JPH09219092A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH09219092A
JPH09219092A JP8027636A JP2763696A JPH09219092A JP H09219092 A JPH09219092 A JP H09219092A JP 8027636 A JP8027636 A JP 8027636A JP 2763696 A JP2763696 A JP 2763696A JP H09219092 A JPH09219092 A JP H09219092A
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Jun Nakai
潤 中井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルフリフレッシュモードでの消費電力を低
減することである。 【解決手段】 セルフリフレッシュモードでは、「L」
レベルの信号ZBBUを、通常モードでは、「H」レベ
ルの信号ZBBUを、NMOS199に入力する。これ
により、基板電圧Vbbのクランプレベルが、セルフリ
フレッシュモードの方が、通常モードより大きくなる。
言い換えると、セルフリフレッシュモードでは、負の値
を有する基板電圧Vbbが大きくなり、ポーズリフレッ
シュの実力が高まる。このため、セルフリフレッシュモ
ードにおいて、内部/RASのインターバルを長くする
ことができ、消費電力の低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板電圧発生回路
(バックバイアス電圧発生回路)を有する半導体記憶装
置に関し、特に、セルフリフレッシュモードにおける基
板電圧を、通常モードにおける基板電圧より大きく設定
できる基板電圧発生回路を有し、低消費電力化を実現で
きる半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体記憶装置としてのダイナ
ミック・ランダム・アクセス・メモリ(以下、「DRA
M」という)は、セルフリフレッシュモードを備えてい
る。通常のメモリサイクル終了後、CBR(/CAS Befor
e /RAS)タイミングにしてロウアドレスストローブ信号
/RASのパルス幅tRAS またはコラムアドレスストロ
ーブ信号/CASのパルス幅 tCAS を70μs以上に設
定する。内部ではこの時間以上になるとリフレッシュ動
作が始まり、信号/RASおよび信号/CASがともに
「L」レベルである限りセルフリフレッシュが続く。こ
のような状態をセルフリフレッシュモードという。この
セルフリフレッシュモードでは、内部カウンタがロウア
ドレスを順次カウントアップし、メモリセルアレイに含
まれるすべてのメモリセルをリフレッシュする。
【0003】この場合に、内部/RASが「L」レベル
になったとき、内部カウンタからのロウアドレスに基づ
き、対応するワード線上のすべてのメモリセルに対し
て、信号の読出、増幅、再書込を行なう。
【0004】リフレッシュしなければならない理由は次
のとおりである。メモリセルにおいて、記憶情報の保持
は、キャパシタに電荷を蓄積することで行なわれる。し
かし、漏洩電流があるので、最初にキャパシタに与えら
れた十分な電荷量はこの漏洩電流によって消失してしま
う。すなわち、記憶情報が破壊されてしまう。これが理
由である。
【0005】このように、メモリセルからの「H」レベ
ルのデータ(正電荷)が消失していく場合に、「H」レ
ベルのデータが書込まれてから(正電荷が蓄積されてか
ら)、そのメモリセルに「H」レベルのデータが入って
いると判別できなくなるまでの時間は、一般に、ポーズ
リフレッシュの実力と呼ばれる。すなわち、ポーズリフ
レッシュの実力の範囲内であれば、リフレッシュをしな
い場合でも、「H」レベルのデータが「L」レベルのデ
ータに入替わることはない。
【0006】したがって、セルフリフレッシュモードの
期間は、ポーズリフレッシュの実力の範囲内になければ
ならない。すなわち、内部/RASが「L」レベルにな
るインターバルもポーズリフレッシュの実力によって決
まってくる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のことから、セル
フリフレッシュモードにおいて、所定時間当りの消費電
流は、内部/RASが「L」レベルになるインターバル
で決まる。すなわち、所定時間当りに、内部/RASが
「L」レベルになる回数が多ければ多いほど、所定時間
当たりの消費電流(消費電力)は大きくなる。言い換え
ると、ポーズリフレッシュの実力を長くして、すなわ
ち、ポーズリフレッシュの実力を高くして、所定時間当
りにおいて、内部/RASが「L」レベルになる回数を
少なくすれば、所定時間当たりの消費電流(消費電力)
を小さくできる。
【0008】ポーズリフレッシュの実力を高めるには、
P型半導体基板に印加される、負の値を有する基板電圧
を大きくすることにより実現できる。すなわち、セルフ
リフレッシュモードにおいて、ポーズリフレッシュの実
力を高め、所定時間当たりの消費電力を小さくしようと
するならば、セルフリフレッシュモードにおける基板電
圧を、通常モードにおける基板電圧よりも大きくする必
要がある。
【0009】この発明は、セルフリフレッシュモードに
おいては、通常モードよりも大きい基板電圧を発生する
基板電圧発生回路を有し、低消費電力化を実現できる半
導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体記
憶装置は、通常モードと、特殊モードとを有する。ま
た、この発明に係る半導体記憶装置は、出力ノードに負
の値を有する基板電圧を発生する基板電圧発生手段を備
えている。
【0011】基板電圧発生手段は、検知手段と、電圧発
生手段とを含む。検知手段は、出力ノードの電位レベル
を検知する。電圧発生手段は、基板電圧を発生する。
【0012】検知手段は、出力ノードの電位が所定電位
より小さくなった場合に、出力ノードから電子を放電す
る。また、検知手段は、特殊モードに入ったことを示す
信号に応じて、通常モードのときより所定電位を大きく
設定する。
【0013】以上のように、この発明に係る半導体記憶
装置においては、出力ノードの電位レベルを検知する基
