JP2796311B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP2796311B2 JP2796311B2 JP63222317A JP22231788A JP2796311B2 JP 2796311 B2 JP2796311 B2 JP 2796311B2 JP 63222317 A JP63222317 A JP 63222317A JP 22231788 A JP22231788 A JP 22231788A JP 2796311 B2 JP2796311 B2 JP 2796311B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- power supply
- memory cell
- supply voltage
- semiconductor device
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Power Sources (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Dram (AREA)
Description
本発明は半導体装置の低消費電力化に係り、特に電池
の電圧により動作させるメモリに関する。The present invention relates to a reduction in power consumption of a semiconductor device, and more particularly to a memory operated by a voltage of a battery.
従来のDRAM回路は、特公昭61-61479号に記載のように
信号を蓄積する複数のメモリセルからなるメモリアレー
(メモリセルマトリクス)、複数のメモリセルのうち一
つを選択するXデコーダ、Yデコーダ、メモリセルから
読みだされた信号を増幅するセンスアンプ等から成って
いる。メモリセルマトリクスはデータ線とそれに交差す
るように設けたワード線、その交点に設けたメモリセル
から成っている。メモリセルは一つのMOS-FETと一つの
コンデンサから成り、MOS-FETのドレイン端子はデータ
線に、ソース端子はコンデンサの一端に、ゲート端子は
ワード線にそれぞれつながっている。また、コンデンサ
の他端(ここではプレートという)には制御された電圧
が印加されている。これらの回路でのメモリセルの信号
の読みだし、書き込みは、次のように行う。 ある一本のワード線電圧を高電位にし、メモリセルに
蓄積していた信号(以下メモリセル信号という)をデー
タ線に読みだす。読みだした信号はセンスアンプで増幅
し、対となるデータ線を高電位と低電位にする。この時
選択されているメモリセルには上記データ線の電圧が蓄
積される。これにより、メモリセルに再び同じ信号が書
き込まれる。この後選択されていたワード線の電位を高
電位から少し下げる。この電位の低下量は高電位を書き
込んだメモリセルのトランスファゲート(MOS-FET)がO
FFとなる程度である。この後、プレート端子の電位を低
電位から高電位する。これによりメモリセル信号のうち
高電位のものは電位をさらに高くする。一方、低電位の
ものはその電位がセンスアンプによって保持されている
ため変わらない。これによりメモリセルに蓄積する信号
量を大きくし、高S/N化を図っている。しかし、上記メ
モリ回路は低消費電力化の点については配慮されていな
かった。As described in Japanese Patent Publication No. 61-61479, a conventional DRAM circuit includes a memory array (memory cell matrix) including a plurality of memory cells for storing signals, an X decoder for selecting one of the plurality of memory cells, and a Y decoder. It comprises a decoder, a sense amplifier for amplifying a signal read from the memory cell, and the like. The memory cell matrix is composed of data lines, word lines provided to cross the data lines, and memory cells provided at the intersections. The memory cell is composed of one MOS-FET and one capacitor. The drain terminal of the MOS-FET is connected to the data line, the source terminal is connected to one end of the capacitor, and the gate terminal is connected to the word line. Further, a controlled voltage is applied to the other end (here, referred to as a plate) of the capacitor. Reading and writing of the signal of the memory cell in these circuits are performed as follows. A certain word line voltage is set to a high potential, and a signal (hereinafter, referred to as a memory cell signal) stored in a memory cell is read out to a data line. The read signal is amplified by a sense amplifier, and a pair of data lines is set to a high potential and a low potential. At this time, the voltage of the data line is stored in the selected memory cell. Thereby, the same signal is written into the memory cell again. Thereafter, the potential of the selected word line is slightly lowered from the high potential. The amount of decrease in this potential is caused by the transfer gate (MOS-FET) of the memory cell in which the high potential is written.
It is about FF. Thereafter, the potential of the plate terminal is changed from a low potential to a high potential. As a result, among the memory cell signals, those having a high potential further increase the potential. On the other hand, a low-potential one does not change because its potential is held by the sense amplifier. As a result, the amount of signals stored in the memory cells is increased, and high S / N is achieved. However, the memory circuit has not been considered in terms of reducing power consumption.
近年、メモリの用途が広がり、ラップトプコンピュー
タをはじめとしてポータブル機器に使われるようになっ
ている。このような用途のメモリでは電池での動作も必
要となりメモリの低電源電圧化、低消費電力化が必要と
なる。また、マイクロコンピュータなどでは5V以下の電
源電圧で使用するものもある。これらのLSIとシステム
を組む場合、従来のメモリは電源電圧が5Vであるため、
マイクロコンピュータなどはプルアップ抵抗などを必要
とした。これは、システムの実装密度を低下させ製造コ
ストを高くする。5V以下(例えば1V〜3V)で動作するメ
モリがあればこの問題は解決する。したがって、メモリ
の低電源電圧化が必要となる。他方、メモリの高集積化
は依然進んでおり、それとともに一度に充放電するデー
タ線数が増加し、それにより消費電力は増大する傾向に
ある。消費電力の増大は、チップ温度の上昇によるDRAM
の情報保持特性の劣化、チップ内外の雑音の増大を生
じ、メモリが誤動作を生じる原因となる。したがって、
メモリの低消費電力化が必要である。 本発明の目的は、メモリの消費電力を大幅に低減する
こと、メモリを電池の電圧のような低電圧で動作させる
ことにある。2. Description of the Related Art In recent years, memory applications have been widened, and memory devices have been used in portable devices such as laptop computers. A memory for such an application also needs to operate on a battery, and thus requires a low power supply voltage and low power consumption of the memory. Some microcomputers use a power supply voltage of 5 V or less. When building a system with these LSIs, the conventional memory has a power supply voltage of 5 V,
Microcomputers and the like required pull-up resistors and the like. This reduces system packaging density and increases manufacturing costs. This problem is solved if there is a memory that operates at 5V or less (for example, 1V to 3V). Therefore, it is necessary to lower the power supply voltage of the memory. On the other hand, high integration of memories is still advancing, and along with that, the number of data lines to be charged / discharged at one time increases, which tends to increase power consumption. The increase in power consumption is due to DRAM
Of the information retention characteristics of the device, and an increase in noise inside and outside the chip, which causes a malfunction of the memory. Therefore,
It is necessary to reduce the power consumption of the memory. An object of the present invention is to significantly reduce the power consumption of a memory and to operate the memory at a low voltage such as a battery voltage.
さらに他の目的は、少なくとも2種類の外部電源電圧
に1つの基本チップで対応可能なメモリを提供すること
にある。 上記目的は、オンチップ電圧リミッタを用いて、チッ
プ内で使う信号の電圧振幅を低下させること、メモリア
レーではメモリセルのプレートからのメモリセル信号の
書込みにより蓄積電荷量を確保しつつデータ線の電圧振
幅をセンスアンプが動作する最小の大きさまで低減する
ことにより達成できる。 また、電圧リミッタは、その使用と不使用をボンディ
ングやマスタスライスにより切り換えることにより、1
つの基本チップから複数の外部電源電圧に対応できる製
品が作れるようになる。Still another object is to provide a memory capable of coping with at least two kinds of external power supply voltages with one basic chip. The purpose is to reduce the voltage amplitude of the signal used in the chip by using an on-chip voltage limiter. This can be achieved by reducing the voltage amplitude to the minimum size at which the sense amplifier operates. The voltage limiter can be switched between use and non-use by bonding or master slicing.
Products that can handle multiple external power supply voltages can be made from one basic chip.
電圧リミッタを用いてチップ内の信号の電圧振幅を小
さくすることにより消費電力を低減できる。また、メモ
リセルのプレートからの書込みによりメモリセルの蓄積
電荷を確保し、寄生容量の大きなデータ線の電圧振幅を
小さくするので低電源電圧化、低消費電力化が図れる。Power consumption can be reduced by reducing the voltage amplitude of a signal in a chip using a voltage limiter. In addition, since the charge stored in the memory cell is secured by writing from the plate of the memory cell and the voltage amplitude of the data line having a large parasitic capacitance is reduced, lower power supply voltage and lower power consumption can be achieved.
