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JP2875303B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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Publication number
JP2875303B2
JP2875303B2 JP1278412A JP27841289A JP2875303B2 JP 2875303 B2 JP2875303 B2 JP 2875303B2 JP 1278412 A JP1278412 A JP 1278412A JP 27841289 A JP27841289 A JP 27841289A JP 2875303 B2 JP2875303 B2 JP 2875303B2
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JP
Japan
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circuit
bias voltage
mosfet
substrate
semiconductor integrated
Prior art date
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JP1278412A
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Inventor
勇夫 秋間
寿雄 野坂
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路ことにそれに含まれる基板バ
ックバイアス電圧発生回路に関し、例えばダイナミック
RAMや擬似スタティックRAMなどに適用して有効な技術に
関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a substrate back bias voltage generation circuit included in the semiconductor integrated circuit.
The present invention relates to a technology effective when applied to a RAM, a pseudo static RAM, and the like.

〔従来技術〕(Prior art)

MOSFET(絶縁ゲート型電解効果トランジスタ)で構成
された半導体集積回路において、MOSFETのような回路素
子と半導体基板との寄生容量を減少させるなどのため
に、基板バックバイアス電圧を内蔵の基板バイアス発生
回路で発生させる技術がある。この技術により、半導体
集積回路に供給されるべき電源電圧を5Vのような単一電
圧化することができると共に、寄生MOSトランジスタの
ゲートしきい値電圧を大きくして誤動作防止を図ること
ができる。
In a semiconductor integrated circuit composed of MOSFETs (insulated gate type field effect transistors), a substrate back bias voltage is built in to reduce the parasitic capacitance between a circuit element such as a MOSFET and the semiconductor substrate, etc. There is a technology to generate in. According to this technique, the power supply voltage to be supplied to the semiconductor integrated circuit can be reduced to a single voltage such as 5 V, and the malfunction can be prevented by increasing the gate threshold voltage of the parasitic MOS transistor.

従来の基板バイアス発生回路は、リングオシレータの
ような発振回路と、この発振回路で形成された周期信号
を整流するチャージポンプ回路とを含み、その発振回路
の発振周波数に応じて基板バックバイアス電圧を発生す
る。
A conventional substrate bias generation circuit includes an oscillation circuit such as a ring oscillator, and a charge pump circuit that rectifies a periodic signal formed by the oscillation circuit, and generates a substrate back bias voltage according to the oscillation frequency of the oscillation circuit. Occur.

ところで、内部回路が一斉に動作を開始するチップ選
択状態と、内部回路が殆ど動作を行わないチップ非選択
状態もしくはスタンバイ状態との間では基板に流れる電
流が大きく相違するため、双方の内部状態とは無関係に
共通の基板バイアス発生回路を動作させると、チップ非
選択状態においてもチップ選択状態と同じ動作が行われ
て電力消費量が増大してしまう。
By the way, the current flowing through the substrate is greatly different between the chip selection state in which the internal circuits start operating simultaneously and the chip non-selection state or the standby state in which the internal circuits hardly operate. Regardless of this, if the common substrate bias generation circuit is operated, the same operation as in the chip selection state is performed even in the chip non-selection state, and the power consumption increases.

そこで、特開昭61−59688号に記載されるように、基
板バックバイアス電圧のレベルに応じて発振回路の動作
を断続的に開始/停止制御する技術が提案されている。
Therefore, as described in JP-A-61-59688, a technique for intermittently controlling the start / stop of the operation of the oscillation circuit according to the level of the substrate back bias voltage has been proposed.

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、基板バックバイアス電圧に応じて発振
回路の動作を完全に停止させたり再開したりする断続的
な制御を行う従来技術では、断続的な動作再開時には基
板に電荷を急激に供給しなければらないため、発振回路
の動作周期が比較的短くなるように予め回路定数を設定
しておかなければならないことが本発明者によって見出
され、これによりチップ非選択状態もしくはスタンバイ
状態においても比較的大きな消費電力を必要とする。特
に、擬似SRAMなどバッテリバックアップされる半導体集
積回路においてはスタンバイ時における低消費電力化が
要請される。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the related art of performing intermittent control of completely stopping or restarting the operation of the oscillation circuit according to the substrate back bias voltage, the substrate is not connected when intermittent operation is resumed. The present inventor has found that since the charge must be supplied rapidly, the circuit constants must be set in advance so that the operation cycle of the oscillation circuit is relatively short. Alternatively, even in the standby state, relatively large power consumption is required. In particular, a semiconductor integrated circuit that is backed up by a battery, such as a pseudo SRAM, is required to reduce power consumption during standby.

本発明の目的は基板バックバイアス電圧に応じて発振
周波数を無段階に制御することができ、もってチップ非
選択時もしくはスタンバイ時における低消費電力化を図
ることができる半導体集積回路を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit that can control an oscillation frequency steplessly according to a substrate back bias voltage, thereby reducing power consumption when a chip is not selected or in a standby state. is there.