準となる所定電位を、特殊モードの方が、通常モードの
ときよりも大きく設定している。したがって、特殊モー
ドのときの基板電圧は、通常モードのときの基板電圧よ
り大きくなる。
【0014】このため、この発明に係る半導体記憶装置
においては、特殊モードにおいて、ポーズリフレッシュ
の実力を高めることができる。これにより、以下の効果
を奏する。ポーズリフレッシュの実力の範囲内で、所定
回数の動作を必要とするとき、ポーズリフレッシュの実
力が高いと、所定時間当りの、その動作の回数を少なく
することができる。すなわち、所定時間当りの消費電力
を小さくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体記憶装
置としてのDRAMについて、図面を参照しながら説明
する。
【0016】(実施の形態1)図1は、本発明の実施の
形態1による半導体記憶装置としてのDRAMを示す概
略ブロック図である。
【0017】図1を参照して、実施の形態1によるDR
AMは、制御信号入力端子1〜7、アドレス信号入力端
子群9、データ信号入出力端子群11、接地端子13お
よび電源端子15を備える。また、このDRAMは、ク
ロック発生回路17、行および列アドレスバッファ1
9、行デコーダ21、列デコーダ23、メモリセルアレ
イ25、センスアンプ群27、入出力回路29、入力バ
ッファ31、出力バッファ33および基板電圧発生ユニ
ット35を含む。
【0018】クロック発生回路17は、制御信号入力端
子1,3を介して外部から与えられるコラムアドレスス
トローブ信号/CAS,ロウアドレスストローブ信号/
RASに基づいて所定の動作モードを選択し、DRAM
全体を制御する。
【0019】行および列アドレスバッファ19は、読出
および書込動作時に、アドレス信号入力端子群9を介し
て外部から与えられるアドレス信号A0〜A11を行デ
コーダ21および列デコーダ23に選択的に与える。
【0020】メモリセルアレイ25には、複数のワード
線(図示せず)が行方向に沿って配置され、複数のビッ
ト線対(図示せず)が列方向に沿って配置され、さらに
複数のメモリセル(図示せず)がそれら交点に配置され
る。
【0021】行デコーダ21は、行および列アドレスバ
ッファ19から供給される行アドレス信号に応答して、
複数のワード線のうち1つを選択して駆動する。列デコ
ーダ23は、行および列アドレスバッファ19から供給
される列アドレス信号に応答して、複数のビット線対の
うちの1つを選択する。
【0022】センスアンプ群27は、複数のセンスアン
プを備える。複数のセンスアンプは複数のビット線対に
対応して設けられる。各センスアンプはその対応するビ
ット線対間の電位差を増幅する。
【0023】入出力回路29は、列デコーダ23によっ
て選択されたビット線対の電位を出力バッファ33に供
給する。出力バッファ33は、制御信号入力端子7から
入力されるアウトプットイネーブル信号/OEに応答し
て、その供給された電位を増幅して出力データDQ1〜
DQ4として外部に出力する。
【0024】入力バッファ31は、制御信号入力端子5
から入力されたライトイネーブル信号/Wに応答して、
外部から供給された入力データDQ1〜DQ4を増幅す
る。入出力回路29は、入力バッファ31において増幅
された入力データを、列デコーダ23によって選択され
たビット線対に供給する。
【0025】基板電圧発生ユニット35は、負の値を有
する基板電圧(バックバイアス電圧)を、P型半導体基
板37に与える。この発明に係るDRAMは、この基板
電圧発生ユニット35に特徴がある。したがって、基板
電圧発生ユニット35を中心に説明する。
【0026】図2は、図1の基板電圧発生ユニット35
の詳細を示す概略ブロック図である。
【0027】図2を参照して、基板電圧発生ユニット
は、リングオシレータ制御回路39、リングオシレータ
41〜45、ポンプ回路47〜51および検知回路53
を含む。
【0028】リングオシレータ41およびポンプ回路4
7からなる第1の基板電圧発生回路は、第1の基板電圧
を出力ノードN1に発生する。リングオシレータ43お
よびポンプ回路49からなる第2の基板電圧発生回路
は、第2の基板電圧を出力ノードN1に発生する。リン
グオシレータ45およびポンプ回路51からなる第3の
基板電圧発生回路は、第3の基板電圧を出力ノードN1
に発生する。
【0029】したがって、3つのポンプ回路47,4
9,51から発生される3つの基板電圧によって、基板
電圧発生ユニットが発生する基板電圧Vbbが決まって
くる。以下、ポンプ回路47から発生される第1の基板
電圧も、ポンプ回路49から発生される第2の基板電圧
も、ポンプ回路51から発生される第3の基板電圧も、
便宜のため、基板電圧Vbbと呼ぶことにする。
【0030】大容量のキャパシタを備えるポンプ回路4
7は、リングオシレータ41からのパルス信号に基づき
基板電圧Vbbを発生する。ここで、検知回路53にお
いて、出力ノードN1の電位が、第1の所定電位(以
下、「サスティンレベル」という)より大きいと判断さ
れた場合には、これに応じて、リングオシレータ制御回
路39、リングオシレータ41が動作する。すなわち、
サスティンレベルは、内部電圧発生ユニットが、最低限
必要な負の値を有する基板電圧Vbbを決定するもので
ある。
【0031】一方、検知回路53において、出力ノード
N1の電位が第2の所定電位(以下、「クランプレベ
ル」という)小さくなった場合に、出力ノードN1の電
子を接地電位を有するノードに放電するものである。す
なわち、クランプレベルは、負の値を有する基板電圧V
bbが、下がり過ぎるのを防止するために設けられたも
のである。なお、リングオシレータ41は、短周期のパ
ルス信号を発生する。
【0032】小容量のキャパシタを有するポンプ回路4
9は、リングオシレータ43からのパルス信号によって
動作する。リングオシレータ43は、長周期のパルス信
号を発生する。なお、リングオシレータ43は常時動作
している。
【0033】ポンプ回路47のキャパシタより大きい容
量を有するキャパシタを含むポンプ回路51は、リング
オシレータ45からのパルス信号に従って動作する。リ
ングオシレータ45は、信号ZRASEの「H」レベル
から「L」レベルへの遷移または「L」レベルから
「H」レベルへの遷移時に、パルスを発生する。なお、
信号ZRASEは、信号/RASが「L」レベルになる