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第
1図は低消費電力メモリチップおよびそれを動作させる
ための電源を示している。ここでは電源は電池としてい
る。 第1図で1はメモリチップである。MAはメモリアレー
で、メモリセルMC、データ線D、/D,ワード線W,プレー
ト配線P,センスアンプSA等からなる。CCは周辺回路で、
入出力インターフェイス回路やメモリアレーの駆動信号
発生回路からなる。この周辺回路には電圧リミッタ回路
も含まれる。電圧リミッタ回路としては特開昭58-70482
号に示すようなものがある。RVは基準電圧発生回路で、
電源電圧と0Vの間の電圧を数種作る。この電圧は電圧リ
ミッタに伝えられ、電流増幅されてチップ内で使う電圧
となる。基準電圧発生回路も特開昭58-70482に示される
ものがある。PAD1,PAD2はボンディング用パッドで、こ
こでは電源用(Vcc,Vss)のみ示している。BW1,BW2はボ
ンディングワイヤ、L1,L2はパッケージのピンの概略を
示している。Bは電池である。 周辺回路は電圧リミッタで作った電圧とチップ外部か
ら入力された電圧を使っている。電圧リミッタによりパ
ルス信号の電圧振幅を下げることにより消費電力を低減
している。メモリアレーは前述のようにデータ線の充放
電電流が非常に大きい。このデータ線の電圧振幅はメモ
リセルの蓄積電荷を確保するため大きくなっている。実
際にメモリセルへ入力される電荷はデータ線上の電荷の
おおよそ1/10以下となっている。すなわち、ほとんどの
電荷は使われず、むだな充放電電流として消費される。
メモリセルに蓄積される電荷がデータ線の電圧振幅に関
係なく大きくできればデータ線の電圧振幅は小さくする
ことができる。そこで本実施例ではデータ線の電圧振幅
とは無関係に蓄積電荷を大きくすることによりデータ線
の電圧振幅を低減し、低消費電力化を図っている。蓄積
電荷を大きくする方法としては、メモリセルのコンデン
サの容量を大きくする方法がある。また、ワード線によ
って選択されたメモリセルにプレート端子からメモリセ
ル信号を書込むことにより、蓄積電荷を大きくする方法
がある。これらにより、メモリセルの蓄積電荷を十分確
保しつつ、消費電力の低減を図っている。 以上述べたように本実施例によればDRAMの消費電力を
大幅に低減できる。これにより、情報保持特性を向上で
き、雑音を低減できる。したがって、DRAMの誤動作を無
くすことができる。また、DRAMを電池でも動作させるこ
とができ、ポータブル機器への応用を広げることができ
る。なお、ここでは電源は電池としたが商用の電源線か
ら作った電圧を用いてもよい。 本発明の別の実施例を第2図により説明する。本実施
例はプレートからのメモリセル信号の書込みを用いてデ
ータ線電圧振幅を低減する方法を示している。第2図
(a)はメモリチップを示しており、ここでは電源電圧
として外部から5Vを印加する場合について示している。
ここで示すMOS-FETは矢印の付いているものがPチャネ
ルMOS-FET(PMOS),矢印の付いてないものがNチャネ
ルMOS-FET(NMOS)である。MOS-FETのしきい電圧は|0.5
|Vと仮定する。第2図(a)で1はメモリチップであ
る。MAはメモリアレーで、複数のデータ線D0、/D0〜
Dn,/Dn,複数のワード線W0,W1…,プレート配線P0,メ
モリセルMC0,センスアンプSA0〜SAn,データ線プリチ
ャージトランジスタTp0〜Tp3,スイッチトランジスタTy
0〜Ty3からなる。なお、プレート配線は、ここでは1本
のみ示しているがワード線数本から数十本単位で設け、
選択的に駆動する。XDはXデコーダで複数のワード線の
うちの一本を選択する。YDはYデコーダで複数のデータ
線対のうちの一対を選択する。Y0〜YnはYデコーダの出
力信号線でYデコーダの出力信号を伝える。PDはプレー
ト駆動回路で、複数のプレート配線を選択的に駆動す
る。2はデータ線プリチャージ電圧発生回路である。こ
の回路では基準電圧発生回路で作った基準電圧を用いて
データ線プリチャージ電圧を作る。この回路としては特
開昭58-70482号の第8図や特開昭62-121990号の第12図
に示すものがある。CDはセンスアンプ駆動信号発生回路
で、センスアンプ駆動信号線CSP,CSNを介してセンスア
ンプを駆動する。IOはデータ入出力線で、メモリセルへ
の書き込み信号、メモリセルからの読みだし信号を伝え
る。DOBは出力アンプで、メモリセルから読みだした信
号を増幅し出力信号Doを作る。DiBはデータ入力バッフ
ァでチップ外部からの入力信号Diを受けメモリセルへ書
き込む信号を作る。PCはタイミングパルス発生回路で上
記メモリアレー、Xデコーダ、Yデコーダ、センスアン
プ駆動信号発生回路等を制御する信号を作る。3は基準
電圧発生回路でチップ外部から印加された5Vの電源電圧
からチップ内部で使う数種の基準電圧を作る。ここでは
4V,3V,2Vの3種の基準電圧を作っている。この回路とし
ては特開昭58-70482号の第10図から第18図に示すものが
ある。4,5はボンディングパッドで、ここでは電源用(V
cc,Vss)のみ示している。 第2図(a)に示す回路の読みだし動作を第2図
(b)に示す動作波形を用いて説明する。ここではメモ
リセルMC0の読みだし動作を中心に説明する。 データ線プリチャージ信号/Φpが5Vの間、データ線
はデータ線プリチャージ電圧Vdp(=4V)にプリチャー
ジされている。この時、センスアンプ駆動信号線CSP,CS
Nも4Vとなっている。したがって、センスアンプはオフ
となっている。/Φpが0Vになった後、XデコーダXDに
より複数のワード線のうち一本が選択される。ここでは
ワード線W0が選択され7Vとなる。これにより各データ線
にメモリセル信号があらわれる。メモリセルMC0に高レ
ベルの信号(1)が蓄積されていたとするとデータ線D0
の電位は4Vから少しだけ高くなる。次に、センスアンプ
駆動信号発生回路CDによりCSPが5V,CSNが3Vとなる。こ
れによりセンスアンプSA0〜SAnが動作し、メモリセル信
号を増幅する。この時、D0は高レベルの5V,/D0は低レベ
ルの3Vとなる。この後、プレート駆動回路PDによりプレ
ートP0の電位は5Vから2Vに変化する。この時選択メモリ
セルの蓄積ノードN0やデータ線の電位が容量結合により
変化するが、各ノードの電位はセンスアンプによって保
持されているので元の電位に回復する。次にYデコーダ
YDにより複数のデータ線のうち一対が選択される。ここ
ではD0,/D0が選択されるとする。これによりYデコーダ
の出力信号Y0が5Vとなり、データ入出力線IOにメモリセ
ル信号が取り出される。取り出されたメモリセル信号は
出力アンプDOBで増幅され出力信号Doとなる。なお、書
き込み動作では、これとは逆にデータ入力バッファDiB
により取り込まれた入力信号が、Y0が5Vになった時、デ
ータ入出力線、データ線を介してメモリセルに書き込ま
れる。 以上のようにしてメモリセル信号の入力、出力が行わ
れた後、ワード線W0の電位が5Vとなる。ここではメモリ
セルMC0の蓄積ノードN0は5V、データ線D0は5Vとなって
いるのでトランジスタT0はオフとなる。次にプレートP0
の電位が2Vから5Vに変化する。これによりメモリセルMC
0の蓄積ノードN0は5Vからほぼ8Vに昇圧される。次にワ
ード線W0が0Vとなり、メモリセルMC0には8Vが蓄積され
る。その後/Φpが5Vとなりデータ線を4Vにプリチャー
ジする。また、CSP,CSNは4Vとなる。ところでメモリセ
ルMC0に低レベルの信号(0)が蓄積されていた場合、
センスアンプが動作するとD0が3V,/D0が5Vとなる。した
がってワード線が5Vとなってもメモリセルのトランジス
タT0はオンのままである。この後、プレートP0が2Vから
5Vに変化すると、メモリセルMC0の蓄積ノードの電位は3
Vから少し上昇するが、N0の電位はセンスアンプによっ
て保持されているので3Vにもどる。次にワード線W0が0V
となり、メモリセルMC0には3Vが蓄積される。 さて、本実施例では非選択メモリセルのプレート電位
も変化させている。これにより非選択メモリセルの蓄積
ノードの電位も変化する。この様子をノードN1の電位変
化を例に説明する。N1に高レベルの信号(1)が蓄積さ
れていたとするとメモリの待機時、N1は8Vとなってい
る。この後、プレートが5V-2V-5Vと変化すると、N1は8V