前記ならびにその他のほかの目的と新規な特徴は本明
細書の記述及び添加図面から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features will become apparent from the description and the accompanying drawings of this specification.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば下記の通りである。
The outline of a representative invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、所定のノードの充電経路又は放電経路の時
定数に応じて発振周期が決定される発振回路と、チャー
ジポンプ回路とを含んで成る基板バックバイアス回路を
備える半導体集積回路において、前記発振回路の放電経
路又は充電経路に、発生される基板バックバイアス電圧
の絶対値の増大に従って相互コンダクタンスが減少され
るMOSFETを直列多段接続した抵抗回路を結合したもので
ある。
That is, in a semiconductor integrated circuit including a substrate back bias circuit including an oscillation circuit whose oscillation cycle is determined according to a time constant of a charge path or a discharge path of a predetermined node, and a charge pump circuit, A discharge path or a charge path is connected to a resistor circuit in which MOSFETs whose transconductance is reduced in series with an increase in the absolute value of the generated substrate back bias voltage are connected in series in multiple stages.

〔作 用〕(Operation)

上記した手段によれば、抵抗回路に含まれる多数のMO
SFETのしきい値電圧はその基板効果によりバックバイア
ス電圧の高低に応じて無段階に制御され、該バックバイ
アス電圧の絶対値が増大する程そのMOSFETのしきい値電
圧が大きくなって発振回路の充電経路又は放電経路のCR
時定数が増大し、これによって発振回路の発振周期が長
くなってバックバイアス電圧の絶対値を低下させるよう
に作用し、逆に該バックバイアス電圧の絶対値が減少す
る程そのMOSFETのしきい値電圧が小さくなって発振回路
の充電経路又は放電経路のCR時定数が減少し、これによ
って発振回路の発振周期が短くなってバックバイアス電
圧の絶対値を大きくするように作用する。このように基
板バックバイアス回路はその動作を断続的に停止/再開
することなく基板バックバイアス電圧を所定値に収束さ
せようとするから、従来技術のように基板に電荷を急激
に供給する必要がないため、発振回路の動作周期が比較
的短くなるように予め回路定数を設定しておかなければ
ならないという制約から逃れ、その結果としてチップ非
選択状態もしくはスタンバイ状態における電力消費量低
減を達成する。
According to the above means, a large number of MOs included in the resistance circuit
The threshold voltage of the SFET is controlled steplessly according to the level of the back bias voltage due to its body effect. As the absolute value of the back bias voltage increases, the threshold voltage of the MOSFET increases, and the CR of charge path or discharge path
The time constant increases, which causes the oscillation cycle of the oscillation circuit to become longer, thereby acting to reduce the absolute value of the back bias voltage, and conversely, the threshold value of the MOSFET decreases as the absolute value of the back bias voltage decreases. As the voltage decreases, the CR time constant of the charge path or the discharge path of the oscillation circuit decreases, thereby shortening the oscillation cycle of the oscillation circuit and increasing the absolute value of the back bias voltage. As described above, since the substrate back bias circuit attempts to converge the substrate back bias voltage to a predetermined value without intermittently stopping / restarting the operation, it is necessary to rapidly supply charges to the substrate as in the related art. As a result, there is no need to set circuit constants in advance so that the operation cycle of the oscillation circuit is relatively short. As a result, reduction in power consumption in a chip non-selection state or a standby state is achieved.

ここで抵抗回路に含まれるMOSFETがNチャンネル型MO
SFETによつて構成される場合、当該MOSFETに対する基板
効果によるしきい値電圧の変動を大きくすることが望ま
しく、その場合には他のNチャンネル型MOSFETと切り離
してそのMOSFETを高濃度に不純物を導入した専用のP型
ウェル領域に形成することが望ましい。抵抗回路を充電
経路に配置する場合には他のPチャンネル型MOSFETと切
り離して高濃度に不純物を導入した専用のN型ウェル領
域に形成するとよい。
Here, the MOSFET included in the resistor circuit is an N-channel type MO
When using an SFET, it is desirable to increase the fluctuation of the threshold voltage due to the body effect on the MOSFET. In that case, separate the N-channel MOSFET from the other N-channel MOSFETs and introduce the impurity at a high concentration. It is desirable to form it in the dedicated P-type well region. When the resistor circuit is arranged in the charging path, it is preferable to form the resistor circuit in a dedicated N-type well region into which impurities are introduced at a high concentration separately from other P-channel MOSFETs.

斯る抵抗回路を含む基板バックバイアス回路の構成を
簡素化するには、前記抵抗回路に含まれるMOSFETのゲー
ト電極を一定の電圧でバイアスするようにしておくこと
が望ましい。
In order to simplify the configuration of the substrate back bias circuit including such a resistance circuit, it is desirable to bias the gate electrode of the MOSFET included in the resistance circuit with a constant voltage.

〔実 施 例〕〔Example〕

第2図には、この発明が適用された擬似スタティック
型RAMの一実施例回路ブロック図が示されている。同図
の各ブロックを構成する回路素子は、CMOS(相補型MO
S)製造技術によって、単結晶シリコンのような1個の
半導体基板上に形成される。以下の図において、チャン
ネル(バックゲート)部に矢印が付加されるMOSFETはP
チャンネル型であり、矢印の付加されないNチャンネル
MOSFETと区別して表示される。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing an embodiment of a pseudo-static RAM to which the present invention is applied. The circuit elements that make up each block in the figure are CMOS (complementary MO
S) It is formed on one semiconductor substrate such as single crystal silicon by a manufacturing technique. In the following figures, MOSFETs with arrows added to the channel (back gate) part are P
N-channel type with no arrows
Displayed separately from MOSFET.