のに応じて「L」レベルになり、信号/RASが「H」
レベルになるのに応じて「H」レベルになる。
【0034】DRAMがスタンバイ状態にあるときの内
部電圧発生ユニットの動作について説明する。
【0035】電源投入時は、ポンプ回路47およびポン
プ回路49が動作し、サスティンレベルまで基板電圧V
bbを発生させる。上述したように、ポンプ回路47
は、基板電圧Vbbがサスティンレベルに到達すると停
止するが、ポンプ回路49は常に動作している。
【0036】DRAMが、アクティブ状態にあるときの
内部電圧発生ユニットの動作について説明する。
【0037】信号/RASが「L」レベルになったと
き、すなわち、信号ZRASEが「L」レベルになった
とき、リングオシレータ45はパルスを発生し、ポンプ
回路51が動作する。これにより、アクティブ時に消費
される基板電圧Vbbを補充する。また、ポンプ回路4
7は、サスティンレベルに従って動作する。さらに、ポ
ンプ回路49は常に動作している。
【0038】図3は、図2の一般的な検知回路53の詳
細を示す回路図である。なお、図2と同様の部分につい
ては同一の参照符号を付しその説明を適宜省略する。
【0039】図3を参照して、PMOSトランジスタ6
1は、クランプレベルを決定する。PMOSトランジス
タ63は、サスティンレベルを決定する。ここで、サス
ティンレベルは、クランプレベルよりも大きいレベルで
あることを要するため、PMOSトランジスタ63の抵
抗は、PMOSトランジスタ61の抵抗よりも小さく設
定してある。
【0040】クランプレベルについて説明する。ノード
Aの電位をAとし、NMOSトランジスタ71のしきい
値電圧をVthとする。また、ノードN1の電圧は、基
板電圧Vbbである。したがって、NMOSトランジス
タ71がオンする条件は、次のようになる。
【0041】A−Vth>Vbb …(1) したがって、PMOSトランジスタ61の抵抗を小さく
すると、クランプレベルが大きくなり、NMOSトラン
ジスタ71も、基板電圧Vbbが大きい段階でオンにな
る。そして、オンになったNMOSトランジスタ71
は、電子を接地電位を有するノードに放電する。PMO
Sトランジスタ61の抵抗を大きくすると、クランプレ
ベルは小さくなり、NMOSトランジスタ71は、小さ
い基板電圧Vbbでオンすることになる。
【0042】サスティンレベルについて説明する。PM
OSトランジスタ63の抵抗を小さくすると、サスティ
ンレベルも大きくなり、基板電圧Vbbが大きい段階
で、PMOSトランジスタ63がオンする。これに応じ
て、図2のリングオシレータ制御回路39は、リングオ
シレータ41を停止させる。PMOSトランジスタ63
の抵抗を大きくすると、サスティンレベルは小さくな
り、基板電圧Vbbが小さい段階で、PMOSトランジ
スタ63はオンする。
【0043】図4は、図2の一般的なリングオシレータ
制御回路39の詳細を示す回路図である。なお、図2と
同様の部分については同一の参照符号を付しその説明は
適宜省略する。
【0044】図4を参照して、リングオシレータ制御回
路39は、PMOSトランジスタ77〜83、NMOS
トランジスタ85〜99、インバータ101〜107、
NAND回路109およびNAND回路(負論理)11
1,113を含む。
【0045】このリングオシレータ制御回路は、基板電
圧Vbbが、サスティンレベルより小さくなったとき
に、図3のPMOSトランジスタ63がオンすることに
応じて、ノードN3に「H」レベルの信号を出力し、図
2のリングオシレータ41の動作を停止させる。一方、
リングオシレータ制御回路は、基板電圧Vbbがサステ
ィンレベルより大きいときには、図3のPMOSトラン
ジスタ63はオフしており、このPMOSトランジスタ
63がオフしていることに応じて、ノードN3に「L」
レベルの信号を出力し、図2のリングオシレータ41を
動作させる。
【0046】なお、NAND回路(負論理)113に入
力される信号ZPORIは、電源が入った後の所定時間
経過後に、リングオシレータ制御回路が動作状態になる
ように制御する信号である。すなわち、リングオシレー
タ制御回路は、所定期間経過後に信号ZPORIが
「L」レベルになったときに、図2の検知回路53のサ
スティンレベルに従って、ノードN3に「L」レベルの
信号を出力し、図2のリングオシレータ41を動作させ
る。
【0047】図5は、図2の一般的なリングオシレータ
41の詳細を示す回路図である。なお、図2と同様の部
分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略
する。
【0048】図5を参照して、図2のリングオシレータ
41は、PMOSトランジスタ115〜127、NMO
Sトランジスタ129〜141、抵抗143およびイン
バータ145,147を含む。PMOSトランジスタ1
19,121およびNMOSトランジスタ133,13
5は、インバータを構成している。このインバータを構
成するPMOSトランジスタ121およびNMOSトラ
ンジスタ133は、貫通電流をなくすためのものであ
る。
【0049】そして、PMOSトランジスタ115,1
17、抵抗143およびNMOSトランジスタ129,
131から構成される回路は、PMOSトランジスタ1
21およびNMOSトランジスタ133を制御するため
の回路である。なお、図5のリングオシレータは、ノー
ドN3に、「L」レベルの信号を受けたときに動作し、
ノードN4に、短周期のパルス信号を出力する。
【0050】図6は、図2の一般的なポンプ回路47の
詳細を示す回路図である。なお、図2と同様の部分につ
いては同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。
【0051】図6を参照して、図2の一般的なポンプ回
路47は、PMOSトランジスタ149〜161、NM
OSトランジスタ163およびインバータ165を含
む。図6の一般的なポンプ回路は、図2のリングオシレ
ータ41からノードN4に出力されるパルス信号に応じ
て、ノードN1に、基板電圧Vbbを発生する。なお、
図2の一般的なポンプ回路49および一般的なポンプ回
路51の構成は、図6の一般的なポンプ回路の構成と同
様である。
【0052】図7は、図2の一般的なリングオシレータ
43の詳細を示す回路図である。なお、図2と同様の部