-5V-8Vと変化する。この時W1は0V,/D0は5Vもしくは3V
で、メモリセルのトランジスタT1はオフであり特に問題
は生じない。N1に低レベルの信号(0)が蓄積されてい
たとするとメモリの待機時、N1は3Vとなっている。この
後プレートが5V-2V-5Vと変化すると、N1は3V-0V-3Vと変
化する。この時W1は0V,/D0は5Vもしくは3Vで、メモリセ
ルのトランジスタT1はオフであり特に問題は生じない。
本実施例のようにメモリセルの低レベル側電位を持ち上
げておくことにより、プレートの電位変化による非選択
メモリセルの誤選択を防止できる。 以上述べたように本実施例によればデータ線の電圧振
幅とメモリセルへの書き込み電圧は独立に決めることが
できる。したがって、寄生容量が大きくて充放電電流の
大きなデータ線の電圧振幅は小さくし、寄生容量の小さ
いプレートの電圧振幅を大きくすることによりメモリセ
ル信号を確保しつつ低消費電力化が図れる。また、デー
タ線電圧振幅に比べプレートの電圧振幅を大きくした方
が効率がよい。本実施例ではデータ線電圧振幅は1Vであ
り、従来の5V振幅に比べると充放電電流は1/5に低減で
きる。データ線電圧振幅はセンスアンプを構成している
MOS-FETのしきい電圧近傍まで小さくできるが、動作の
安定性を考慮すると|Vtn|+|Vtp|<ΔVd(Vtn:NMOSのし
きい電圧、Vtp:PMOSのしきい電圧、ΔVd:データ線電圧
振幅)であるのが望ましい。プレートを駆動することに
よる消費電力は、256ワード線×1024データ線対のアレ
ーを仮定した場合、一度に充放電するデータ線容量は20
0〜300pF,プレート容量は2〜3pFであり無視できる 本実施例ではデータ線のプリチャージ時の電位をデー
タ線電圧振幅の高電位と低電位の中間にしている。これ
によりさらに消費電力の低減が図れる。メモリセルのコ
ンデンサは通常薄い酸化膜を用いて作る。したがって本
実施例ではプレートの電位を、メモリの待機時、メモリ
セルの2種の蓄積電位の間の電位としている。これによ
りメモリセルのコンデンサに加わる電界が小さくなり信
頼性が向上する。また、本実施例ではメモリセル信号は
高レベル側の方が低レベル側より大きくなっている。し
たがって、情報保持特性や耐α線ソフトエラー特性が向
上する。 本発明の別の実施例を第3図を用いて説明する。本実
施例もプレートからのメモリセル信号の書込みを用いて
データ線電圧振幅を低減する方法を示している。本実施
例はチップ外部から印加する電源電圧(Vcc)が1.5Vの
場合について示している。回路構成は第2図に示す実施
例と同じであるが動作電圧が異なる。したがって基準電
圧発生回路3の出力は1.2V,0.9V,0.6Vとなっている。第
2図と同一の記号は同じ回路を示す。MOS-FETのしきい
電圧は|0.15|Vと仮定する。 第3図(a)に示す回路の読みだし動作を第3図
(b)に示す動作波形を用いて説明する。ここでもメモ
リセルMC0の読みだし動作を中心に説明する。 データ線プリチャージ信号/Φpが1.5Vの間、データ
線はデータ線プリチャージ電圧Vdp(=1.2V)にプリチ
ャージされている。この時、センスアンプ駆動信号線CS
P,CSNも1.2Vとなっている。したがって、センスアンプ
はオフとなっている。/Φpが0Vになった後、Xデコー
ダXDにより複数のワード線のうち一本が選択される。こ
こではワード線W0が選択され2Vとなる。これにより各デ
ータ線にメモリセル信号があらわれる。メモリセルMC0
に高レベルの信号(1)が蓄積されていたとするとデー
タ線D0の電位は1.2Vから少しだけ高くなる。次に、セン
スアンプ駆動信号発生回路CDによりCSPが1.5V,CSNが0.9
Vとなる。これによりセンスアンプSA0〜SAnが動作し、
メモリセル信号を増幅する。この時、D0は高レベルの1.
5V,/D0は低レベルの0.9Vとなる。この後、プレート駆動
回路PDによりプレートP0の電位は1.5Vから0.6Vに変化す
る。この時選択メモリセルの蓄積ノードN0やデータ線の
電位が容量結合により変化するが、各ノードの電位はセ
ンスアンプによって保持されているので元の電位に回復
する。次にYデコーダYDにより複数のデータ線のうち一
対が選択される。ここではD0,/D0が選択されるとする。
これによりYデコーダの出力信号Y0が1.5Vとなり、デー
タ入出力線IOにメモリセル信号が取り出される。取り出
されたメモリセル信号は出力アンプDOBで増幅され出力
信号Doとなる。なお、書き込み動作では、これとは逆に
データ入力バッファDiBにより取り込まれた入力信号
が、Y0が1.5Vになった時、データ入出力線、データ線を
介してメモリセルに書き込まれる。 以上のようにしてメモリセル信号の入力、出力が行わ
れた後、ワード線W0の電位が1.5Vとなる。ここではメモ
リセルMC0の蓄積ノードN0は1.5V、データ線D0は1.5Vと
なっているのでトランジスタT0はオフとなる。次にプレ
ートP0の電位が0.6Vから1.5Vに変化する。これによりメ
モリセルMC0の蓄積ノードN0は1.5Vからほぼ2.4Vに昇圧
される。次にワード線W0が0Vとなり、メモリセルMC0に
は2.4Vが蓄積される。その後/Φpが1.5Vとなりデータ
線を1.2Vにプリチャージする。また、CSP,CSNは1.2Vと
なる。 ところでメモリセルMC0に低レベルの信号(0)が蓄
積されていた場合、センスアンプが動作するとD0が0.9
V,/D0が1.5Vとなる。したがってワード線が1.5Vとなっ
てもメモリセルのトランジスタT0はオンのままである。
この後、プレートP0が0.6Vから1.5Vに変化すると、メモ
リセルMC0の蓄積ノードの電位は0.9Vから少し上昇する
が、N0の電位はセンスアンプによって保持されているの
で0.9Vにもどる。次にワード線W0が0Vとなり、メモリセ
ルMC0には0.0Vが蓄積される。 さて、本実施例でも非選択メモリセルのプレート電位
は変化させている。これにより非選択メモリセルの蓄積
ノードの電位が変化する。この様子をノードN1の電位変
化を例に説明する。N1に高レベルの信号(1)が蓄積さ
れていたとするとメモリの待機時、N1は2.4Vとなってい
る。この後、プレートが1.5V-0.6V-1.5Vと変化すると、
N1は2.4V-1.5V-2.4Vと変化する。この時W1は0V,/D0は1.
5Vもしくは0.9Vで、メモリセルのトランジスタT1はオフ
であり特に問題は生じない。N1に低レベルの信号(0)
が蓄積されていたとするとメモリの待機時、N1は0.9Vと
なっている。この後プレートが1.5V-0.6V-1.5Vと変化す
ると、N1は0.9V-0V-0.9Vと変化する。この時W1は0V,/D0
は1.5Vもしくは0.9Vで、メモリセルのトランジスタT1は
オフであり特に問題は生じない。本実施例のようにメモ
リセル信号の低レベル側電位を持ち上げておくことによ
り、プレートの電位変化による非選択メモリセルの誤選
択を防止できる。 以上述べたように本実施例もデータ線の電圧振幅とメ
モリセルへの書き込み電圧は独立に決めることができ
る。したがって、寄生容量が大きくて充放電電流の大き
いデータ線の電圧振幅は小さくし、寄生容量の小さいプ
レートの電圧振幅を大きくすることによりメモリセル信
号を確保しつつ低消費電力化が図れる。また、データ線
電圧振幅に比べプレートの電圧振幅を大きくした方が効
率がよい。データ線電圧振幅はセンスアンプを構成して
いるMOS-FETのしきい電圧近傍まで小さくできるが、動
作の安定性を考慮すると|Vtn|+|Vtp|<ΔVd(Vtn:NMOS
のしきい電圧、Vtp:PMOSのしきい電圧、ΔVd:データ線
電圧振幅)であるのが望ましい。 本実施例もデータ線のプリチャージ時の電位をデータ
線電圧振幅の高電位と低電位の中間にしている。これに
よりさらに消費電力の低減が図れる。また、プレートの
電位を、メモリの待機時、メモリセルの2種の蓄積電位
の間の電位としている。これによりメモリセルのコンデ
ンサに加わる電界が小さくなり信頼性が向上する。さら
に、メモリセル信号は高レベル側の方が低レベル側より
大きくなっている。したがって、情報保持特性や耐α線
ソフトエラー特性が向上する。 本実施例によると電源電圧が1.5Vで低消費電力のDRAM
が実現できる。したがって、メモリの待機時も、動作時
も電池で動作させるDRAMを実現できる。また、DRAMを1.