この実施例の擬似スタティック型RAMは、そのメモリ
アレイがいわゆる1素子型のダイナミック型メモリセル
によって構成されることで、回路の高集積化と低消費電
力化が図られる。また、Xアドレス信号AXO〜AXi及びY
アドレス信号AYO〜AYjがそれぞれ個別の外部端子を介し
て入力され、制御信号としてチップイネーブル信号▲
▼,ライトイネーブル信号▲▼及び出力イネーブ
ル信号▲▼が設けられることで、通常のスタティッ
ク型RAMとコンパチブルな入出力インタフェース条件を
持つ。擬似スタティック型RAMは、さらにリフレッシュ
制御回路RFCを内蔵し、ダイナミック型メモリセル特有
のリフレッシュ動作を自律的に実行するセルフリフレッ
シュ機能を持つ。これにより、この実施例の擬似スタテ
ィック型RAMは、そのアクセスタイムが問題とならない
限りにおいて、比較的高価なバイポーラ型RAMやCMOSス
タティック型RAMと置換えて使用することができるもの
である。
In the pseudo-static RAM of this embodiment, the memory array is composed of so-called one-element type dynamic memory cells, so that high integration and low power consumption of the circuit are achieved. Also, X address signals AXO to AXi and Y
Address signals AYO to AYj are input via respective external terminals, and a chip enable signal
By providing ▼, write enable signal ▲ ▼, and output enable signal ▲ ▼, input / output interface conditions compatible with ordinary static RAMs are provided. The pseudo-static RAM further includes a refresh control circuit RFC, and has a self-refresh function for autonomously executing a refresh operation unique to a dynamic memory cell. As a result, the pseudo-static RAM of this embodiment can be replaced with a relatively expensive bipolar RAM or CMOS static RAM as long as the access time does not matter.

この実施例の擬似スタティック型RAMにおいて、リフ
レッシュ制御回路RFCは、後述するように、リフレッシ
ュアドレスカウンタRCTR、リフレッシュタイマー回路RT
M及びリフレッシュ用タイミング発生回路RTGを含む。リ
フレッシュ制御回路RFCには、外部端子を介してリフレ
ッシュ制御信号▲▼が供給される。このリフレ
ッシュ制御信号▲▼が所定の周期で繰返しハイ
レベルからローレベルに変化されるとき、擬似スタティ
ック型RAMはオートリフレッシュサイクルとされる。こ
のオートリフレッシュサイクルにおいて、リフレッシュ
制御回路RFCは、リフレッシュ制御信号▲▼に
従って上記リフレッシュアドレスカウンタRCTRを一つず
つ歩進し、1ワード線ごとのリフレッシュ動作を実行す
る。一方、リフレッシュ制御信号▲▼が所定の
期間以上継続してローレベルとされるとき、擬似スタテ
ィック型RAMはセルフリフレッシュサイクルとされる。
このセルフリフレッシュサイクルにおいて、リフレッシ
ュ制御回路RFCは、リフレッシュタイマー回路RTMから供
給される起動用のタイミング信号に従って、すべてのワ
ード線に関する一連のリフレッシュ動作を周期的に実行
する。
In the pseudo-static RAM of this embodiment, the refresh control circuit RFC includes a refresh address counter RCTR and a refresh timer circuit RT as described later.
M and a refresh timing generator RTG. A refresh control signal RFC is supplied to the refresh control circuit RFC via an external terminal. When the refresh control signal ▼ is repeatedly changed from a high level to a low level in a predetermined cycle, the pseudo static RAM is set to an auto refresh cycle. In this auto-refresh cycle, the refresh control circuit RFC increments the refresh address counter RCTR one by one according to the refresh control signal ▲, and executes a refresh operation for each word line. On the other hand, when the refresh control signal ▼ is continuously at the low level for a predetermined period or more, the pseudo static RAM is in a self-refresh cycle.
In this self-refresh cycle, the refresh control circuit RFC periodically executes a series of refresh operations on all the word lines according to a start timing signal supplied from the refresh timer circuit RTM.

第2図において、メモリアレイM−ARYは、特に制限
されないが、2交点(折返しビット線)方式とされ、同
図の水平方向に配置させるn+1組の相補データ線D0・
▲▼〜Dn・▲▼と、垂直方向に配置されるm+
1本のワード線W0〜Wm、及びこれらの相補データ線とワ
ード線の交点に格子状に配置される(n+1)×(m+
1)個のメモリセルとを含む。
In FIG. 2, although not particularly limited, the memory array M-ARY is of a two-intersection (folded bit line) type, and has n + 1 sets of complementary data lines D0.
▲ ▼ to Dn ・ ▲ ▼ and m + arranged vertically
(N + 1) × (m +) arranged in a grid at the intersection of one word line W0 to Wm and their complementary data line and word line
1) memory cells.