分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略
する。
【0053】図7を参照して、図2の一般的なリングオ
シレータ43は、PMOSトランジスタ167〜177
およびNMOSトランジスタ179〜185を含む。P
MOSトランジスタ175,177およびNMOSトラ
ンジスタ185,183は、インバータを構成する。こ
のインバータを構成するPMOSトランジスタ177お
よびNMOSトランジスタ185は、貫通電流をなくす
ためのものである。PMOSトランジスタ167〜17
3およびNMOSトランジスタ179,181からなる
回路は、PMOSトランジスタ177およびNMOSト
ランジスタ185を制御するためのものである。
【0054】図7のリングオシレータは、常に、ノード
N5に、長周期のパルス信号を出力している。信号ZP
ORIは、図4の信号ZPORIと同様である。信号Z
RASEは、信号/RASまたは内部/RASが、
「H」レベルから「L」レベルになったのに応じて、
「H」レベルから「L」レベルになる信号であり、
「L」レベルから「H」レベルになったことに応じて
「L」レベルから「H」レベルになる信号である。
【0055】図8は、図2の一般的なリングオシレータ
45の詳細を示す回路図である。なお、図2と同様の部
分については同一の参照符号を付しその説明は適宜省略
する。
【0056】図8を参照して、図2のリングオシレータ
45は、インバータ187〜193およびNAND回路
195を含む。図8の一般的なリングオシレータは、信
号ZRASEの遷移に応じて、ノードN6にパルス信号
を出力する。なお、信号ZRASEは、図7の信号ZR
ASEと同様の信号である。
【0057】本発明の実施の形態1によるDRAMの基
板電圧発生ユニットは、検知回路53(図2)に特徴が
ある。したがって、リングオシレータ制御回路39、リ
ングオシレータ41〜45およびポンプ回路47〜51
は、図4〜図8に示したリングオシレータ制御回路、リ
ングオシレータおよびポンプ回路と同様である。
【0058】図9は、本発明の実施の形態1によるDR
AMの基板電圧発生ユニットに用いる検知回路53の詳
細を示す回路図である。なお、図3と同様の部分につい
ては同一の参照符号を付しその説明は適宜省略する。
【0059】図9を参照して、実施の形態1で用いる検
知回路は、PMOSトランジスタ55,57,59,6
1,63,197,199、NMOSトランジスタ6
5,66,67,69,71,73および抵抗75を含
む。
【0060】PMOSトランジスタ59とNMOSトラ
ンジスタ67は、電源電位Vccを有するノードと、ノ
ードN1との間に直列に接続される。NMOSトランジ
スタ69は、ノードN2とノードN1との間に接続され
る。NMOSトランジスタ73は、ノードAとノードN
1との間に接続される。NMOSトランジスタ67のド
レインは、NMOSトランジスタ67のゲート、NMO
Sトランジスタ69のゲートおよびNMOSトランジス
タ73のゲートと接続される。
【0061】PMOSトランジスタ197とPMOSト
ランジスタ61とは、接地電位を有するノードとノード
Aとの間に直列に接続される。PMOSトランジスタ1
97のゲートとPMOSトランジスタ61のゲートと
は、ノードAに接続される。PMOSトランジスタ19
7に並列にPMOSトランジスタ199が接続される。
PMOSトランジスタ199のゲートには、信号ZBB
Uが入力される。NMOSトランジスタ71は、接地電
位を有するノードとノードN1との間に接続される。N
MOSトランジスタ71のゲートは、ノードAに接続さ
れる。PMOSトランジスタ63は、接地電位を有する
ノードとノードN2との間に接続される。PMOSトラ
ンジスタ63のゲートと、ノードN2は接続される。ノ
ードN2は、図2のノードN2に接続される。ノードN
1は、図2のノードN1に接続される。
【0062】DRAMの通常モードにおいては、「H」
レベルの信号ZBBUがPMOSトランジスタ199に
入力される。このため、クランプレベルは、PMOSト
ランジスタ197,61によって決定される。一方、D
RAMの特殊モード(以下、セルフリフレッシュモード
の場合について説明する)においては、「L」レベルの
信号ZBBUがPMOSトランジスタ199に入力され
る。このため、PMOSトランジスタ199はオンにな
る。これにより、クランプレベルは、PMOSトランジ
スタ61のみによって決定されることになる。なお、ク
ランプレベルについても、図3の検知回路で説明したの
と同様である。
【0063】以上のことから、セルフリフレッシュモー
ドのクランプレベルは、通常モードのクランプレベルに
比し、大きくなる。したがって、セルフリフレッシュモ
ードへの基板電圧Vbbの最小値は、通常モードの基板
電圧Vbbの最小値より大きくなる。このことに起因し
て、セルフリフレッシュモードでのポーズリフレッシュ
の実力は、通常モードでのポーズリフレッシュの実力よ
りも高くなる(長くなる)。
【0064】ポーズリフレッシュの実力が高くなると、
内部/RASが「L」レベルになるインターバルを長く
することができる。また、セルフリフレッシュモードに
おいて、内部/RASが「L」レベルになると、1本の
ワード線が選択され、それに接続される複数のメモリセ
ルに対して読出/書込動作が行なわれる。したがって、
セルフリフレッシュモードにおいて、ポーズリフレッシ
ュの実力を高め、内部/RASが「L」レベルになるイ
ンターバルを長くすることにより、所定時間当りの消費
電力を小さくすることができる。なお、図3の一般的な
検知回路を用いる場合には、通常モードでも、セルフリ
フレッシュモードでも、クランプレベルは同じであるた
め、セルフリフレッシュモードにおける消費電力を低減
することはできない。
【0065】図10は、DRAMの動作モードと、クラ
ンプレベルとの関係を説明するための図である。
【0066】DRAMの通常モードでは、信号ZBBU
は、「H」レベルである。このため、図9のPMOSト
ランジスタ199はオフになっている。したがって、ノ
ードAの電位は、接地電位をGNDとし、PMOSトラ
ンジスタ197,61のしきい値電圧をVthとする
と、GND−2Vthとなる。
【0067】DRAMのセルフリフレッシュモードで
は、信号ZBBUは、「L」レベルになる。このため、
