JPH04302897A - ダイナミック型半導体記憶装置 - Google Patents
ダイナミック型半導体記憶装置Info
- Publication number
- JPH04302897A JPH04302897A JP3093457A JP9345791A JPH04302897A JP H04302897 A JPH04302897 A JP H04302897A JP 3093457 A JP3093457 A JP 3093457A JP 9345791 A JP9345791 A JP 9345791A JP H04302897 A JPH04302897 A JP H04302897A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- bias
- dram
- peripheral circuit
- circuit section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/211—Design considerations for internal polarisation
- H10D89/213—Design considerations for internal polarisation in field-effect devices
Landscapes
- Dram (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミック型半導体
記憶装置(DRAM)の改良に関する。
記憶装置(DRAM)の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置の中で最も大容量化が進
んでいるDRAMは、現在16MビットDRAMが製品
開発段階にあり、64MビットDRAMが研究開発段階
にある。大容量化と共にDRAMでは、高速化と低消費
電力化がますます大きな問題になっている。
んでいるDRAMは、現在16MビットDRAMが製品
開発段階にあり、64MビットDRAMが研究開発段階
にある。大容量化と共にDRAMでは、高速化と低消費
電力化がますます大きな問題になっている。
【0003】16MビットDRAMでは、アクティブ時
の高速動作を実現するために、特に高速動作が必要とな
る周辺回路部は、アクティブ時/スタンバイ時共に基板
バイアスをかけない。メモリセルアレイ部は、ビット線
容量の低減やセル間リークの防止のため、アクティブ時
/スタンバイ時共に基板バイアスをかける。
の高速動作を実現するために、特に高速動作が必要とな
る周辺回路部は、アクティブ時/スタンバイ時共に基板
バイアスをかけない。メモリセルアレイ部は、ビット線
容量の低減やセル間リークの防止のため、アクティブ時
/スタンバイ時共に基板バイアスをかける。
【0004】一方、スタンバイ時の消費電流について見
ると、16MビットDRAMでは、大部分が基板電位や
プレート電位を発生するためのバイアス回路部で流れ、
周辺回路部のトランジスタのサブスレッショルド電流に
よる寄与分はほとんどない。したがって16MビットD
RAMでは、バイアス回路部の回路設計に十分留意すれ
ば、高速性能とスタンバイ時の低消費電力特性を共に実
現することができる。
ると、16MビットDRAMでは、大部分が基板電位や
プレート電位を発生するためのバイアス回路部で流れ、
周辺回路部のトランジスタのサブスレッショルド電流に
よる寄与分はほとんどない。したがって16MビットD
RAMでは、バイアス回路部の回路設計に十分留意すれ
ば、高速性能とスタンバイ時の低消費電力特性を共に実
現することができる。
【0005】DRAMがさらに大容量化して、例えば1
Gビットレベルになると、外部電源電位は1.5Vまで
下げられると予想される。ここまで外部電源電位を下げ
て、しかも高速性能を確保するためには、各部のMOS
トランジスタのしきい値も例えば、0.2V程度まで下
げることが必要になる。しかし、この様にしきい値電圧
を下げると、MOSトランジスタのサブスレッショルド
電流成分が無視できない大きさになる。
Gビットレベルになると、外部電源電位は1.5Vまで
下げられると予想される。ここまで外部電源電位を下げ
て、しかも高速性能を確保するためには、各部のMOS
トランジスタのしきい値も例えば、0.2V程度まで下
げることが必要になる。しかし、この様にしきい値電圧
を下げると、MOSトランジスタのサブスレッショルド
電流成分が無視できない大きさになる。
【0006】何故ならMOSトランジスタのサブスレッ
ショルド特性を示すSファクターは、ゲート絶縁膜厚T
ox、基板不純物濃度NA のみにより決定されるが、
ゲート絶縁膜厚はTDDB(Time Depen
dent Dielectric Breakd
own)寿命の点から余り薄くすることはできないから
である。
ショルド特性を示すSファクターは、ゲート絶縁膜厚T
ox、基板不純物濃度NA のみにより決定されるが、
