vcc−4V,α−I
V,VLh−IVとすると、C−12.59Fとなる。
この容量のキャパシタをゲート酸化膜厚150入のMO
Sキャパシタで構成した場合、面積は、5500μm2
を必要とする。そしてこの様な大きいキャパシタを駆動
するクロックφ2を得るためには、その駆動回路も大き
いものとしなければならない。
第2は、転送ゲート用MOSトランジスタQ2の寸法お
よび転送能力の問題である。CL  (Vcc+a)と
いう電荷を高速に転送するためには、このMOSトラン
ジスタQ2のゲート幅は非常に大きいものであることが
必要になる。しかもMOSトランジスタQ2がnチャネ
ルの場合、出力が上昇するに従ってそのゲート・ソース
間電圧VCSは小さくなり、またバックゲートバイアス
がかかることによってそのしきい値電圧が上昇すること
から、ゲート幅を大きくとったとしても、出力電位の」
二昇波形はなまってしまう。更に、このMOSトランジ
スタQ2のゲートをVcc+α十Vth以上まで昇圧し
なければならないため、ゲート幅を大きくするとそれだ
け昇圧回路のキャパシタも大きくなってしまう。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来のDRAMのワード線に昇圧電位を与
える駆動回路は、高速アクセスを実現するためには、昇
圧用キャパシタに非常に大きい面積を必要とし、転送ゲ
ートMOSトランジスタはゲート幅を大きくして大きい
電荷転送能力を持たせることが必要となり、ゲート幅を
大きくしたとしてもバックゲートバイアスによって出力
上昇波形は鈍ってしまう、という問題があった。
本発明は、転送ゲート用MOSトランジスタのゲート幅
を小さ<シ、或いはそのゲートの昇圧用キャパシタの面
積を小さくしてしかも高速アクセスを可能としたDRA
Mのワード線駆動回路を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、ワード線に接続される出力端子に対して、転
送ゲートを介して接続される昇圧回路を有するDRAM
のワード線駆動回路において、転送ゲートは他の回路要
素から分離された専用のp型ウェルに形成されたnチャ
ネルMOSトランジスタを用いて構成されかつそのp型
ウェルに電荷転送時に正電位が印加されるようにしたこ
とを特徴とする。
(作 用) 本発明のワード線駆動回路においては、昇圧回路のT1
荷を転送する際に、転送ゲートを構成するnチャネルM
OSトランジスタのp型ウェルに正電位が与えられるた
めに、バックゲートバイアス効果によるしきい値上昇.
電流減少が抑制される。従って高速の電荷転送が可能に
なる。例えば転送ゲート用MOSトランジスタのゲート
幅が従来と同じであれば、従来より高速の電荷転送がで
き、従来と同じ転送速度を得るためにはそのMOSI−
ランジスタのゲート幅を小さいものとし、或いは昇圧用
キャパシタの面積を小さいものとすることができる。
転送ゲートをオフとする際には、p型ウェルの電位をO
V或いはそれ以下とすることにより、良好なカットオフ
特性が保障される。
(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。
第1図は、一実施例のワード線駆動回路の要部構成であ
る。昇圧回路は、ドレイン・ゲートが電I1fi.W1
位Vecに接続されたnチャネルMOSトランジスタQ
1と、一端がこのMOSトランジスタQ1のソースに接
続され、他端に昇圧用のクロツクφ3が入る昇圧用キャ
パシタCとにより構成されている。昇圧回路の出力ノー
ドNは、転送ゲートとしてのnチャネルMOSトランジ
スタQ2を介してワード線WLにつながる出力端子OU
Tに接続されている。出力端子OUTには放電用のnチ
ャネルMOSトランジスタQ3が設けられでいる。
以上の基本的な構成は従来と同様である。この実施例で
は、転送ゲートMOS トランジスタQ2が形成された
p型ウェルがゲート電極と共通接続されていることが従
来と異なる。このMOSトランジスタのゲート電極には
、電荷転送時に正の“H゜レベルとなるクロツクφlが
印加されるから、このクロツクφlが同時にp型ウェル
にも印加されることになる。この様にp型ウェルに正の
電位が印加されるため、このp型ウェルは他の回路要素
から分離されて転送ゲートMOSトランジスタ専用とし