PMOSトランジスタ199はオンになる。したがっ
て、ノードAの電位はGND−Vthとなる。
【0068】このように、リフレッシュモードでは、ノ
ードAの電位(GND−Vth)は、通常モードでのノ
ードAの電位(GND−2Vth)より大きくなってい
るため、セルフリフレッシュモードでのクランプレベル
は、通常モードでのクランプレベルより大きくなる。
【0069】図11は、図9の信号ZBBUの発生タイ
ミングを説明するための図である。セルフリフレッシュ
モードには、信号/CASが「L」レベルにあった後、
信号/RASが「L」レベルになるタイミングで(CB
Rのタイミングで)、信号/RASまたは信号/CAS
が「L」レベルになってから70μs後に、入る。した
がって、パルス幅tRAS およびtCAS は、約70μs以
上に設定してある。
【0070】信号ZBBUは、セルフリフレッシュモー
ドに入ったことに応じて、「L」レベルになる信号であ
る。
【0071】ここで、ポーズリフレッシュとセルフリフ
レッシュとの関係について説明する。図11を参照し
て、信号ZBBUが「L」レベルのときに、内部/RA
Sが、インターバルIRで、「L」レベルになる。ポー
ズリフレッシュの実力P(ms)と、セルフリフレッシ
ュモードにおいて、すべてのメモリセルがリフレッシュ
される時間R(ms)との関係は、以下のようになるの
が望ましい。
【0072】P(ms)>R(ms) …(2) ここで、たとえば、2K(2048)リフレッシュで
は、すべてのメモリセルがリフレッシュされるまでの時
間Rは以下のようになる。
【0073】 R=IR×2K(2048) …(3) もし、P(ms)<R(ms)となった場合には、セル
フリフレッシュモードを有するDRAMとしては、失格
である。したがって、ポーズリフレッシュの実力P(m
s)の範囲内で、すべてのメモリセルのリフレッシュが
終わるように、インターバルIRを設定する必要があ
る。
【0074】しかし、内部/RASが「L」レベルにな
るインターバルIRを短くすればするほど、セルフリフ
レッシュモードにおいて、消費する電流が増えてしま
い、セルフリフレッシュモードでの消費電力の低減化を
図ることができない。これを解決するために、セルフリ
フレッシュモードでのクランプレベルを、通常モードで
のクランプレベルより大きくして、すなわち、セルフリ
フレッシュモードでの基板電圧Vbbを通常モードでの
基板電圧Vbbより大きくして、ポーズリフレッシュの
実力を高めている(長くしている)。これにより、内部
/RASが「L」レベルになるインターバルIRを長く
でき、所定時間当りの、セルフリフレッシュモードにお
ける消費電流を低減することが可能になる。
【0075】基板電圧Vbbを大きくすると、ポーズリ
フレッシュの実力が高まる理由について説明する。メモ
リセルに、「H」のデータ、すなわち、正電荷が蓄積さ
れている場合を考える。この場合に、この正電荷は、基
板電圧Vbbが与えられている基板にリークする。この
ため、負の値を有する基板電圧Vbbが小さければ小さ
いほど、メモリセルと基板との電位差は大きくなり、メ
モリセルから正電荷がリークしやすくなる。逆に、負の
値を有する基板電圧Vbbが、大きければ大きいほど、
メモリセルと基板との電位差が小さくなり、メモリセル
から正電荷がリークしにくくなる。
【0076】たとえば、メモリセルの電位を5Vとし、
セルフリフレッシュモードでの基板電圧Vbbを−2V
とし、通常モードでの基板電圧Vbbを−4Vとする
と、セルフリフレッシュモードでのメモリセルと基板と
の電位差は7Vとなり、通常モードでの基板とメモリセ
ルとの電位差は9Vとなる。当然、電位差の大きい通常
モードの方が正電荷はリークしやすく、電位差の小さい
セルフリフレッシュモードの方が正電荷はリークしにく
い。
【0077】以上により、負の値を有する基板電圧Vb
bが大きければ、ポーズリフレッシュの実力が高くなる
ことがわかる。
【0078】上述したように、本発明の実施の形態1に
よるDRAMの基板電圧発生ユニットにおいては、検知
回路のクランプレベルを、セルフリフレッシュモードで
は大きく、通常モードでは小さく設定している。このた
め、リフレッシュモードでの基板電圧Vbbは、通常モ
ードでの基板電圧Vbbより大きくなる。これにより、
セルフリフレッシュモードで、ポーズリフレッシュの実
力を高くすることができ、内部/RASが「L」レベル
になるインターバルIRを長くできる。
【0079】このため、本発明の実施の形態1によるD
RAMにおいては、セルフリフレッシュモードでの所定
時間当りの消費電力(消費電流)を小さくすることがで
きる。
【0080】なお、図9において、クランプレベルは、
ノードAと接地電位を有するノードとの間に直列に接続
されるPMOSトランジスタの数によって決定する。ノ
ードAと接地電位を有するノードとの間のPMOSトラ
ンジスタの数が多ければ多いほど、クランプレベルは小
さくなり、ノードAと接地電位を有するノードとの間の
PMOSトランジスタの数が少なければ少ないほどクラ
ンプレベルは大きくなる。
【0081】(実施の形態2)本発明の実施の形態2に
よるDRAMの全体構成は、図1と同様である。また、
実施の形態2によるDRAMの基板電圧発生ユニット
も、図2の基板電圧発生ユニットと同様である。但し、
図2を参照して、実施の形態2によるDRAMが、実施
の形態1によるDRAMと異なるのは、検知回路53の
構成であり、その他の部分については、同様である。
【0082】図12は、本発明の実施の形態2によるD
RAMの内部電圧発生ユニットに用いる検知回路53
(図2)の詳細を示す回路図である。なお、図3および
図9と同様の部分については同一の参照符号を付しその
説明を適宜省略する。
【0083】図12を参照して、実施の形態2に用いる
検知回路は、PMOSトランジスタ55,57,59,
61,63,201,203、NMOSトランジスタ6
5,67,69,71,73および抵抗75を含む。
【0084】PMOSトランジスタ61は、接地電位を
有するノードとノードAとの間に接続される。PMOS
トランジスタ61のゲートは、ノードAと接続される。
PMOSトランジスタ201とPMOSトランジスタ6
3とは、接地電位を有するノードとノードN2との間に
直列に接続される。PMOSトランジスタ201,63