メモリセルアレイM−ARYの各メモリセルは、いわゆ
る1素子型のダイナミック型メモリセルとされ、それぞ
れ情報蓄積用キャパシタCs及びアドレス選択用MOSFETQm
により構成される。メモリアレイM−ARYの同一の列に
配置されるm+1個のメモリセルのアドレス選択用MOSF
ETQmのドレインは、対応する相補データ線D0・▲▼
〜Dn・▲▼の非反転信号線又は反転信号線に所定の
規則性をもって交互に結合される。また、メモリアレイ
M−ARYの同一の行に配置されるn+1個のメモリセル
のアドレス選択用MOSFETQmのゲートは、対応するワード
線W0〜Wmにそれぞれ共通結合される。各メモリセルの情
報蓄積用キャパシタCsの他方の電極すなわちセルプレー
トには、所定のセルフレプレート電圧が共通に供給され
る。
Each memory cell of the memory cell array M-ARY is a so-called one-element type dynamic memory cell, and includes an information storage capacitor Cs and an address selection MOSFET Qm, respectively.
It consists of. MOSF for address selection of m + 1 memory cells arranged in the same column of memory array M-ARY
The drain of ETQm is connected to the corresponding complementary data line D0
DDnn ▲▲ are alternately coupled to a non-inverted signal line or an inverted signal line with a predetermined regularity. Further, the gates of the address selection MOSFETs Qm of the (n + 1) memory cells arranged in the same row of the memory array M-ARY are commonly coupled to the corresponding word lines W0 to Wm, respectively. A predetermined self-plate voltage is commonly supplied to the other electrode of the information storage capacitor Cs of each memory cell, that is, the cell plate.

メモリアレイM−ARYを構成するワード線W0〜Wmは、
ローアドレスデコーダRDCRに結合され、択一的に選択状
態とされる。
Word lines W0 to Wm constituting the memory array M-ARY are:
It is coupled to the row address decoder RDCR, and is alternatively selected.

ローアドレスデコーダRDCRには、後述するローアドレ
スバッファRADBからi+1ビットの相補内部アドレス信
x0〜xi(ここで、例えば非反転内部アドレス信号
ax0と反転内部アドレス信号▲▼をあわせて相補
内部アドレス信号x0のように表す。以下同じ)が供給
され、またタイミング発生回路TGからタイミング信号φ
xが供給される。タイミング信号φxは、通常ローレベ
ルとされ、擬似スタティック型RAMが通常の動作モード
又はリフレッシュモードで選択状態とされるとき所定の
タイミングでハイレベルとされる。
The row address decoder RDCR receives, from a row address buffer RADB to be described later, i + 1-bit complementary internal address signals a x0 to a xi (here, for example,
ax0 and the inverted internal address signal ▼ are combined and represented as a complementary internal address signal ax0. The same applies hereinafter), and the timing signal φ is supplied from the timing generation circuit TG.
x is supplied. The timing signal φx is normally set to a low level, and is set to a high level at a predetermined timing when the pseudo static RAM is selected in a normal operation mode or a refresh mode.

ローアドレスデコーダRDCRは、上記タイミング信号φ
xがハイレベルとされることで、選択的に動作状態とさ
れる。この動作状態において、ローアドレスデコーダRD
CRは、上記相補内部アドレス信号x0〜xiをデコード
し、対応する1本のワード線を択一的にハイレベルの選
択状態とする。
The row address decoder RDCR outputs the timing signal φ
When x is set to a high level, it is selectively activated. In this operation state, the row address decoder RD
CR decodes the complementary internal address signals a x0~ a xi, the corresponding one word line to a selected state of alternatively high level.

ローアドレスバッファRADBは、アドレスマルチプレク
サAMXから伝達されるローアドレス信号を受けて保持す
る。また、これらのローアドレス信号をもとに、上記相
補内部アドレス信号x0〜xiを形成する。
The row address buffer RADB receives and holds a row address signal transmitted from the address multiplexer AMX. Further, based on these row address signals, forming the complementary internal address signals a x0~ a xi.

アドレスマルチプレクサAMXの一方の入力端子には、
外部端子AX0〜AXiを介して入力されるi+1ビットのX
アドレス信号AX0〜AXiが供給される。また、アドレスマ
ルチプレクサAMXの他方の入力端子には、特に制限され
ないが、後述するリフレッシュ制御回路RFCからi+1
ビットのリフレッシュアドレス信号rx0〜rxiが供給され
る。アドレスマルチプレクサAMXには、さらにタイミン
グ発生回路TGから、タイミング信号φrefが供給され
る。タイミング信号φrefは、擬似スタティック型RAMが
通常の書込み又は読出し動作モードとされるときローレ
ベルとされ、オートリフレッシュ又はセルフリフレッシ
ュモードとされるときハイレベルとされる。
To one input terminal of the address multiplexer AMX,
I + 1-bit X input through external terminals AX0 to AXi
Address signals AX0 to AXi are supplied. The other input terminal of the address multiplexer AMX is not particularly limited, but a refresh control circuit RFC (described later) outputs i + 1
Bit refresh address signals rx0 to rxi are supplied. The address multiplexer AMX is further supplied with a timing signal φref from the timing generation circuit TG. The timing signal φref is at a low level when the pseudo-static RAM is in a normal write or read operation mode, and is at a high level when the auto-refresh or self-refresh mode is set.