5Vで動作させることにより通常の電源と電池の切り換え
が容易となる。したがって、DRAMの用途を広げることが
できる。 本発明の別の実施例を第4図を用いて説明する。本実
施例もプレートからのメモリセル信号の書き込みを用い
ることによりデータ線の電圧振幅を小さくする方法を示
している。本実施例はプレート配線をワード線毎に設け
ている点が第3図に示す実施例と異なる。そのほかの回
路構成、動作は第3図に示す実施例と同じである。プレ
ート配線をワード線毎に設けるので、プレートの電位が
変化しても非選択のワード線につながるメモリセルの蓄
積ノードの電位は変わらない。すなわち、メモリセル信
号の低レベル側電位の0Vとの電位差よりプレートの電圧
振幅を大きくしても非選択のメモリセルが選択状態にな
ることはない。したがって、プレートからの書き込み電
圧を第3図に示す実施例よりも大きくでき、メモリセル
の蓄積電圧を電源電圧以上にできる。このように本実施
例によれば、メモリセルの蓄積電圧をさらに大きくでき
情報保持特性、耐α線ソフトエラー特性を向上できる。
したがって、電源電圧を下げることが容易になり、メモ
リを低電圧で動作させるのに有効である。 なお、第4図(b)の動作波形ではデータ線の低レベ
ル側電位を0Vより高くしているいが、低レベル側電位を
0Vとし、高レベル側電位を0.6Vとしてもかまわない。た
だし、この場合はワード線電圧の中間レベルもそれに応
じて下げる必要がある。 第5図〜第9図は第1図〜第4図に示す実施例で用い
るメモリアレー部の制御回路の具体例を示している。こ
こでは電源電圧5Vの場合について示すが、電圧関係を変
えれば電源電圧1.5Vの場合にも適用できる。 第5図はXデコーダの具体例である。同図(a)でXD
1はアドレス信号を受けて一本のワード線を選択するデ
コーダ部、、Wはワード線である。ノード54には7Vの電
圧VCHが印加されている。信号Φxはワード線駆動信号
である。 第5図(a)に示す回路の動作を第5図(b)に示す
動作波形を用いて説明する。メモリが待機時、デコーダ
XD1の出力ノード52は0Vとなっている。この時、信号/
Φ1は5Vとなっており、ノード55は7Vである。したがっ
て、トランジスタT51はオフ、T52はオンであり、ワード
線Wは0Vである。信号/Φ1が0Vになった後、メモリに
アドレス信号が入力されデコーダXD1の出力ノード52が5
Vになったとする。これによりノード55は0Vとなり、T51
はオン、T52はオフとなる。これによりワード線には信
号Φxが現われる。この時Φxは7Vであり、ワード線は
7Vとなる。その後Φxは5Vに低下し、ワード線も5Vとな
る。デコーダXD1の出力ノード52が0Vとなり、次に信号
/Φ1が5Vとなると、ノード55が7V、ワード線Wが0Vと
なる。 第6図は第5図の回路で使うワード線駆動信号Φxの
発生回路の例である。この回路の動作を第6図(b)に
示す動作波形を用いて説明する。信号Φ2が0Vの時トラ
ンジスタT62がオン、T61がオフとなり、出力ノード62は
5Vとなる。次にΦ2が5VになるとトランジスタT61がオ
ン、T62がオフとなり、ノード62はコンデンサC61により
7Vに昇圧される。その後Φ2が0Vに戻るとノード62は5V
となる。これによりΦx信号が作られる。 第7図は第5図で使う7Vの電圧VCHを作る回路の例で
ある。パルス信号Φ3をコンデンサC71、トランジスタT
71、T72で整流して作る。電圧はトランジスタT73、
T74、T75のしきい電圧で決まる。 第8図はセンスアンプ駆動信号発生回路の具体例であ
る。同図(a)でCSP、CSNはセンスアンプ駆動信号線で
ある。A81は差働アンプ、Vr1は基準電圧発生回路で作っ
た基準電圧(3V)である。Vdpはデータ線プリチャージ
電圧(4V)である。この電圧は前述のように基準電圧を
参照して作られる。この回路の動作を第8図(b)に示
す動作波形を用いて説明する。メモリが待機時、信号/
Φpが5V、Φsapが5V、Φsanが0Vであり、CSP、CSNは4V
にプリチャージされている。/Φpが0Vになり、ワード
線が選択され、データ線にメモリセル信号が現われた
後、Φsapが0V、Φsanが5Vになる。これによりトランジ
スタT81、T82がオンとなりCSPは5V、CSNは3Vとなる。そ
の後、Φsapが5V、Φsanが0V、/Φpが5VとなりCSP、C
SNは4Vにプリチャージされる。 第9図はプレート駆動回路の具体例を示している。同
図でA91は差働アンプ、Vr2は基準電圧発生回路で作った
基準電圧(2V)、93が出力ノードである。この回路の動
作を第9図(b)に示す動作波形を用いて説明する。信
号Φ4が0Vの間、トランジスタT91がオン、T92がオフと
なり出力は5Vとなっている。Φ4が5Vになると、T91が
オフ、T92がオンとなり出力は2Vになる。その後、Φ4
が0Vになり、出力が5Vになる。 ところで、第10図は1.5Vで動作するDRAMを3.3V電源で
もつかえるようにしたメモリチップの実施例である。 第10図(a)はチップをパッケージに実装するとき、
ボンディングを選択的に行うことにより、1.5V電源用、
3.3V電源用に切り換えることができるチップを示してい
る。同図で101はメモリチップである。103はメモリアレ
ー、102は周辺回路で入出力インターフェース回路およ
びメモリアレーを制御するタイミングパルス発生回路か
らなる。入出力インターフェイス回路としては例えば日
本電気株式会社の4ビット・シングルチップ・マイクロ
コンピュータのデータ・ブックの997〜999ページに記載
の回路がある。Lは電圧リミッタで、外部から入力した
電圧を内部用の1.5V(Vcl)に降下させる。104から106
はボンディングパッドで、105,106は電源用、104は電圧
リミッタの制御用である。 さて、このチップを電源電圧1.5Vで使う場合は次のよ
うにする。ボンデイングパッド106とパッケージの電源
ピンをつなぐ。ここで、電圧リミッタはノード107が低
レベルであればオフとなり、出力端子が高インピーダン
スになり、107が高レベルであればオンとなり、動作す
るとする。したがって、この場合はボンディングパッド
104はどこにもつながずオープン状態とする。また、ボ
ンディングパッド105もオープン状態とする。これによ
り、メモリアレーや周辺回路には1.5Vの電圧が印加され
る。電源電圧3.3Vで使う場合は次のようにする。ボンデ
ィングパッド105とパッケージの電源ピンをつなぐ。ボ
ンディングパッド104も電源ピンにつなぎ、ノード107を
高レベルにする。これにより電圧リミッタがオン状態と
なる。ボンディングパッド106はオープン状態とする。
これによりメモリアレーや周辺回路に電圧リミッタで降
下させた1.5Vの電圧が印加される。 このように本実施例によるとチップ内の回路は入出力
インターフェイス回路を除いて常に一定の電圧で動作す
るので速度や消費電力をほぼ一定にできる。したがっ
て、ユーザにとって使いやすいメモリチップとなる。ま
た、一つのチップから2種類の製品が作れ、製造コスト
を下げることができる。ボンディングにより製品を分け
るので、製品の数量の調整が容易となる。本実施例では
電圧リミッタのオン、オフをボンディングにより切り換
えるようにしているが、チップ上に設けたヒューズを用
いてもよい。また、複数のチップへの入力信号を用い
て、それをチップ内に設けた論理ゲートに入力し、その
結果を用いて制御してもよい。なお、ここではメモリチ
ップを例に説明したが、102,103で示す回路がメモリ回
路とロジック回路の組合せでも、ロジック回路のみでも
よい。 第10図(b)は上記電源の切り換えをAlのマスタスラ
イスで行う場合の実施例である。第10図(b)ではAlマ
スタスライス部分をスイッチSW1,SW2で示している。こ
のチップを電源電圧1.5Vで使う場合は、スイッチSW1,SW
2を両方共b側につなぐ。これにより電源のボンディン
グパッドからメモリアレーや周辺回路に直接電圧を印加
する。また、電圧リミッタは入力ノード107が低レベル
となり、オフ状態になる。電源電圧3.3Vで使う場合は、
SW1,SW2を両方共a側につなぐ。これにより電圧リミッ
タは入力ノード107が高レベルとなりオン状態となる。
したがって、メモリアレーや周辺回路には電圧リミッタ
で1.5Vに降下した電圧が印加される。 本実施例によってもチップ内の回路を一定の電圧で動
作させるので速度や消費電力をほぼ一定にでき、ユーザ
にとって使いやすいチップとなる。また、1チップから
2種類の製品が作れ、製造コストを下げることができ
る。Alマスタスライスで製品を分けるのでボンディング
パッドが少なくてよく、チップ面積を小さくできる。 第10図(c)は電源電圧が1.5Vから3.3Vに連続的に変
わってもつかえるメモリチップの実施例である。本実施
例では電圧リミッタの特性は第10図(d)のようにす
る。すなわち、電源電圧Vccが1.5Vから3.3Vに変わって
もその出力は1.0V一定とする。さらに、メモリアレーや
周辺回路は1Vで動作するようにする。 本実施例では電源電圧1.5V〜3.3Vの間では電圧リミッ
タで降下させた1Vの電圧でメモリアレーや周辺回路を動
作させる。したがって、電源電圧を1.5V〜3.3Vの間のど
の大きさとしてもメモリチップを動作させることができ
る。チップ内部は常に1Vで動作するので速度や消費電力
をほぼ一定にすることができる。したがって、ユーザに
とって使いやすいメモリチップとなる。また、電圧リミ
ッタをオン、オフさせる必要がないのでチップ構成が簡
単となる。なお、ここで1.5Vは電池1個に、3.3Vは電池
2個直列接続に対応しており、メモリチップを電池1個
使った装置でも2個使った装置でも動作させることがで
きる。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a low power consumption memory chip and a power supply for operating the memory chip. Here, the power source is a battery. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a memory chip. MA denotes a memory array, which includes memory cells MC, data lines D and / D, word lines W, plate lines P, sense amplifiers SA, and the like. CC is a peripheral circuit,
It comprises an input / output interface circuit and a drive signal generation circuit for a memory array. This peripheral circuit includes a voltage limiter circuit. JP-A-58-70482 as a voltage limiter circuit
There is something as shown in the issue. RV is a reference voltage generation circuit,
Make several kinds of voltage between power supply voltage and 0V. This voltage is transmitted to a voltage limiter, amplified by current, and becomes a voltage used in the chip. A reference voltage generating circuit is also disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-70482. PAD1 and PAD2 are bonding pads, and here only power supply (Vcc, Vss) are shown. BW1 and BW2 indicate bonding wires, and L1 and L2 indicate outlines of package pins. B is a battery. The peripheral circuit uses the voltage created by the voltage limiter and the voltage input from outside the chip. Power consumption is reduced by lowering the voltage amplitude of the pulse signal using a voltage limiter. As described above, the memory array has a very large data line charge / discharge current. The voltage amplitude of the data line is large in order to secure the charge stored in the memory cell. The charge actually input to the memory cell is about 1/10 or less of the charge on the data line. That is, most of the charge is not used, but is consumed as useless charge / discharge current.