のゲートは、ノードN2と接続される。PMOSトラン
ジスタ203は、PMOSトランジスタ201と並列に
接続される。PMOSトランジスタ203のゲートに
は、信号ZBBUが入力される。この信号ZBBUは、
図9の信号ZBBUと同様である。
【0085】DRAMが、通常モードにあるときには、
「H」レベルの信号ZBBUがPMOSトランジスタ2
03に入力される。したがって、サスティンレベルは、
PMOSトランジスタ201,63によって決定され
る。したがって、負の値を有する基板電圧Vbbが小さ
い段階で、図2のポンプ回路47が動作を停止すること
になる。すなわち、通常モードでの基板電圧Vbbは、
小さくなる。
【0086】一方、セルフリフレッシュモードでは、P
MOSトランジスタ203には、「L」レベルの信号Z
BBUが入力される。したがって、サスティンレベル
は、PMOSトランジスタ63だけで決定される。この
ため、負の値を有する基板電圧Vbbが大きい段階で、
図2のポンプ回路47は動作を停止する。すなわち、セ
ルフリフレッシュモードでは、基板電圧Vbbが大きく
なる。なお、サスティンレベルについては、図3の検知
回路で説明したのと同様である。
【0087】以上のように、本発明の実施の形態2によ
るDRAMの内部電圧発生ユニットに用いる検知回路で
は、セルフリフレッシュモードでのサスティンレベル
は、通常モードでのサスティンレベルより大きくなって
いる。このため、セルフリフレッシュモードで発生され
る基板電圧Vbbは、通常モードで発生される基板電圧
Vbbより大きくなる。このことは、セルフリフレッシ
ュモードで、ポーズリフレッシュの実力が高まることを
意味する。ポーズリフレッシュの実力が高まると、内部
/RASが「L」レベルになるインターバルを長く設定
できる。
【0088】このため、本発明の実施の形態2によるD
RAMにおいては、セルフリフレッシュモードで、所定
時間当りの消費電力を小さくすることができる。
【0089】なお、接地電位を有するノードとノードN
2との間に接続されるPMOSトランジスタの数によっ
て、サスティンレベルが設定される。接地電位を有する
ノードとノードN2との間のPMOSトランジスタの数
が多ければ多いほど、サスティンレベルは小さくなり、
接地電位を有するノードとノードN1との間のPMOS
トランジスタの数が少なければ少ないほどサスティンレ
ベルは大きくなる。
【0090】(実施の形態3)本発明の実施の形態3に
よるDRAMの全体構成は、図1のDRAMと同様であ
る。また、実施の形態3によるDRAMの内部電圧発生
ユニットは、図2の内部電圧発生ユニットと同様であ
る。但し、図2を参照して、実施の形態3によるDRA
Mが、実施の形態1によるDRAMと異なるのは、リン
グオシレータ43だけで、他の部分については同様であ
る。
【0091】図13は、本発明の実施の形態3によるD
RAMの内部電圧発生ユニットに用いるリングオシレー
タ43(図2)の詳細を示す回路図である。なお、図2
と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明
は適宜省略する。
【0092】図13を参照して、実施の形態3で用いる
リングオシレータ43(図2)は、PMOSトランジス
タ205,207,209、NMOSトランジスタ30
1およびインバータ303,305,307を含む。N
MOSトランジスタ301は、高抵抗である。
【0093】PMOSトランジスタ205とPMOSト
ランジスタ209とは、電源電位Vccを有するノード
とノードBとの間に直列に接続される。PMOSトラン
ジスタ205,209のゲートは、ノードBに接続され
る。PMOSトランジスタ207は、PMOSトランジ
スタ205に並列に接続される。PMOSトランジスタ
207のゲートには、信号BBUが入力される。接地電
位を有するノードとノードBとの間にNMOSトランジ
スタ301が接続される。NMOSトランジスタ301
のゲートには、電源電位Vccを有するノードが接続さ
れる。ノードBとノードN5との間に3つのインバータ
303〜307が接続される。ノードN5とノードBと
が接続される。
【0094】図13を参照して、セルフリフレッシュモ
ードでは、「H」レベルの信号BBUがPMOSトラン
ジスタ207に入力される。このため、ノードBの電位
は、PMOSトランジスタ205,209のしきい値電
圧Vthとすると、Vcc−2Vthとなる。
【0095】通常モードでは、「L」レベルの信号BB
UがPMOSトランジスタ207に入力される。このた
め、PMOSトランジスタ207がオンになる。したが
って、ノードBの電位は、Vcc−Vthとなる。
【0096】以上のように、セルフリフレッシュモード
でのノードBの電位は、通常モードでのノードBの電位
より、小さくなる。したがって、セルフリフレッシュモ
ードで、ノードN5に出力されるパルス信号の周期は、
通常モードでノードN5に出力されるパルス信号の周期
よりも長くなる。すなわち、セルフリフレッシュモード
での図2のポンプ回路49の基板電圧Vbbの発生能力
は、通常モードの場合より弱くなる。言い換えると、セ
ルフリフレッシュモードでの負の値を有する基板電圧V
bbは、通常モードでの負の値を有する基板電圧Vbb
より大きくなる。なお、信号BBUは、図9の信号ZB
BUを反転した信号と同様である。
【0097】以上のように、本発明の実施の形態3によ
るDRAMの内部電圧発生ユニットに用いる、常時動作
しているリングオシレータ(図2のリングオシレータ4
3)の基板電圧Vbbの発生能力は、セルフリフレッシ
ュモードのときは弱く、通常モードのときには強い。こ
のため、セルフリフレッシュモードでのポーズリフレッ
シュの実力を高めることができる。ポーズリフレッシュ
の実力が高まると、内部/RASが「L」レベルになる
インターバルを長くすることができる。
【0098】このため、本発明の実施の形態3によるD
RAMにおいては、セルフリフレッシュモードにおい
て、所定時間当りの消費電力を小さくすることができ
る。
【0099】(実施の形態4)本発明の実施の形態4に
よるDRAMの全体構成は図1のDRAMと同様であ
る。また、実施の形態4によるDRAMの内部電圧発生
ユニットは、図2の内部電圧発生ユニットと同様であ
る。但し、図2を参照して、実施の形態4によるDRA
Mと、実施の形態1によるDRAMとが異なるのは、リ