アドレスマルチプレクサAMXは、上記タイミング信号
φrefがローレベルとされる通常のメモリアクセスにお
いて、外部端子A0〜Aiを介して供給されるXアドレス信
号AX0〜AXiを選択し、ローアドレス信号として上記ロー
アドレスバッファRADBに伝達する。また、タイミング信
号φrefがハイレベルとされる各リフレッシュモードに
おいて、リフレッシュ制御回路RFCから供給されるリフ
レッシュアドレス信号rx0〜rxiを選択し、ローアドレス
信号として上記ローアドレスバッファRADBに伝達する。
The address multiplexer AMX selects the X address signals AX0 to AXi supplied via the external terminals A0 to Ai in a normal memory access in which the timing signal φref is set to the low level, and selects the row address buffer as the row address signal. Communicate to RADB. In each refresh mode in which the timing signal φref is at a high level, the refresh address signals rx0 to rxi supplied from the refresh control circuit RFC are selected and transmitted to the row address buffer RADB as row address signals.

一方、メモリアレイM−ARYを構成する相補データ線D
0・▲▼〜Dn・▲▼は、その一方において、セ
ンスアンプSAの対応する単位増幅回路USAに結合され
る。
On the other hand, the complementary data lines D constituting the memory array M-ARY
On the other hand, 0 • ▲ ▼ to Dn • ▲ ▼ are coupled to the corresponding unit amplifier circuit USA of the sense amplifier SA.

センスアンプSAは、n+1個の単位増幅回路USAによ
り構成される。センスアンプSAの各単位増幅回路USA
は、第2図に例示的に示されるように、PチャンネルMO
SFETQ10,Q11及びNチャンネルMOSFETQ30,Q31からなるCM
OSラッチ回路を基本構成とする。これらのラッチ回路の
入出力ノードは、対応する相補データ線D0・▲▼〜
Dn・▲▼の非反転信号線及び反転信号線にそれぞれ
結合される。また、上記センスアンプSAの単位回路に
は、特に制限されないが、Pチャンネル型の駆動MOSFET
Q9を介して回路の電源電圧Vccが供給され、Nチャンネ
ル型の駆動MOSFETQ29を介して回路の接地電位が供給さ
れる。
The sense amplifier SA includes n + 1 unit amplifier circuits USA. Each unit amplifier circuit of sense amplifier SA USA
Is a P-channel MO, as exemplarily shown in FIG.
CM consisting of SFET Q10, Q11 and N-channel MOSFET Q30, Q31
An OS latch circuit has a basic configuration. The input / output nodes of these latch circuits are connected to the corresponding complementary data lines D0.
It is coupled to the non-inverting signal line and the inverting signal line of Dn. The unit circuit of the sense amplifier SA is not particularly limited, but may be a P-channel type drive MOSFET.
The power supply voltage Vcc of the circuit is supplied via Q9, and the ground potential of the circuit is supplied via an N-channel drive MOSFET Q29.

駆動MOSFETQ29のゲートには、タイミング発生回路TG
から、タイミング信号φpaが供給される。また、駆動MO
SFETQ9のゲートには、上記タイミング信号φpaのインバ
ータ回路N5による反転信号が供給される。タイミング信
号φpaは、通常ローレベルとされ、この擬似スタティッ
ク型RAMが選択状態とされ選択されたワード線に結合さ
れるメモリセルから出力される微小読出し信号が対応す
る相補データ線に確立される時点で、ハイレベルとされ
る。タイミング信号φpaがハイレベルとされることで、
上記駆動MOSFETQ9及びQ29はともにオン状態となり、セ
ンスアンプSAのn+1個の単位増幅回路USAを一斉に動
作状態とする。
The gate of the drive MOSFET Q29 has a timing generator TG
Supplies a timing signal φpa. Also, drive MO
The gate of the SFET Q9 is supplied with an inverted signal of the timing signal φpa by the inverter circuit N5. The timing signal φpa is normally at a low level, and this pseudo-static type RAM is set to a selected state and a minute read signal output from a memory cell coupled to a selected word line is established to a corresponding complementary data line. At the high level. When the timing signal φpa is set to the high level,
Both the drive MOSFETs Q9 and Q29 are turned on, and the (n + 1) unit amplifier circuits USA of the sense amplifier SA are simultaneously operated.

センスアンプSAの各単位増幅回路USAは、その動作状
態において、選択されたワード線に結合されるn+1個
のメモリセルから対応する相補データ線D0・▲▼〜
Dn・▲▼を介して出力される微小読出し信号をそれ
ぞれ増幅し、ハイレベル又はローレベルの2値読出し信
号とする。これらの2値読出し信号は、擬似スタティッ
ク型RAMが読出しモード又は各リフレッシュサイクルと
されるとき、対応するメモリセルに再書込みされ、記憶
データのリフレッシュ動作が行われる。言い換えると、
ワード線W0〜Wmを択一的にハイレベルの選択状態とし、
センスアンプSAの単位増幅回路USAを一斉に動作状態と
することで、ダイナミック型メモリセルのリフレッシュ
動作を実現することができる。
In the operation state, each unit amplifier circuit USA of the sense amplifier SA operates from the (n + 1) memory cells coupled to the selected word line to the corresponding complementary data line D0.
The small read signals output via Dn and ▲ ▼ are respectively amplified to be high level or low level binary read signals. These binary read signals are rewritten to the corresponding memory cells when the pseudo-static RAM is set to the read mode or each refresh cycle, and the stored data is refreshed. In other words,
Alternatively, the word lines W0 to Wm are selectively set to a high level,
By bringing the unit amplifier circuits USA of the sense amplifier SA into the operating state all at once, a refresh operation of the dynamic memory cell can be realized.