If the charge stored in the memory cell can be increased regardless of the voltage amplitude of the data line, the voltage amplitude of the data line can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the voltage amplitude of the data line is reduced by increasing the accumulated charge irrespective of the voltage amplitude of the data line, thereby achieving low power consumption. As a method of increasing the accumulated charge, there is a method of increasing the capacitance of the capacitor of the memory cell. In addition, there is a method of increasing a stored charge by writing a memory cell signal from a plate terminal to a memory cell selected by a word line. As a result, the power consumption can be reduced while sufficiently securing the charge stored in the memory cell. As described above, according to this embodiment, the power consumption of the DRAM can be significantly reduced. As a result, the information holding characteristics can be improved and noise can be reduced. Therefore, malfunction of the DRAM can be eliminated. In addition, the DRAM can be operated with a battery, and the application to portable devices can be expanded. Here, the power source is a battery, but a voltage generated from a commercial power line may be used. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment shows a method of reducing the data line voltage amplitude by using writing of a memory cell signal from a plate. FIG. 2A shows a memory chip, in which a case where 5 V is externally applied as a power supply voltage is shown.
The MOS-FET shown here is a P-channel MOS-FET (PMOS) with an arrow, and an N-channel MOS-FET (NMOS) without an arrow. MOS-FET threshold voltage is | 0.5
| Assume V. In FIG. 2A, reference numeral 1 denotes a memory chip. MA is a memory array and includes a plurality of data lines D 0 , / D 0 to
D n , / D n , a plurality of word lines W 0 , W 1 , plate wiring P 0 , memory cell MC 0 , sense amplifiers SA 0 to SA n , data line precharge transistors Tp 0 to Tp 3 , switch transistor Ty
Consisting of 0 ~Ty 3. Although only one plate wiring is shown here, it is provided in units of several to several tens of word lines.
Drive selectively. XD selects one of a plurality of word lines by an X decoder. YD selects one of a plurality of data line pairs by a Y decoder. Y 0 to Y n conveys the output signal of the Y decoder output signal line of the Y decoder. PD is a plate drive circuit for selectively driving a plurality of plate wirings. 2 is a data line precharge voltage generation circuit. In this circuit, a data line precharge voltage is generated using the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit. This circuit is shown in FIG. 8 of JP-A-58-70482 and FIG. 12 of JP-A-62-121990. CD is a sense amplifier drive signal generation circuit, which drives the sense amplifier via sense amplifier drive signal lines CSP and CSN. IO is a data input / output line for transmitting a write signal to a memory cell and a read signal from a memory cell. DOB is an output amplifier that amplifies the signal read from the memory cell to generate an output signal Do. DiB is a data input buffer that receives an input signal Di from outside the chip and creates a signal to be written to a memory cell. The PC generates a signal for controlling the memory array, the X decoder, the Y decoder, the sense amplifier drive signal generation circuit and the like by a timing pulse generation circuit. Reference numeral 3 denotes a reference voltage generating circuit which generates several kinds of reference voltages used inside the chip from a power supply voltage of 5 V applied from outside the chip. here
We make 3 kinds of reference voltage of 4V, 3V, 2V. This circuit is shown in FIGS. 10 to 18 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-70482. 4 and 5 are bonding pads, here for power supply (V
(cc, Vss) only. The reading operation of the circuit shown in FIG. 2A will be described with reference to the operation waveforms shown in FIG. Here it will be mainly described the reading operation of the memory cell MC 0. While the data line precharge signal / Φp is 5V, the data line is precharged to the data line precharge voltage Vdp (= 4V). At this time, the sense amplifier drive signal lines CSP, CS
N is also 4V. Therefore, the sense amplifier is off. After / Φp becomes 0V, one of the plurality of word lines is selected by the X decoder XD. Here is the 7V word line W 0 is selected. As a result, a memory cell signal appears on each data line. When a high level signal to the memory cell MC 0 (1) is accumulated data lines D 0
Potential slightly increases from 4V. Next, the sense amplifier drive signal generation circuit CD sets CSP to 5V and CSN to 3V. Thereby operating the sense amplifier SA 0 -SA n, it amplifies the memory cell signal. At this time, D 0 has a high level of 5V and / D 0 has a low level of 3V. Thereafter, the potential of the plate P 0 by a plate driving circuit PD is changed to 2V from 5V. The potential of the storage node N 0 and the data lines at this time the selected memory cell is changed by capacitive coupling, but the potential of each node is restored to the original potential because it is held by the sense amplifier. Next, Y decoder
A pair is selected from a plurality of data lines by YD. Here, it is assumed that D 0 and / D 0 are selected. Thus the output signal Y 0 is 5V next Y decoder, the memory cell signal is taken into the data input and output lines IO. The extracted memory cell signal is amplified by the output amplifier DOB and becomes an output signal Do. In the write operation, on the contrary, the data input buffer DiB
Input signals received by the, when the Y 0 becomes 5V, the data input and output lines are written into the memory cell via the data line. After the input of the memory cell signal, the output is performed as described above, the potential of the word line W 0 is 5V. Here the storage node N 0 of the memory cell MC 0 is 5V, the data lines D 0 has a 5V transistor T 0 is turned off. Then plate P 0
Changes from 2V to 5V. This allows the memory cell MC
Storage node N 0 of 0 is boosted to approximately 8V from 5V. Then word lines W 0 to 0V, the memory cell MC 0 8V is accumulated. After that, / Φp becomes 5V and the data line is precharged to 4V. CSP and CSN become 4V. However when a low level signal (0) is accumulated in the memory cell MC 0,
D 0 when the sense amplifier is to be working is 3V, / D 0 is 5V. Thus transistor T 0 of the memory cell even if the word line is a 5V remains on. After this, the plate P 0 goes from 2V
When changes to 5V, the potential of the storage node of the memory cell MC 0 3
A little to rise from V, but the potential of N 0 returns to 3V because it is held by the sense amplifier. Next, the word line W 0 is set to 0V
Next, the memory cell MC 0 3V is accumulated. In this embodiment, the plate potential of the non-selected memory cell is also changed. Thereby, the potential of the storage node of the unselected memory cell also changes. To illustrate this situation the potential change of the node N 1 as an example. When a high level signal to N 1 (1) is to have been accumulated during the standby memory, N 1 has a 8V. Thereafter, when the plate is changed and 5V-2V-5V, N 1 is 8V
It changes to -5V-8V. At this time, W 1 is 0V, / D 0 is 5V or 3V
In the transistor T 1 of the memory cell is turned off, especially no problem. When the low level signal to N 1 (0) is assumed to have been accumulated during the standby memory, N 1 has a 3V. When the plate thereafter is changed as 5V-2V-5V, N 1 is changed 3V-0V-3V. In this case W 1 is 0V, / D 0 is 5V or 3V, the transistor T 1 of the memory cell is turned off, especially no problem.