ゲート絶縁膜厚はTDDB(Time Depen
dent Dielectric Breakd
own)寿命の点から余り薄くすることはできないから
である。
【0007】したがって、1Gビットレベルまで大容量
化すると、スタンバイ電流に占めるサブスレッショルド
電流が非常に大きいものとなる。この様子を図7に示す
。図示のように、16Mビットでは、スタンバイ電流は
バイアス回路部の電流が支配的であったのに対して、1
Gビットになるとサブスレッショルド電流が支配的にな
る。
化すると、スタンバイ電流に占めるサブスレッショルド
電流が非常に大きいものとなる。この様子を図7に示す
。図示のように、16Mビットでは、スタンバイ電流は
バイアス回路部の電流が支配的であったのに対して、1
Gビットになるとサブスレッショルド電流が支配的にな
る。
【0008】サブスレッショルド電流成分を減少させる
には、基板不純物濃度NA を高くしてMOSトランジ
スタのしきい値電圧を高くするか、または基板バイアス
をかけてMOSトランジスタのしきい値電圧を高くすれ
ばよい。しかし、MOSトランジスタのしきい値電圧を
高くすると、高速性能が損なわれる。
には、基板不純物濃度NA を高くしてMOSトランジ
スタのしきい値電圧を高くするか、または基板バイアス
をかけてMOSトランジスタのしきい値電圧を高くすれ
ばよい。しかし、MOSトランジスタのしきい値電圧を
高くすると、高速性能が損なわれる。
【0009】またDRAMは、今後ますます、バッテリ
ー・バックアップが可能な低スタンバイ電流の用途が増
大すると考えられ、その意味でもサブスレッショルド電
流の低減が望まれる。
ー・バックアップが可能な低スタンバイ電流の用途が増
大すると考えられ、その意味でもサブスレッショルド電
流の低減が望まれる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
DRAM方式では、さらに大容量化した場合に高速性能
とスタンバイ時の低消費電力特性を両立させることが困
難になるという問題があった。
DRAM方式では、さらに大容量化した場合に高速性能
とスタンバイ時の低消費電力特性を両立させることが困
難になるという問題があった。
【0011】本発明はこの様に点に鑑み、大容量化した
ときにも高速性能と低消費電力特性を両立させることを
可能としたDRAMを提供することを目的とする。
ときにも高速性能と低消費電力特性を両立させることを
可能としたDRAMを提供することを目的とする。
【0012】[発明の構成]
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるDRAM
は、ダイナミック型メモリセルが配列されたメモリセル
アレイ、アドレスデコーダおよびセンスアンプを含むコ
ア回路、データの入出力制御を行う周辺回路、および各
回路部のバイアス電位を発生するバイアス回路とを備え
、バイアス回路は少なくとも周辺回路に用いられるMO
Sトランジスタにアクティブ時とプリチャージ時とで異
なる基板バイアスを与える機能を有することを特徴とす
る。
は、ダイナミック型メモリセルが配列されたメモリセル
アレイ、アドレスデコーダおよびセンスアンプを含むコ
ア回路、データの入出力制御を行う周辺回路、および各
回路部のバイアス電位を発生するバイアス回路とを備え
、バイアス回路は少なくとも周辺回路に用いられるMO
Sトランジスタにアクティブ時とプリチャージ時とで異
なる基板バイアスを与える機能を有することを特徴とす
る。
【0014】
【作用】本発明によれば、DRAMチップのアクティブ
時とスタンバイ時とで少なくとも周辺回路を構成するM
OSトランジスタの基板バイアスを異ならせて、スタン
バイ時にはアクティブ時と比較してしきい値電圧の絶対
値を大きくすることができる。これにより、アクティブ
時にはしきい値電圧の低い状態で高速動作を確保し、ス
タンバイ時にはサブスレッショルド電流を減少させて低
消費電力特性を実現することができる。
時とスタンバイ時とで少なくとも周辺回路を構成するM
OSトランジスタの基板バイアスを異ならせて、スタン
バイ時にはアクティブ時と比較してしきい値電圧の絶対
値を大きくすることができる。これにより、アクティブ
時にはしきい値電圧の低い状態で高速動作を確保し、ス
タンバイ時にはサブスレッショルド電流を減少させて低
消費電力特性を実現することができる。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施例に係るDRAM
のチップ構成を示す。DRAMチップ1は、図に示すよ
うに、メモリセルアレイ2、コア回路部3,4,周辺回
路部5、バイアス回路部6等により構成される。
のチップ構成を示す。DRAMチップ1は、図に示すよ
うに、メモリセルアレイ2、コア回路部3,4,周辺回
路部5、バイアス回路部6等により構成される。
【0017】メモリセルアレイ2は、1トランジスタ/
1キャパシタのダイナミック型メモリセルがマトリクス
配列されて構成される。コア回路部3,4は、センスア