メモリアレイM−ARYを構成する相補データ線D0・▲
▼〜Dn・▲▼は、その他方において、カラムス
イッチCSWの対応するスイッチMOSFETに結合される。カ
ラムスイッチCSWは、相補データ線D0・▲▼〜Dn・
▲▼に対応して設けられるn+1対のスイッチMOSF
ETQ36,Q37〜Q38,Q39により構成される。これらのスイッ
チMOSFETの一方は対応する相補データ線にそれぞれ結合
され、その他方は相補共通データ線の非反転信号線CD及
び反転信号線▲▼にそれぞれ共通接続される。各対
のスイッチMOSFETのゲートはそれぞれ共通接続され、カ
ラムアドレスデコーダCDCRから対応するデータ線選択信
号Y0〜Ynがそれぞれ供給される。これにより、カラムス
イッチCSWを構成する各対のスイッチMOSFETは、対応す
る上記データ線選択信号Y0〜Ynが択一的にハイレベルと
されることでオン状態となり、指定される一組の相補デ
ータ線と共通相補データ線CD・▲▼を選択的に接続
する。
Complementary data lines D0 and ▲ constituting the memory array M-ARY
▼ to Dn • ▲ ▼ are coupled on the other side to the corresponding switch MOSFETs of the column switch CSW. The column switch CSW is connected to the complementary data lines D0
N + 1 pairs of switch MOSFs provided corresponding to ▲ ▼
ETQ36, Q37 to Q38, Q39. One of these switch MOSFETs is coupled to a corresponding complementary data line, and the other is commonly connected to a non-inverted signal line CD and an inverted signal line ▼ of the complementary common data line. The gates of each pair of switch MOSFETs are commonly connected, and corresponding data line selection signals Y0 to Yn are supplied from the column address decoder CDCR. As a result, each pair of switch MOSFETs constituting the column switch CSW is turned on when the corresponding data line selection signal Y0 to Yn is alternatively set to a high level, and a set of designated complementary data Line and the common complementary data line CD • ▲ ▼ are selectively connected.

カラムアドレスデコーダCDCRには、後述するカラムア
ドレスバッファCADBからj+1ビットの相補内部アドレ
ス信号y0〜yjが供給され、またタイミング発生回路
TGからタイミング信号φyが供給される。タイミング信
号φyは、通常ローレベルとされ、擬似スタティック型
RAMが選択状態とされ上記センスアンプSAによる増幅動
作が終了する時点で、ハイレベルとされる。
The column address decoder CDCR is supplied with complementary internal address signals a y0 to a yj of j + 1 bits from a column address buffer CADB described later.
The timing signal φy is supplied from the TG. The timing signal φy is normally at a low level,
When the RAM is set to the selected state and the amplification operation by the sense amplifier SA ends, the level is set to the high level.

カラムアドレスデコーダCDCRは、上記タイミング信号
φyがハイレベルとされることで、選択的に動作状態と
される。この動作状態において、カラムアドレスデコー
ダCDCRは、上記相補内部アドレス信号y0〜yjをデコ
ードし、対応する上記データ線選択信号Y0〜Ynを択一的
にハイレベルとする。
The column address decoder CDCR is selectively turned on when the timing signal φy is set to a high level. In this operating state, the column address decoder CDCR decodes the complementary internal address signals a y0 to a yj and selectively sets the corresponding data line selection signals Y 0 to Yn to a high level.

カラムアドレスバッファCADBは、外部端子AY0〜AYjを
介して供給されるj+1ビットのYアドレス信号AY0〜A
Yjを取込み、保持する。また、これらのYアドレス信号
AY0〜AYjをもとに上記相補内部アドレス信号y0〜yj
を形成する。
The column address buffer CADB is provided with j + 1-bit Y address signals AY0 to AY0 supplied via external terminals AY0 to AYj.
Capture and hold Yj. In addition, these Y address signals
Based on AY0 to AYj, the complementary internal address signals a y0 to a yj
To form

相補共通データ線CD・▲▼には、メインアンプMA
の入力端子が結合されるとともに、データ入力バッファ
DIBの出力端子が結合される。メインアンプMAの出力端
子はさらにデータ出力バッファDOBの入力端子に結合さ
れ、データ出力バッファDOBの出力端子にはデータ入出
力端子DIOに結合される。データ入力バッファDIBの入力
端子も上記データ入出力端子DIOに共通結合される。
The complementary common data line CD
Input terminals are connected and the data input buffer
DIB output terminals are coupled. The output terminal of the main amplifier MA is further coupled to the input terminal of the data output buffer DOB, and the output terminal of the data output buffer DOB is coupled to the data input / output terminal DIO. The input terminal of the data input buffer DIB is also commonly connected to the data input / output terminal DIO.