て作られ、かつこのp型ウェルが形成されたn型基板(
またはn型ウェル)には、φl −Vb (Vbはpn
接合のビルトイン電圧)以上の電位が与えられることが
必要である。
第3図および第4図は、この実施例の転送ゲートMOS
トランジスタQ2部の構造例である。第3図は、n型基
板11に形成された専用のp型ウェル12にゲート電極
13,ソース,ドレイン拡散層14.15を持つMOS
トランジスタQ2を形成している。p型ウェルl2はp
+型層16を介してゲート電極13と共通接続されてい
る。第4図は、p型基板21にn型ウェル22が形成さ
れ、このn型ウェル22内に専用のp型ウェル23が形
成されて、ここにゲート電極24,ソXス,ドレイン拡
散層25.26を持つnチャネルMOSトランジスタQ
2が形成されている。第3図の場合と同様に、p型ウェ
ル23はp+型層27を介してゲート電極24と共通接
続されている。n型ウェル22にはn十型層28を介し
てvccが印加されている。第3図の構造ではn型基板
11に、第4図の構造ではn型ウェル22にそれぞれ、
前述のように所定の正バイアスを与えることが必要であ
る。特に第4図の構造は、n型ウェル22が他から分離
されているため、クロックφlがVcc以上の昇圧電位
である場合にも容易に対応することができる点で有利で
ある。
第2図は、この実施例のワード線駆動回路の動作を説明
する信号波形である。クロックφl,φ2,φ3は当初
全て“L゜レベルである。従ってMOSトランジスタQ
2 Q3はオフであり、キャパシタCのノードNはMO
SトランジスタQlによりVcc−Vthまで充電され
ている。次にクロックφl,φ2が“L#レベルから′
H”レベルになる。これにより、容ilCの働きでノー
ドNの電位はVCC以上まで昇圧され、これがオンした
転送ゲートMOSトランジスタQ2介して出力端子OU
Tに供給される。このとき、クロックφlがゲートと同
時にMOSトランジスタQ2のp型ウェルに印加される
。これにより、p型ウェルとソース間が順バイアスにな
って、チャネル電流による充電と同時に、クロックφ2
により出力端子OUTに直接充電が行われるが、これは
他の回路に影響しない限り差支えなく、むしろ高速充電
が可能になって好ましい。
こうしてVcc以上に昇圧された電位がワード線に与え
られる。クロックφ1,φ2を“L0レベルに戻し、ク
ロックφ3を“H”レベルとすることにより、転送ゲー
ト用MOSトランジスタQ2がオフ、放電用MOSトラ
ンジスタQ3がオンとなり、ワードLaWLは放電され
て“L2レベルになる。
この実施例によれば、昇圧回路による電荷転送時、転送
ゲートMOSトランジスタQ2のp型ウェルにクロツク
φlの1H1レベルが同時に印伽される結果、所謂バッ
クゲートバイアスがかからず、しきい値電圧の低下およ
びこれに伴う電流減少が防止される。従って転送ゲート
MOSトランジスタの寸法が従来と同じであれば、従来
より高速の電荷転送が行われ、従来と同程度の速度で電
荷転送を行うためにはそのMOSトランジスタ寸法を小
さくすることができる。或いは、昇圧用キャパシタの容
量を小さいものとすることができる。
次に本発明の他の実施例を幾つか説明する。以下の実施
例では、第1図と対応する部分には、第1図と同一符号
を付して詳細な説明は省略する。
第5図は、転送ゲート用MOSトランジスタQ2のp型
ウェルに正の電位を印加するために.、クロックφIL
[接ではなく、これにより制御されるドライバDVを設
けた実施例である。
この実施例の場合の転送ゲートMOSトランジスタQ2
の部分の構造は、第6図または第7図のようになる。そ
の基本構造は、第3図または第4図と同じである。
この実施例では、ドライバDVに用いる電源をVccと
すれば、クロックφlの値に拘らず、pWウェルに印加
される電位はvCcとなる。従ってクロツクφlをVC
Cを以上に昇圧する場合にも、そのp型ウェルが形成さ
れたn型基板(またはn型ウェル)の電位はVccでよ
い。
第8図は更に他の実施例のワード線駆動回路であり、第
5図の構成に対して更に、転送ゲートMOSトランジス
タQ2のゲートに遅延素子DRを介在させたものである
この実施例の場合、クロックφlが立ち上がった時にま
ず、MOSトランジスタQ2のp型ウェルからソースを
介して出力端子OUTに充電電流が流れ、一定の遅延時