ンプセンスアンプ、ロウデコーダ、カラムデコーダ等を
含む。周辺回路部5は、アドレスバッファや入出力バッ
ファ、クロック発生回路等のデータ入出力を制御する各
種回路を含む。バイアス回路部6は、各回路を構成する
MOSトランジスタの基板バイアスやプレート電位等を
発生する部分である。
1キャパシタのダイナミック型メモリセルがマトリクス
配列されて構成される。コア回路部3,4は、センスア
ンプセンスアンプ、ロウデコーダ、カラムデコーダ等を
含む。周辺回路部5は、アドレスバッファや入出力バッ
ファ、クロック発生回路等のデータ入出力を制御する各
種回路を含む。バイアス回路部6は、各回路を構成する
MOSトランジスタの基板バイアスやプレート電位等を
発生する部分である。
【0018】ここで、バイアス回路6は、少なくとも周
辺回路部5のMOSトランジスタにについて、アクティ
ブ時とスタンバイ時とで異なる基板バイアスを与える機
能を有する。
辺回路部5のMOSトランジスタにについて、アクティ
ブ時とスタンバイ時とで異なる基板バイアスを与える機
能を有する。
【0019】図2は、この実施例のDRAMの要部断面
構造を示している。この実施例では半導体基板11とし
てn型を用いている。
構造を示している。この実施例では半導体基板11とし
てn型を用いている。
【0020】コア回路部3,4は、基板11に形成され
たp型ウェル121 と、p型ウェル122 内に形成
されたn型ウェル131 を用いて構成されたCMOS
回路である。図では、p型ウェル121 に一つのNM
OSトランジスタQn1を示し、n型ウェル131 に
一つのPMOSトランジスタQp1を示している。
たp型ウェル121 と、p型ウェル122 内に形成
されたn型ウェル131 を用いて構成されたCMOS
回路である。図では、p型ウェル121 に一つのNM
OSトランジスタQn1を示し、n型ウェル131 に
一つのPMOSトランジスタQp1を示している。
【0021】周辺回路部5も同様に、p型ウェル123
と、p型ウェル124 内に形成されたn型ウェル1
32 を用いて構成されたCMOS回路である。図では
、p型ウェル123 に一つのNMOSトランジスタQ
n2を示し、n型ウェル132 に一つのPMOSトラ
ンジスタQp2を示している。
と、p型ウェル124 内に形成されたn型ウェル1
32 を用いて構成されたCMOS回路である。図では
、p型ウェル123 に一つのNMOSトランジスタQ
n2を示し、n型ウェル132 に一つのPMOSトラ
ンジスタQp2を示している。
【0022】メモリセルアレイ2は、p型ウェル125
に形成されている。ここでもp型ウェル125 にN
MOSトランジスタQM とキャパシタCM からなる
一つのメモリセルを示している。
に形成されている。ここでもp型ウェル125 にN
MOSトランジスタQM とキャパシタCM からなる
一つのメモリセルを示している。
【0023】図3は、この様なウェル構造の各回路部に
バイアス回路6から与えられるウェル電位を示している
。なお外部電源電位は1.5Vとする。
バイアス回路6から与えられるウェル電位を示している
。なお外部電源電位は1.5Vとする。
【0024】コア回路部3,4では、アクティブ時,ス
タンバイ時を通してp型ウェル121 には−0.1V
、n型ウェル131 には昇圧された2Vが与えられる
。したがってコア回路部3,4では、NMOSトランジ
スタQn1,PMOSトランジスタQp1共に、常に一
定のしきい値電圧を持つ。p型ウェル122 は、常に
−0.5Vとする。
タンバイ時を通してp型ウェル121 には−0.1V
、n型ウェル131 には昇圧された2Vが与えられる
。したがってコア回路部3,4では、NMOSトランジ
スタQn1,PMOSトランジスタQp1共に、常に一
定のしきい値電圧を持つ。p型ウェル122 は、常に
−0.5Vとする。
【0025】周辺回路部5では、アクティブ時とスタン
バイ時とで異なるウェル電位が与えられる。アクティブ
時にはp型ウェル123 に0V、n型ウェル132
に電源電位と同じ1.5Vが与えられる。このとき、N
MOSトランジスタQn2,PMOSトランジスタQo
2共に基板バイアスはかからない。スタンバイ時には、
p型ウェル123 に−0.5V、n型ウェル132
に昇圧電位2.0Vが与えられる。これにより、NMO
SトランジスタQn2,PMOSトランジスタQp2と
もに、しきい値の絶対値が大きくなる方向で0.5V分
の基板バイアスがかかる。なおp型ウェル124 は常
に−0.5Vとする。
バイ時とで異なるウェル電位が与えられる。アクティブ
時にはp型ウェル123 に0V、n型ウェル132
に電源電位と同じ1.5Vが与えられる。このとき、N
MOSトランジスタQn2,PMOSトランジスタQo
2共に基板バイアスはかからない。スタンバイ時には、
p型ウェル123 に−0.5V、n型ウェル132
に昇圧電位2.0Vが与えられる。これにより、NMO