By raising the low-level potential of the memory cell as in this embodiment, erroneous selection of an unselected memory cell due to a change in the potential of the plate can be prevented. As described above, according to the present embodiment, the voltage amplitude of the data line and the write voltage to the memory cell can be determined independently. Therefore, by reducing the voltage amplitude of a data line having a large parasitic capacitance and a large charge / discharge current and increasing the voltage amplitude of a plate having a small parasitic capacitance, power consumption can be reduced while securing a memory cell signal. Also, it is more efficient to increase the voltage amplitude of the plate as compared with the data line voltage amplitude. In this embodiment, the data line voltage amplitude is 1 V, and the charge / discharge current can be reduced to 1/5 as compared with the conventional 5 V amplitude. Data line voltage amplitude constitutes sense amplifier
Although it can be reduced to near the threshold voltage of the MOS-FET, considering operation stability, | Vtn | + | Vtp | <ΔVd (Vtn: threshold voltage of NMOS, Vtp: threshold voltage of PMOS, ΔVd: data line Voltage amplitude). The power consumption by driving the plate is as follows: Assuming an array of 256 word lines x 1024 data line pairs, the capacity of the data line that is charged and discharged at one time is 20.
In this embodiment, the potential at the time of precharging of the data line is set between the high potential and the low potential of the data line voltage amplitude. This can further reduce power consumption. The capacitor of the memory cell is usually made using a thin oxide film. Therefore, in this embodiment, the potential of the plate is set to a potential between the two types of accumulation potentials of the memory cells during standby of the memory. As a result, the electric field applied to the capacitor of the memory cell is reduced, and the reliability is improved. Further, in this embodiment, the memory cell signal is higher on the high level side than on the low level side. Therefore, the information retention characteristic and the α-ray soft error characteristic are improved. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also shows a method of reducing the data line voltage amplitude by using writing of a memory cell signal from a plate. This embodiment shows a case where the power supply voltage (Vcc) applied from outside the chip is 1.5V. The circuit configuration is the same as that of the embodiment shown in FIG. 2, but the operating voltage is different. Therefore, the outputs of the reference voltage generating circuit 3 are 1.2V, 0.9V, 0.6V. The same symbols as those in FIG. 2 indicate the same circuits. Assume that the threshold voltage of the MOS-FET is | 0.15 | V. The reading operation of the circuit shown in FIG. 3A will be described with reference to the operation waveforms shown in FIG. Again it will be mainly described the read-out operation of the memory cell MC 0. While the data line precharge signal / Φp is 1.5 V, the data line is precharged to the data line precharge voltage Vdp (= 1.2 V). At this time, the sense amplifier drive signal line CS
P and CSN are also 1.2V. Therefore, the sense amplifier is off. After / Φp becomes 0V, one of the plurality of word lines is selected by the X decoder XD. Here is the 2V word line W 0 is selected. As a result, a memory cell signal appears on each data line. Memory cell MC 0
High-level signal (1) the potential of the data line D 0 When have been accumulated is increased slightly from 1.2V to. Next, CSP is 1.5 V and CSN is 0.9 by the sense amplifier drive signal generation circuit CD.
V. This sense amplifier SA 0 ~SA n is operated,
Amplify the memory cell signal. At this time, D 0 is 1.
5V, / D 0 is a low level of 0.9V. Thereafter, the potential of the plate P 0 by a plate driving circuit PD is changed to 0.6V from 1.5V. The potential of the storage node N 0 and the data lines at this time the selected memory cell is changed by capacitive coupling, but the potential of each node is restored to the original potential because it is held by the sense amplifier. Next, a pair of the plurality of data lines is selected by the Y decoder YD. Here, it is assumed that D 0 and / D 0 are selected.
Thus the output signal Y 0 is 1.5V next Y decoder, the memory cell signal is taken into the data input and output lines IO. The extracted memory cell signal is amplified by the output amplifier DOB and becomes an output signal Do. In the write operation, the input signal taken by the data input buffer DiB the contrary is, when Y 0 becomes 1.5V, the data input and output line, is written into the memory cell via the data line. Above manner, the input of the memory cell signals, after output is performed, the potential of the word line W 0 is 1.5V. Here the storage node N 0 of the memory cell MC 0 is 1.5V, the data lines D 0 is in the 1.5V transistor T 0 is turned off. Then the potential of the plate P 0 is changed to 1.5V from 0.6V. Thus storage node N 0 of the memory cell MC 0 is boosted to approximately 2.4V from 1.5V. Then word lines W 0 to 0V, the memory cell MC 0 2.4V is accumulated. Thereafter, / Φp becomes 1.5V and the data line is precharged to 1.2V. Also, CSP and CSN become 1.2V. However when a low level signal (0) is accumulated in the memory cell MC 0, D 0 when the sense amplifier is operated is 0.9
V, / D 0 becomes 1.5V. Thus transistor T 0 of the memory cell even if the word line is a 1.5V remains on.
Thereafter, when the plate P 0 is changed to 1.5V from 0.6V, although the potential of the storage node of the memory cell MC 0 slightly raised from 0.9V, the potential of the N 0 to 0.9V because it is held by the sense amplifier Back. Then word lines W 0 to 0V, the memory cell MC 0 0.0 V is stored. By the way, also in this embodiment, the plate potential of the non-selected memory cell is changed. Thereby, the potential of the storage node of the unselected memory cell changes. To illustrate this situation the potential change of the node N 1 as an example. When a high level signal to N 1 (1) is to have been accumulated during the standby memory, N 1 has a 2.4V. After this, when the plate changes to 1.5V-0.6V-1.5V,
N 1 changes from 2.4V-1.5V-2.4V. At this time, W 1 is 0V, / D 0 is 1.
In 5V or 0.9V, transistor T 1 of the memory cell is turned off, especially no problem. Low-level signal to the N 1 (0)
There standby of assuming that have been accumulated memory, N 1 has a 0.9V. When the plate after which changes 1.5V-0.6V-1.5V, N 1 changes the 0.9V-0V-0.9V. At this time, W 1 is 0V, / D 0
In 1.5V or 0.9V, transistor T 1 of the memory cell is turned off, especially no problem. By raising the low-level potential of the memory cell signal as in this embodiment, erroneous selection of an unselected memory cell due to a change in the potential of the plate can be prevented. As described above, also in this embodiment, the voltage amplitude of the data line and the write voltage to the memory cell can be determined independently. Therefore, by reducing the voltage amplitude of a data line having a large parasitic capacitance and a large charge / discharge current and increasing the voltage amplitude of a plate having a small parasitic capacitance, power consumption can be reduced while securing a memory cell signal. Also, it is more efficient to increase the voltage amplitude of the plate as compared with the data line voltage amplitude. The data line voltage amplitude can be reduced to near the threshold voltage of the MOS-FET that constitutes the sense amplifier. However, considering operation stability, | Vtn | + | Vtp | <ΔVd (Vtn: NMOS
(Vtp: PMOS threshold voltage, ΔVd: data line voltage amplitude). Also in this embodiment, the potential at the time of precharging the data line is set between the high potential and the low potential of the data line voltage amplitude. This can further reduce power consumption. In addition, the potential of the plate is set to a potential between two kinds of storage potentials of the memory cell during standby of the memory. As a result, the electric field applied to the capacitor of the memory cell is reduced, and the reliability is improved. Further, the memory cell signal is higher on the high level side than on the low level side. Therefore, the information retention characteristic and the α-ray soft error characteristic are improved. According to this embodiment, the power supply voltage is 1.5V and the low power consumption DRAM is used.
Can be realized. Therefore, it is possible to realize a DRAM that operates on a battery during both standby and operation of the memory. Also, DRAM 1.
Operating at 5V makes it easy to switch between normal power and batteries. Therefore, the use of the DRAM can be expanded. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment also shows a method of reducing the voltage amplitude of the data line by using the writing of the memory cell signal from the plate. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 3 in that a plate wiring is provided for each word line. Other circuit configurations and operations are the same as those of the embodiment shown in FIG. Since the plate wiring is provided for each word line, the potential of the storage node of the memory cell connected to the unselected word line does not change even if the potential of the plate changes. That is, even if the voltage amplitude of the plate is made larger than the potential difference between the low-level potential of the memory cell signal and 0 V, an unselected memory cell does not enter the selected state. Therefore, the writing voltage from the plate can be made higher than in the embodiment shown in FIG. 3, and the storage voltage of the memory cell can be made higher than the power supply voltage. As described above, according to the present embodiment, the storage voltage of the memory cell can be further increased, and the information retention characteristic and the α-ray soft error characteristic can be improved.
Therefore, the power supply voltage can be easily reduced, which is effective for operating the memory at a low voltage. In the operation waveform of FIG. 4B, the lower potential of the data line is set higher than 0 V.
0 V and the high-level potential may be 0.6 V. However, in this case, it is necessary to lower the intermediate level of the word line voltage accordingly. FIGS. 5 to 9 show specific examples of the control circuit of the memory array unit used in the embodiment shown in FIGS. Although the case where the power supply voltage is 5V is shown here, the present invention can be applied to a case where the power supply voltage is 1.5V if the voltage relationship is changed. FIG. 5 shows a specific example of the X decoder. XD in FIG.