メインアンプMAは、タイミング発生回路TGから供給さ
れるタイミング信号φmaに従って選択的に動作状態とさ
れる。この動作状態において、メインアンプMAは、メモ
リアレイM−ARYの選択されたメモリセルから対応する
相補データ線及び相補共通データ線CD・▲▼を介し
て出力される2値読出し信号をさらに増幅し、データ出
力バッファDOBに伝達する。
Main amplifier MA is selectively activated according to timing signal φma supplied from timing generation circuit TG. In this operation state, the main amplifier MA further amplifies the binary read signal output from the selected memory cell of the memory array M-ARY via the corresponding complementary data line and complementary common data line CD ・. , To the data output buffer DOB.

データ出力バッファDOBは、擬似スタティック型RAMが
読出し動作モードとされるとき、タイミング発生回路TG
から供給されるタイミング信号φrに従って選択的に動
作状態とされる。この動作状態において、データ出力バ
ッファDOBは、メインアンプMAから伝達されるメモリセ
ルの読出し信号をデータ入出力端子DIOを介して外部の
装置に送出する。
When the pseudo-static type RAM is set to the read operation mode, the data output buffer DOB is used for the timing generation circuit TG.
Is selectively activated according to a timing signal φr supplied from. In this operation state, data output buffer DOB sends a read signal of a memory cell transmitted from main amplifier MA to an external device via data input / output terminal DIO.

データ入力バッファDIOは、ダイナミック型RAMが書込
み動作モードとされるとき、タイミング発生回路TGから
選択的に動作状態とされる。この動作状態において、デ
ータ入力バッファDIOは、データ入出力端子DIOを介して
供給される書込みデータを相補書込み信号とし、相補共
通データ線CD・▲▼に供給する。
When the dynamic RAM is set to the write operation mode, the data input buffer DIO is selectively activated by the timing generation circuit TG. In this operation state, the data input buffer DIO uses the write data supplied via the data input / output terminal DIO as a complementary write signal and supplies it to the complementary common data line CD.

リフレッシュ制御回路RFCは、前述したように、リフ
レッシュタイマ回路RTMとリフレッシュアドレスカウン
タRCTR及びリフレッシュ用タイミング発生回路RTGを含
む。リフレッシュ制御回路RFCは、後述するように、外
部端子を介して供給されるリフレッシュ制御信号▲
▼に従って、オートリフレッシュサイクル又はセル
フリフレッシュサイクルを選択的に実行する。
As described above, the refresh control circuit RFC includes the refresh timer circuit RTM, the refresh address counter RCTR, and the refresh timing generation circuit RTG. The refresh control circuit RFC includes a refresh control signal ▲ supplied through an external terminal, as described later.
According to ▼, an auto refresh cycle or a self refresh cycle is selectively executed.

各リフレッシュサイクルにおいて、リフレッシュ制御
回路RFCは、タイミング発生回路TGにリフレッシュ動作
を開始するためのタイミング信号φrsを供給する。タイ
ミング発生回路TGは、上記タイミング信号φrsに従って
リフレッシュ動作に必要な各種のタイミング信号を形成
し、各回路に供給する。また、1つのワード線に関する
リフレッシュ動作が終了するごとに、タイミング信号φ
reを上記リフレッシュ制御回路RFCに供給する。このタ
イミング信号φreは、上記リフレッシュアドレスカウン
タRCTRを歩進するためのカウントパルスとされる。
In each refresh cycle, the refresh control circuit RFC supplies the timing signal φrs for starting the refresh operation to the timing generation circuit TG. The timing generation circuit TG forms various timing signals necessary for the refresh operation according to the timing signal φrs, and supplies the timing signals to the respective circuits. Each time the refresh operation for one word line is completed, the timing signal φ
re is supplied to the refresh control circuit RFC. The timing signal φre is a count pulse for incrementing the refresh address counter RCTR.

タイミング発生回路TGは、チップイネーブル信号▲
▼,ライトイネーブル信号▲▼及び出力イネーブ
ル信号▲▼をもとに、上記各種のタイミング信号を
形成し、各回路に供給する。また、上記リフレッシュ制
御回路RFCから供給されるタイミング信号φrsに従っ
て、リフレッシュ動作に必要な各種のタイミング信号を
形成し、各回路に供給する。さらに、タイミング発生回
路TGは、1本のワード線に関するリフレッシュ動作が終
了すると、タイミング信号φreを形成し、上記リフレッ
シュ制御回路RFCに供給する。
The timing generation circuit TG outputs the chip enable signal ▲
Based on ▼, write enable signal ▲, and output enable signal ▲ ▼, the above various timing signals are formed and supplied to each circuit. Further, according to the timing signal φrs supplied from the refresh control circuit RFC, various timing signals necessary for the refresh operation are formed and supplied to each circuit. Further, when the refresh operation for one word line is completed, the timing generation circuit TG forms a timing signal φre and supplies it to the refresh control circuit RFC.