SトランジスタQn2,PMOSトランジスタQp2と
もに、しきい値の絶対値が大きくなる方向で0.5V分
の基板バイアスがかかる。なおp型ウェル124 は常
に−0.5Vとする。
【0026】メモリセルアレイ部2のp型ウェル125
は、アクティブ時,スタンバイ時を通して、−0.5
V一定のバイアスが与えられる。
は、アクティブ時,スタンバイ時を通して、−0.5
V一定のバイアスが与えられる。
【0027】図4は、周辺回路部5のMOSトランジス
タの特性を、アクティブ時(a) とスタンバイ時(b
) について示している。ゲート・ソース間電圧VGS
、ドレイン電流IDSおよびしきい値電圧Vth0 ,
Vth1 は、PMOS,NMOS同時に示すため、絶
対値で表している。これらはNMOSトランジスタの場
合正であり、PMOSでは負である。上述したウェル電
位の制御によって、アクティブ時のしきい値電圧Vth
0 に対してスタンバイ時のしきい値電圧Vth1 は
高くなる。これにより、スタンバイ時の周辺回路部5で
のサブスレッショルド電流は、オーダーが変わる程大き
く減少する。
タの特性を、アクティブ時(a) とスタンバイ時(b
) について示している。ゲート・ソース間電圧VGS
、ドレイン電流IDSおよびしきい値電圧Vth0 ,
Vth1 は、PMOS,NMOS同時に示すため、絶
対値で表している。これらはNMOSトランジスタの場
合正であり、PMOSでは負である。上述したウェル電
位の制御によって、アクティブ時のしきい値電圧Vth
0 に対してスタンバイ時のしきい値電圧Vth1 は
高くなる。これにより、スタンバイ時の周辺回路部5で
のサブスレッショルド電流は、オーダーが変わる程大き
く減少する。
【0028】図5は、この実施例のDRAMのスタンバ
イ電流を、従来の図7に対応させて示したものである。 サブスレッショルド電流の低減によって、1GビットD
RAMであっても、スタンバイ時の消費電流は、16M
ビットDRAMとほぼ同じ値(1mA程度)に抑えるこ
とができる。
イ電流を、従来の図7に対応させて示したものである。 サブスレッショルド電流の低減によって、1GビットD
RAMであっても、スタンバイ時の消費電流は、16M
ビットDRAMとほぼ同じ値(1mA程度)に抑えるこ
とができる。
【0029】この様にしてこの実施例によれば、周辺回
路部のウェル電位を制御することにより、アクティブ時
の高速性能を維持しながら、スタンバイ時のサブスレッ
ショルド電流を低減して低消費電力特性を実現すること
ができる。
路部のウェル電位を制御することにより、アクティブ時
の高速性能を維持しながら、スタンバイ時のサブスレッ
ショルド電流を低減して低消費電力特性を実現すること
ができる。
【0030】上記実施例では、メモリセルアレイ部およ
びコア回路部のMOSトランジスタのしきい値はアクテ
ィブ時,スタンバイ時を通して一定に保っている。これ
は、MOSトランジスタのサブスレッショルド電流が主
として周辺回路部で流れるためである。しかし、4G,
16GとさらにDRAMが大容量化されると、コア回路
部でのサブスレッショルド電流の増大も無視できなくな
る。その場合には、コア回路部についても、周辺回路部
と同様に、ウェル電位制御を行うことが好ましい。
びコア回路部のMOSトランジスタのしきい値はアクテ
ィブ時,スタンバイ時を通して一定に保っている。これ
は、MOSトランジスタのサブスレッショルド電流が主
として周辺回路部で流れるためである。しかし、4G,
16GとさらにDRAMが大容量化されると、コア回路
部でのサブスレッショルド電流の増大も無視できなくな
る。その場合には、コア回路部についても、周辺回路部
と同様に、ウェル電位制御を行うことが好ましい。
【0031】図6は、その様な実施例での各部ウェル電
位を図3に対応させて示している。周辺回路部5のウェ
ル電位制御は、図3と同じである。コア回路部3,4の
p型ウェル121 は−0.5V一定ではなく、スタン
バイ時にはこれを−0.8Vに下げる。またコア回路部
3,4のn型ウェル131 も、2.0V一定ではなく
、スタンバイ時にはこれを2.3Vまで上げる。
位を図3に対応させて示している。周辺回路部5のウェ
ル電位制御は、図3と同じである。コア回路部3,4の
p型ウェル121 は−0.5V一定ではなく、スタン
バイ時にはこれを−0.8Vに下げる。またコア回路部
3,4のn型ウェル131 も、2.0V一定ではなく
、スタンバイ時にはこれを2.3Vまで上げる。
【0032】これによって、コア回路部3,4でもMO
Sトランジスタのしきい値が制御されて、スタンバイ時
のサブスレッショルド電流が低減される。
Sトランジスタのしきい値が制御されて、スタンバイ時
のサブスレッショルド電流が低減される。
【0033】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、周辺
回路部のMOSトランジスタの基板バイアス制御によっ
て、アクティブ時の高速動作とスタンバイ時の低消費電
力特性を両立させた大容量DRAMを得ることができる