Reference numeral 1 denotes a decoder unit which receives an address signal and selects one word line, and W denotes a word line. A voltage VCH of 7 V is applied to the node 54. The signal Φx is a word line drive signal. The operation of the circuit shown in FIG. 5A will be described with reference to the operation waveforms shown in FIG. When the memory is idle, the decoder
The output node 52 of XD1 is at 0V. At this time,
[Phi 1 is a 5V, the node 55 is 7V. Therefore, transistor T51 is off, T52 is on, and word line W is at 0V. After the signal / [Phi 1 becomes to 0V, and the output node 52 of the decoder XD1 are address signals to the memory input 5
Let's say it's V. This causes node 55 to go to 0V and T 51
Is on and T52 is off. As a result, the signal Φx appears on the word line. At this time, Φx is 7V and the word line is
It becomes 7V. Thereafter, Φx drops to 5V, and the word line also goes to 5V. Output node 52 to 0V decoders XD1, then the signal / [Phi 1 becomes 5V, the node 55 is 7V, the word line W becomes 0V. FIG. 6 is an example of a circuit for generating the word line drive signal Φx used in the circuit of FIG. The operation of this circuit will be described with reference to operation waveforms shown in FIG. Signal [Phi 2 the transistor T 62 when the 0V is turned on, T 61 are turned off, the output node 62
It becomes 5V. Then [Phi 2 the transistor T 61 becomes a 5V is on, T 62 is turned off, the node 62 by the capacitor C 61
Boosted to 7V. If it then Φ 2 returns to 0V node 62 is 5V
Becomes This produces a Φx signal. FIG. 7 is an example of a circuit for generating a 7V voltage VCH used in FIG. The pulse signal Φ 3 is supplied to the capacitor C 71 and the transistor T
71, made by rectifying at T 72. The voltage is transistor T73 ,
T 74, determined by the threshold voltage of T 75. FIG. 8 shows a specific example of the sense amplifier drive signal generation circuit. In FIG. 3A, CSP and CSN are sense amplifier drive signal lines. A 81 is a differential amplifier, and Vr 1 is a reference voltage (3 V) created by a reference voltage generating circuit. Vdp is a data line precharge voltage (4 V). This voltage is generated with reference to the reference voltage as described above. The operation of this circuit will be described with reference to operation waveforms shown in FIG. When the memory is idle, a signal /
Φp is 5V, Φsap is 5V, Φsan is 0V, CSP, CSN is 4V
Has been precharged. After Φp becomes 0V, the word line is selected, and a memory cell signal appears on the data line, Φsap becomes 0V and Φsan becomes 5V. CSP Thus transistors T 81, T 82 is turned on is 5V, CSN becomes 3V. After that, Φsap becomes 5V, Φsan becomes 0V, / Φp becomes 5V, CSP, C
SN is precharged to 4V. FIG. 9 shows a specific example of the plate drive circuit. Fig In A 91 is Sa働amplifier, Vr 2 is the reference voltage made by the reference voltage generating circuit (2V), a 93 output node. The operation of this circuit will be described with reference to operation waveforms shown in FIG. During signal [Phi 4 is 0V, the transistor T 91 is turned on, T 92 is output turned off has a 5V. When [Phi 4 becomes 5V, T 91 is turned off, T 92 is output turned on becomes 2V. Then, Φ 4
Becomes 0V and the output becomes 5V. FIG. 10 shows an embodiment of a memory chip in which a DRAM operating at 1.5 V can be used with a 3.3 V power supply. FIG. 10 (a) shows a case where a chip is mounted on a package.
By performing bonding selectively, for 1.5V power supply,
Shows a chip that can be switched for 3.3V power. In the figure, 101 is a memory chip. Reference numeral 103 denotes a memory array, and reference numeral 102 denotes a peripheral circuit including an input / output interface circuit and a timing pulse generation circuit for controlling the memory array. As the input / output interface circuit, for example, there is a circuit described on pages 997 to 999 of a data book of a 4-bit single-chip microcomputer of NEC Corporation. L is a voltage limiter that drops a voltage input from the outside to 1.5 V (Vcl) for internal use. 104 to 106
Is a bonding pad, 105 and 106 are for power supply, and 104 is for controlling a voltage limiter. Now, when using this chip with a power supply voltage of 1.5V, do as follows. Connect the bonding pad 106 to the power pin of the package. Here, it is assumed that the voltage limiter is turned off when the node 107 is at a low level, the output terminal becomes high impedance when the node 107 is at a high level, and is turned on when the node 107 is at a high level. Therefore, in this case the bonding pad
104 is connected to nowhere and kept open. In addition, the bonding pad 105 is also in an open state. As a result, a voltage of 1.5 V is applied to the memory array and peripheral circuits. When using with a power supply voltage of 3.3 V, do as follows. Connect the bonding pad 105 to the power pin of the package. Bonding pad 104 is also connected to the power supply pin, causing node 107 to go high. As a result, the voltage limiter is turned on. The bonding pad 106 is in an open state.
As a result, a voltage of 1.5 V dropped by the voltage limiter is applied to the memory array and peripheral circuits. As described above, according to the present embodiment, the circuit in the chip always operates at a constant voltage except for the input / output interface circuit, so that the speed and the power consumption can be made substantially constant. Therefore, the memory chip is easy to use for the user. Further, two types of products can be manufactured from one chip, and the manufacturing cost can be reduced. Since the products are separated by bonding, it is easy to adjust the number of products. In this embodiment, the ON / OFF of the voltage limiter is switched by bonding, but a fuse provided on a chip may be used. Alternatively, an input signal to a plurality of chips may be used, input to a logic gate provided in the chip, and control may be performed using the result. Note that, although a memory chip has been described as an example here, the circuits denoted by 102 and 103 may be a combination of a memory circuit and a logic circuit, or may be only a logic circuit. FIG. 10 (b) shows an embodiment in which the above power supply switching is performed in the Al master slice. In FIG. 10 (b), the Al master slice portion is indicated by switches SW1 and SW2. When using this chip with a power supply voltage of 1.5 V, the switches SW1 and SW
Connect both to the b side. As a result, a voltage is directly applied to the memory array and peripheral circuits from the bonding pads of the power supply. In addition, the voltage limiter turns off the input node 107 and turns off. When using the power supply voltage 3.3V,
Connect both SW1 and SW2 to a side. As a result, the input limiter 107 goes high and the voltage limiter is turned on.
Therefore, a voltage dropped to 1.5 V is applied to the memory array and peripheral circuits by the voltage limiter. According to this embodiment also, since the circuits in the chip are operated at a constant voltage, the speed and the power consumption can be made substantially constant, and the chip is easy to use for the user. Further, two types of products can be manufactured from one chip, and the manufacturing cost can be reduced. Since the product is divided by the Al master slice, the number of bonding pads can be reduced, and the chip area can be reduced. FIG. 10 (c) shows an embodiment of a memory chip which can be used even when the power supply voltage continuously changes from 1.5V to 3.3V. In this embodiment, the characteristics of the voltage limiter are as shown in FIG. That is, even if the power supply voltage Vcc changes from 1.5V to 3.3V, the output is kept constant at 1.0V. Further, the memory array and peripheral circuits are operated at 1V. In this embodiment, the memory array and peripheral circuits are operated at a voltage of 1 V dropped by the voltage limiter between the power supply voltages of 1.5 V to 3.3 V. Therefore, the memory chip can be operated regardless of the magnitude of the power supply voltage between 1.5 V and 3.3 V. Since the chip always operates at 1V, the speed and power consumption can be kept almost constant. Therefore, the memory chip is easy to use for the user. Further, since there is no need to turn on and off the voltage limiter, the chip configuration is simplified. Here, 1.5V corresponds to one battery, and 3.3V corresponds to two batteries connected in series, so that a device using one battery or a device using two memory chips can be operated.
本発明によればDRAMの消費電力を大幅に低減できる。
特にセンスアンプ動作時のデータ線の電圧振幅を従来よ
り大幅に低減できるので、データ線充放電電流を低減で
きる。また、メモリセル信号をプレートから書き込むこ
とによりメモリセル信号を大きくできる。したがって、
DRAMの情報保持特性、耐α線ソフトエラー特性を向上で
きる。したがって、DRAMの低電源電圧化、低消費電力化
が可能となり、DRAMを電池で動作させることができる。According to the present invention, the power consumption of the DRAM can be significantly reduced.
In particular, since the voltage amplitude of the data line during the operation of the sense amplifier can be significantly reduced, the data line charge / discharge current can be reduced. Further, the memory cell signal can be increased by writing the memory cell signal from the plate. Therefore,
The information retention characteristics of the DRAM and the α-ray soft error characteristics can be improved. Therefore, lower power supply voltage and lower power consumption of the DRAM can be achieved, and the DRAM can be operated with a battery.