間後、MOSトランジスタQ2がオンしてチャネル電流
の形で電荷転送が行われる。
この実施例によっても、先の実施例と同様の効果が得ら
れる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、高速アクセス性能を
損なうことなく、転送ゲート用MOS+ランジスタのゲ
ート幅を小さくすることができ、或いは昇圧用キャパシ
タを小さくすることができるDRAMのワード線駆動回
路が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るワード線駆動回路の要
部構成を示す図、 第2図はその動作を説明するための信号波形を示す図、 第3図および第4図は実施例における転送ゲートMOS
トランジスタ部の断面構造例を示す図、第5図は他の実
施例のワード線駆動回路の要部構成を示す図、 第6図および第7図はその転送ゲートMOSトランジス
タ部の断面構造例を示す図、 第8図は更に他の実施例に係るワード線駆動回路の要部
構成を示す図、 第9図は従来のワード線駆動回路の要部構戊を示す図、 第10図はその動作を説明するための信号波形図である
。 Q1・・・充電用nチャネルMOSトランジスタ、C・
・・昇圧用キャパシタ、Q2・・・転送ゲート用nチャ
ネルMOSトランジスタ、Q3・・・放電用nチャネル
MOSトランジスタ、DV・・・ドライバ、DR・・・
遅延素子、11・・・n型基板、12・・・p型ウェル
、13・・・ゲート電極、14.15・・・ソース,ド
レイン拡散層、16・・・p+型層、21・・・p型基
板、22・・・n型ウェル、23・・・p型ウェル、2
4・・・ゲート電極、25.26・・・ソース,ドレイ
ン拡散層、27・・・p“型層、28・・・n+型層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ワード線につながる出力端子にクロックにより制
    御される転送ゲートを介して接続された昇圧回路を有す
    るダイナミックRAMのワード線駆動回路において、前
    記転送ゲートは、他の回路要素から分離された専用のp
    型ウェルに形成されたnチャネルMOSトランジスタに
    より構成されかつ電荷転送時そのp型ウェルに正電位が
    印加されるようにしたことを特徴とするダイナミックR
    AMのワード線駆動回路。
  2. (2)ワード線につながる出力端子にクロックにより制
    御される転送ゲートを介して接続された昇圧回路を有す
    るダイナミックRAMのワード線駆動回路において、前
    記転送ゲートは、他の回路要素から分離された専用のp
    型ウェルに形成されたnチャネルMOSトランジスタに
    より構成され、前記p型ウェルは前記MOSトランジス
    タのゲート電極と共通接続されていることを特徴とする
    ダイナミックRAMのワード線駆動回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0871224A3 (en) * 1997-04-07 2000-07-12 Nec Corporation Semiconductor device having device supplying voltage higher than power supply voltage
JP2005340851A (ja) * 2005-06-27 2005-12-08 Sharp Corp 半導体装置及びその製造方法
US7002397B2 (en) 1999-01-26 2006-02-21 Renesas Technology Corp. Method of setting back bias of MOS circuit, and MOS integrated circuit
JP2007035919A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Mosトランジスタ、mosトランジスタの制御方法、およびトランスインピーダンスアンプ
JP2009260361A (ja) * 2009-05-15 2009-11-05 Sharp Corp 半導体装置およびその駆動方法

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