。
回路部のMOSトランジスタの基板バイアス制御によっ
て、アクティブ時の高速動作とスタンバイ時の低消費電
力特性を両立させた大容量DRAMを得ることができる
。
【図1】本発明の一実施例に係るDRAMのチップ構成
を示す図。
を示す図。
【図2】同実施例のDRAMの要部断面構造を示す図。
【図3】同実施例のDRAMの各部ウェル電位の変化を
示す図。
示す図。
【図4】同実施例の周辺回路部のMOSトランジスタ特
性を示す図。
性を示す図。
【図5】同実施例のDRAMのスタンバイ電流と集積度
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図6】他の実施例のDRAMの各部ウェル電位の変化
を示す図。
を示す図。
【図7】従来のDRAMのスタンバイ電流と集積度の関
係を示す図。
係を示す図。
1…DRAMチップ、
2…メモリセルアレイ、
3,4…コア回路部、
5…周辺回路部、
6…バイアス回路部、
11…n型半導体基板、
121 〜125 …p型ウェル、
131 ,132 …n型ウェル。
Claims (1)
- 【請求項1】ダイナミック型メモリセルが配列されたメ
モリセルアレイと、アドレスデコーダおよびセンスアン
プを含むコア回路と、データの入出力制御を行う周辺回
路と、各回路部のバイアス電位を発生し、少なくとも前
記周辺回路に用いられるMOSトランジスタにアクティ
ブ時とプリチャージ時とで異なる基板バイアスを与える
バイアス回路と、を備えたことを特徴とするダイナミッ
ク型半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3093457A JPH04302897A (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | ダイナミック型半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3093457A JPH04302897A (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | ダイナミック型半導体記憶装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302897A true JPH04302897A (ja) | 1992-10-26 |
Family
ID=14082862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3093457A Pending JPH04302897A (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | ダイナミック型半導体記憶装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04302897A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09128967A (ja) * | 1995-10-12 | 1997-05-16 | Lg Semicon Co Ltd | メモリ基板電圧の供給制御回路 |
| US5814899A (en) * | 1995-01-27 | 1998-09-29 | Nec Corporation | SOI-type semiconductor device with variable threshold voltages |
-
1991
- 1991-03-30 JP JP3093457A patent/JPH04302897A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5814899A (en) * | 1995-01-27 | 1998-09-29 | Nec Corporation | SOI-type semiconductor device with variable threshold voltages |
| US5892260A (en) * | 1995-01-27 | 1999-04-06 | Nec Corporation | SOI-type semiconductor device with variable threshold voltages |
| EP0724295B1 (en) * | 1995-01-27 | 2003-04-02 | Nec Corporation | SOI-type semiconductor device with variable threshold voltages |
| JPH09128967A (ja) * | 1995-10-12 | 1997-05-16 | Lg Semicon Co Ltd | メモリ基板電圧の供給制御回路 |
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