ングオシレータ45だけである。その他の部分について
は同様である。
【0100】図14を参照して、本発明の実施の形態4
によるDRAMの内部電圧発生ユニットに用いるリング
オシレータ45(図2)の詳細を示す回路図である。な
お、図2および図8と同様の部分については同一の参照
符号を付しその説明は適宜省略する。
【0101】図14を参照して、実施の形態4で用いる
リングオシレータ45(図2)は、インバータ187,
189,191,193およびNAND回路302,3
03を含む。
【0102】インバータ193には、信号ZRASEが
入力される。インバータ193の出力ノードは、インバ
ータ191の入力ノードおよびNAND回路302の一
方入力ノードに接続される。インバータ191の出力ノ
ードはインバータ189の入力ノードに接続される。イ
ンバータ189の出力ノードはインバータ187の入力
ノードに接続される。インバータ187の出力ノードは
NAND回路302の他方入力ノードに接続される。N
AND回路302の出力ノードは、NAND回路303
の一方入力ノードに接続される。NAND回路303の
他方入力ノードには、信号ZBBUが入力される。
【0103】DRAMが、通常モードにあるときは、
「H」レベルの信号ZBBUがNAND回路303に入
力される。したがって、通常モードにおいて、信号ZR
ASEが、「H」レベルから「L」レベルまたは「L」
レベルから「H」レベルへ遷移すると、その遷移に応じ
て、ノードN6からパルスが出力される。なお、信号Z
RASEは、信号/RASまたは内部/RASが「H」
レベルから「L」レベルになったことに応じて、「H」
レベルから「L」レベルになり、信号/RASまたは内
部/RASが「L」レベルから「H」レベルになったこ
とに応じて、「L」レベルから「H」レベルになる信号
である。
【0104】セルフリフレッシュモードでは、「L」レ
ベルの信号ZBBUがNAND回路303に入力され
る。したがって、NAND回路303からの出力は、
「H」レベルに固定される。このことは、セルフリフレ
ッシュモードでは、図2のポンプ回路51が動作しない
ことを示している。すなわち、セルフリフレッシュモー
ドでは、図2のポンプ回路51が動作しないため、内部
電圧発生ユニット全体の基板電圧Vbbの発生能力が弱
まる。言い換えると、セルフリフレッシュモードでの基
板電圧Vbbは、通常モードより大きくなる。
【0105】以上のように、本発明の実施の形態4によ
るDRAMの内部電圧発生ユニットのリングオシレータ
45(図2)は、セルフリフレッシュモードにおいて、
その動作を停止する。このため、セルフリフレッシュモ
ードでの基板電圧Vbbは、通常モードでの基板電圧V
bbより大きくなる。このことは、セルフリフレッシュ
モードでのポーズリフレッシュの実力が通常モードより
も高いことを意味する。ポーズリフレッシュの実力が高
くなると、内部/RASが「L」レベルになるインター
バルを長くできる。
【0106】このため、本発明の実施の形態4によるD
RAMにおいて、セルフリフレッシュモードで、所定時
間当りの消費電力を小さくすることができる。
【0107】また、本発明の実施の形態4によるDRA
Mにおいては、セルフリフレッシュモードでは、リング
オシレータ45およびポンプ回路51(図2)の動作を
停止するため、このことによっても、セルフリフレッシ
ュモードでの消費電力の低減を図ることができる。
【0108】なお、信号ZBBUは、図9の信号ZBB
Uと同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1によるDRAMの全体
構成を示す概略ブロック図である。
【図2】 図1の基板電圧発生ユニットの詳細を示す概
略ブロック図である。
【図3】 図2の一般的な検知回路を詳細を示す回路図
である。
【図4】 図2の一般的なリングオシレータ制御回路を
詳細に示す回路図である。
【図5】 図2のノードN4に接続される、一般的なリ
ングオシレータの詳細を示す回路図である。
【図6】 図2のポンプ回路の詳細を示す回路図であ
る。
【図7】 図2のノードN5に接続される、一般的なリ
ングオシレータの詳細を示す回路図である。
【図8】 図2のノードN6に接続される、一般的なリ
ングオシレータの詳細を示す回路図である。
【図9】 本発明の実施の形態1によるDRAMに用い
る図2の検知回路を詳細に示す回路図である。
【図10】 本発明の実施の形態1によるDRAMの動
作モードと、クランプレベルとの関係を示す図である。
【図11】 図9の信号ZBBUの発生タイミングを示
すタイミング図である。
【図12】 本発明の実施の形態2によるDRAMに用
いる図2の検知回路の詳細を示す回路図である。
【図13】 本発明の実施の形態3によるDRAMに用
いる図2のノードN5に接続されるリングオシレータの
詳細を示す回路図である。
【図14】 本発明の実施の形態4によるDRAMに用
いるノードN6に接続されるリングオシレータの詳細を
示す回路図である。
【符号の説明】
1〜7 制御信号入力端子、9 アドレス信号入力端子
群、11 データ信号入出力端子群、13 接地端子、
15 電源端子、17 クロック発生回路、19 行お
よび列アドレスバッファ、21 行デコーダ、23 列
デコーダ、25メモリセルアレイ、27 センスアンプ
群、29 入出力回路、31 入力バッファ、33 出
力バッファ、35 基板電圧発生ユニット、37 P型
半導体基板、39 リングオシレータ制御回路、41〜
45 リングオシレータ、47〜51 ポンプ回路、5
3 検知回路、55〜63,77〜83,115〜11
7,149〜161,167〜177,197〜209
PMOSトランジスタ、65〜73,85〜99,1
29〜141,163,179〜185,301NMO
Sトランジスタ、75,143 抵抗、101〜10
7,145,147,165,187〜193,303
〜307 インバータ、109,195,303,30
2 NAND回路、111,113 NAND回路(負
論理)。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常モードと、特殊モードとを有する半
    導体記憶装置であって、 出力ノードに負の値を有する基板電圧を発生する基板電