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図
(a),(b)は本発明の一実施例の回路図と動作波
形、第3図(a),(b)は本発明の一実施例の回路図
と動作波形、第4図(a),(b)は本発明の一実施例
の回路図と動作波形、第5図(a),(b)から第9図
(a),(b)は第1図から第4図に示す実施例で用い
るメモリアレー部の制御回路の具体例、第10図(a)乃
至(d)は本発明の一実施例の回路図である。 符号の説明 MA……メモリアレー、XD……Xデコーダ、YD……Yデコ
ーダ、PD……プレート駆動回路、CD……センスアンプ駆
動信号発生回路、2……データ線プリチャージ電圧発生
回路、DOB……出力アンプ、DiB……データ入力バッフ
ァ、PC……タイミングパルス発生回路、3……基準電圧
発生回路、P0……プレート配線、D0/D0,Dn,/Dn……デ
ータ線、W0,W1……ワード線、SA0,SAn……センスアン
プ、CSP,CSN……センスアンプ駆動信号線。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) and 2 (b) are circuit diagrams and operation waveforms of one embodiment of the present invention, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are circuit diagrams and operation waveforms of an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) to 9 are diagrams. (A) and (b) are specific examples of a control circuit of a memory array unit used in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and FIGS. 10 (a) to (d) are circuits of an embodiment of the present invention. FIG. Description of symbols MA: memory array, XD: X decoder, YD: Y decoder, PD: plate drive circuit, CD: sense amplifier drive signal generation circuit, 2: data line precharge voltage generation circuit, DOB …… Output amplifier, DiB …… Data input buffer, PC …… Timing pulse generator, 3 …… Reference voltage generator, P 0 … Plate wiring, D 0 / D 0 , D n , / D n …… Data Line, W 0 , W 1 … word line, SA 0 , SAn… sense amplifier, CSP, CSN… sense amplifier drive signal line.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−3161(JP,A) 特開 昭63−76007(JP,A) 特開 昭61−163655(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11C 11/407──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-3161 (JP, A) JP-A-63-76007 (JP, A) JP-A-61-163655 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 6 , DB name) G11C 11/407
Claims (3)
点に設けられた複数のダイナミック型メモリセルと、前
記複数の相補データ線のそれぞれに対して設けられ対応
する相補データ線に出力される信号を増幅するためのセ
ンスアンプと、を有するメモリアレイを備える半導体装
置であって、 前記複数のダイナミック型メモリセルのそれぞれは、ト
ランジスタと一端が前記トランジスタに接続されたコン
デンサとを含み、 前記複数のダイナミック型メモリセルのコンデンサの他
端は、プレート電極に共通に接続され、 前記センスアンプが対応する相補データ線間の電圧を第
1電圧振幅まで増幅した後、前記プレート電極は前記第
1電圧振幅よりも大きな第2電圧振幅まで電圧が変化さ
せられ、 前記半導体装置は、外部電源電圧を受けて、前記外部電
源電圧よりも絶対値電圧の小さな内部電源電圧を出力す
る電圧リミッタ回路を更に有し、 前記第1電圧振幅及び第2電圧振幅は、前記電圧リミッ
タ回路により前記外部電源電圧よりも小さな値に制限さ
れることを特徴とする半導体装置。1. A plurality of dynamic memory cells provided at predetermined intersections between a plurality of complementary data lines and word lines, and output to corresponding complementary data lines provided for each of the plurality of complementary data lines. A memory array having a sense amplifier for amplifying a signal of the dynamic type, wherein each of the plurality of dynamic memory cells includes a transistor and a capacitor having one end connected to the transistor. The other ends of the capacitors of the plurality of dynamic memory cells are commonly connected to a plate electrode, and after the sense amplifier amplifies the voltage between the corresponding complementary data lines to a first voltage amplitude, the plate electrode is connected to the first electrode. The voltage is changed to a second voltage amplitude larger than the voltage amplitude, and the semiconductor device receives an external power supply voltage, A voltage limiter circuit that outputs an internal power supply voltage having a smaller absolute value voltage than the external power supply voltage, wherein the first voltage amplitude and the second voltage amplitude are smaller than the external power supply voltage by the voltage limiter circuit. A semiconductor device characterized by being limited to:
圧リミッタから出力される前記内部電源電圧を前記メモ
リアレイに供給して動作する第1動作形態と、 前記第1外部電源電圧よりも電源電圧の小さな第2外部
電源電圧を直接前記メモリアレイに供給して動作する第
2動作形態とを有し、 前記第1動作形態と前記第2動作形態は、前記半導体装
置に設けられたボンディングパッドのボンディングの選
択的な切り換え、又はマスタスライスにより切換られる
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device operates by supplying a first external power supply voltage to the voltage limiter and supplying the internal power supply voltage output from the voltage limiter to the memory array. A second operation mode in which a second external power supply voltage having a power supply voltage lower than the first external power supply voltage is directly supplied to the memory array to operate; the first operation mode and the second operation mode include: 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is selectively switched by a bonding pad provided on said semiconductor device or by a master slice.
略等しいことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said internal power supply voltage and said second power supply voltage are substantially equal.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63222317A JP2796311B2 (en) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Semiconductor device |
| US07/366,869 US5297097A (en) | 1988-06-17 | 1989-06-14 | Large scale integrated circuit for low voltage operation |
| KR1019890008373A KR0156542B1 (en) | 1988-06-17 | 1989-06-17 | Semiconductor apparatus |
| US07/838,505 US5262999A (en) | 1988-06-17 | 1992-03-24 | Large scale integrated circuit for low voltage operation |
| US08/104,508 US5526313A (en) | 1988-06-17 | 1993-08-10 | Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation |
| KR1019980014893A KR0174818B1 (en) | 1988-06-17 | 1998-04-27 | Semiconductor device |
| US09/095,101 USRE37593E1 (en) | 1988-06-17 | 1998-06-10 | Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation |
| US09/864,338 USRE40132E1 (en) | 1988-06-17 | 2001-05-25 | Large scale integrated circuit with sense amplifier circuits for low voltage operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63222317A JP2796311B2 (en) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271491A JPH0271491A (en) | 1990-03-12 |
| JP2796311B2 true JP2796311B2 (en) | 1998-09-10 |
Family
ID=16780465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63222317A Expired - Lifetime JP2796311B2 (en) | 1988-06-17 | 1988-09-07 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2796311B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009004026A (en) * | 2007-06-21 | 2009-01-08 | Elpida Memory Inc | Memory cell array and method for controlling memory cell array |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56130894A (en) * | 1980-03-17 | 1981-10-14 | Nec Corp | Integrated circuit |
| JPH07111835B2 (en) * | 1983-08-24 | 1995-11-29 | 株式会社日立製作所 | Semiconductor device |
| US4730122A (en) * | 1986-09-18 | 1988-03-08 | International Business Machines Corporation | Power supply adapter systems |
-
1988
- 1988-09-07 JP JP63222317A patent/JP2796311B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0271491A (en) | 1990-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100224960B1 (en) | Semiconductor Integrated Circuit Devices (SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT DEVICE) | |
| JP2614514B2 (en) | Dynamic random access memory | |
| US6826108B2 (en) | Integrated circuit memory device power supply circuits and methods of operating same | |
| US20130021856A1 (en) | Semiconductor device | |
| US5291447A (en) | Semiconductor memory device having function of controlling sense amplifiers | |
| JPH09171687A (en) | Data sensing circuit for semiconductor memory device | |
| US5561626A (en) | Semiconductor memory with hierarchical bit lines | |
| US7002863B2 (en) | Driving a DRAM sense amplifier having low threshold voltage PMOS transistors | |
| JPH09147557A (en) | Semiconductor memory device and semiconductor device | |
| JP3228759B2 (en) | Semiconductor storage device and data processing device | |
| JP2680007B2 (en) | Semiconductor memory | |
| USRE36159E (en) | Semiconductor integrated circuit device having built-in voltage drop circuit | |
| JPH07111825B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| JP2796311B2 (en) | Semiconductor device | |
| US20030174533A1 (en) | Dynamic random access memory (DRAM) and method of operating the same | |
| JPH09326195A (en) | Sense amplifier circuit for semiconductor memory device | |
| US5703819A (en) | Sense amplifier driving circuit | |
| JP2004171742A (en) | Semiconductor device | |
| JP2765856B2 (en) | Memory circuit | |
| US6188601B1 (en) | Ferroelectric memory device having single bit line coupled to at least one memory cell | |
| US20040240304A1 (en) | Method and apparatus for rapidly storing data in memory cell without voltage loss | |
| JP2011222091A (en) | Semiconductor device and information processing system | |
| JPH0334188A (en) | Memory circuit | |
| JP2679033B2 (en) | Semiconductor storage device | |
| EP0318094B1 (en) | Integrated memory circuit with on-chip supply voltage control |