    圧発生手段を備え、 前記基板電圧発生手段は、 前記出力ノードの電位レベルを検知する検知手段と、 前記検知手段が検知した電位レベルに応じて、前記基板
    電圧を発生する電圧発生手段とを含み、 前記検知手段は、前記出力ノードの電位が所定電位より
    大きくなった場合に、前記電圧発生手段を動作させ、 前記検知手段は、前記特殊モードに入ったことを示す信
    号に応じて、通常モードのときより、前記所定電位を大
    きく設定する、半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記検知手段は、 第1のノードと、第2のノードとの間に直列に接続され
    る複数の第1のトランジスタを含み、 前記複数の第1のトランジスタの制御電極は、前記第2
    のノードに接続され、 前記第2のノードは、前記出力ノードの電位に応じた電
    位になっており、 前記第2のノードの電位は、前記第1のノードの電位よ
    り小さく、 前記検知手段は、 前記複数の第1のトランジスタのうちの少なくとも1つ
    の前記第1のトランジスタに並列に接続される第2のト
    ランジスタをさらに含み、 前記第2のトランジスタは、その制御電極に前記特殊モ
    ードに入ったことを示す信号を受けて、オンになり、こ
    れによって、前記所定電位が、前記特殊モードのとき
    に、前記通常モードのときよりも大きく設定され、 前記特殊モードのときの前記所定電位および前記通常モ
    ードのときの前記所定電位の大きさは、前記第1のトラ
    ンジスタの数により決定される、請求項1に記載の半導
    体記憶装置。
  3. 【請求項3】 通常モードと、特殊モードとを有する半
    導体記憶装置であって、 出力ノードに負の値を有する基板電圧を発生する基板電
    圧発生手段を備え、 前記基板電圧発生手段は、 前記出力ノードの電位レベルを検知する検知手段と、 前記基板電圧を発生する電圧発生手段とを含み、 前記検知手段は、前記出力ノードの電位が所定電位より
    小さくなった場合に、前記出力ノードから電子を放電
    し、 前記検知手段は、前記特殊モードに入ったことを示す信
    号に応じて、通常モードのときより、前記所定電位を大
    きく設定する、半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記検知手段は、 第1のノードと、第2のノードとの間に直列に接続され
    る複数の第1のトランジスタを含み、 前記複数の第1のトランジスタの制御電極は、前記第2
    のノードに接続され、 前記第2のノードは、前記出力ノードの電位に応じた電
    位になっており、 前記第2のノードの電位は、前記第1のノードの電位よ
    り小さく、 前記検知手段は、 前記複数の第1のトランジスタのうちの少なくとも1つ
    の前記第1のトランジスタに並列に接続される第2のト
    ランジスタをさらに含み、 前記第2のトランジスタは、その制御電極に前記特殊モ
    ードに入ったことを示す信号を受けて、オンになり、こ
    れによって、前記所定電位が、前記特殊モードのとき
    に、前記通常モードのときよりも大きく設定され、 前記特殊モードのときの前記所定電位および前記通常モ
    ードのときの前記所定電位の大きさは、前記第1のトラ
    ンジスタの数により決定される、請求項3に記載の半導
    体記憶装置。
  5. 【請求項5】 通常モードと、特殊モードとを有する半
    導体記憶装置であって、 出力ノードに負の値を有する基板電圧を発生する基板電
    圧発生手段を備え、 前記基板電圧発生手段は、 前記基板電圧を発生するポンプ手段と、 前記ポンプ手段を動作させるためのパルス信号を発生す
    るリング手段と、 前記リング手段からの前記パルス信号の周波数を制御す
    るリング制御手段とを含み、 前記リング制御手段は、 前記特殊モードに入ったことを示す信号に応じて、前記
    通常モードのときより、前記リング手段の入力ノードに
    小さな電位を供給する、半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記リング制御手段は、 前記リング手段の前記入力ノードと、前記入力ノードよ
    り電位が大きい高電位ノードとの間に直列に接続される
    複数の第1のトランジスタを含み、 前記複数の第1のトランジスタの制御電極は、前記入力
    ノードに接続され、 前記リング制御手段は、 前記複数の第1のトランジスタのうちの少なくとも1つ
    の前記第1のトランジスタに並列に接続される第2のト
    ランジスタをさらに含み、 前記第2のトランジスタは、その制御電極に前記特殊モ
    ードに入ったことを示す信号を受けて、オフになり、こ
    れによって、前記特殊モードのときに、前記通常モード
    のときよりも小さな電位を前記入力ノードに供給し、 前記特殊モードのときに、前記入力ノードに供給する電
    位および前記通常モードのときに前記入力ノードに供給
    する電位の大きさは、前記第1のトランジスタの数によ
    り決定される、請求項5に記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 通常モードと、特殊モードとを有する半
    導体記憶装置であって、 出力ノードに、負の値を有する第1の基板電圧を発生す
    る第1の基板電圧発生手段と、 常時動作し、前記出力ノードに、負の値を有する第2の
    基板電圧を発生する第2の基板電圧発生手段と、 前記半導体記憶装置の内部動作を制御する内部制御信号
    に応じて、前記出力ノードに負の値を有する第3の基板
    電圧を発生する第3の基板電圧発生手段とを備え、 前記第1の基板電圧発生手段は、前記出力ノードの電位
    レベルに応じて、動作し、 前記第3の基板電圧発生手段は、前記特殊モードのとき
    には、その動作を停止する、半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 前記特殊モードは、セルフリフレッシュ
    モードである、請求項1から7のいずれか1項に記載の
    半導体記憶装置。
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