基板バックバイアス回路(以下単に基板バイアス発生
回路とも記す)Vbb−Gは、集積回路の外部端子を構成
する電源端子Vccと基準電位端子(もしくはアース端
子)GNDとの間に加えられる+5Vのような正の電源電圧
によって動作され、負のバイアス電圧を出力する。
A substrate back bias circuit (hereinafter simply referred to as a substrate bias generation circuit) Vbb-G is a + 5V voltage applied between a power supply terminal Vcc constituting an external terminal of the integrated circuit and a reference potential terminal (or ground terminal) GND. It is operated by a positive power supply voltage and outputs a negative bias voltage.

基板バイアス発生回路Vbb−Gから出力させるバイア
ス電圧は、メモリアレイにおけるMOSFETQm及び図示され
ている回路ブロックを構成するMOSFETの基体ゲートとし
ての半導体領域に供給される。
The bias voltage output from the substrate bias generation circuit Vbb-G is supplied to the MOSFET Qm in the memory array and a semiconductor region as a base gate of the MOSFET constituting the illustrated circuit block.

特に制限されないが、この実施例のCMOS集積回路は、
単結晶P型シリコンからなる半導体基板に形成される。
メモリアレイM−ARYにおけるMOSFETQmのようなNチャ
ンネルMOSFETは、かかる半導体基板表面に形成されたソ
ース領域、ドレイン領域、及びソース領域とドレイン領
域との間の半導体基板表面に薄い厚さのゲート絶縁膜を
介して形成されたポリシリコンからなるようなゲート電
極から構成される。PチャンネルMOSFETは、上記半導体
基板表面に形成されたN型ウェル領域に形成される。こ
れによって、半導体基板は、その上に形成された複数の
NチャンネルMOSFETの基体ゲートを構成する。N型ウェ
ル領域は、その上に形成されたPチャンネルMOSFETの基
体ゲートを構成する。PチャンネルMOSFETの基体ゲート
すなわちN型ウェル領域は、第1図の電源端子Vccに結
合される。
Although not particularly limited, the CMOS integrated circuit of this embodiment is
It is formed on a semiconductor substrate made of single crystal P-type silicon.
An N-channel MOSFET such as the MOSFET Qm in the memory array M-ARY includes a source region, a drain region formed on the surface of the semiconductor substrate, and a thin gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate between the source region and the drain region. And a gate electrode made of polysilicon formed through the gate electrode. The P-channel MOSFET is formed in an N-type well region formed on the surface of the semiconductor substrate. Thereby, the semiconductor substrate constitutes the base gates of the plurality of N-channel MOSFETs formed thereon. The N-type well region forms a base gate of the P-channel MOSFET formed thereon. The base gate of the P-channel MOSFET, that is, the N-type well region is connected to the power supply terminal Vcc of FIG.

この実施例のCMOS集積回路は、図示しないけれども、
半導体基板の主面のうち、活性領域とされるべき表面部
分以外の表面部分、すなわちMOSFET,MOSキャパシタ及び
半導体配線領域等を形成すべき表面部分以外の表面部分
は、比較的厚い厚さのフィールド絶縁膜によって覆われ
る。必要とされる配線層は、フィールド絶縁膜上に延長
されたり、活性領域上に絶縁膜を介して延長される。
Although the CMOS integrated circuit of this embodiment is not shown,
Of the main surface of the semiconductor substrate, a surface portion other than a surface portion to be an active region, that is, a surface portion other than a surface portion where a MOSFET, a MOS capacitor, a semiconductor wiring region, etc. are to be formed, has a relatively thick field. Covered by an insulating film. The required wiring layer is extended over the field insulating film or over the active region via the insulating film.

この構造に従うと、基板バイアス発生回路Vbb−Gか
ら出力されるバックバイアス電圧−Vbbは、半導体基板
の表面に形成されたNチャンネルMOSFETの基体ゲートに
供給される。
According to this structure, the back bias voltage -Vbb output from the substrate bias generation circuit Vbb-G is supplied to the base gate of the N-channel MOSFET formed on the surface of the semiconductor substrate.

バックバイアス電圧は、NチャンネルMOSFETのソース
・ドレイン領域と半導体基板との間のPN接合によって形
成される接合容量及び半導体配線領域と半導体基板との
間のPN接合によって形成される接合容量を減少させる。
これに応じて、集積回路は、それにおける動作速度を制
限する寄生容量が減少されるので、高速動作可能とな
る。
The back bias voltage reduces the junction capacitance formed by the PN junction between the source / drain region of the N-channel MOSFET and the semiconductor substrate and the junction capacitance formed by the PN junction between the semiconductor wiring region and the semiconductor substrate. .
Accordingly, the integrated circuit can operate at high speed because the parasitic capacitance that limits the operation speed of the integrated circuit is reduced.

アドレス選択MOSFETのようなMOSFETは、それがオフ状
態にされているときでも、往々にしてリーク電流を生ず
る。このMOSFETは、バックバイアス電圧−Vbbが印加さ
れたときの基板バイアス効果によってそのしきい値電圧
が適当に増加され、それによって、斯るリーク電流が減
少される。アドレス選択MOSFETにおけるリーク電流の減
少の結果として、情報記憶キャパシタCsにおける保持電
荷は、比較的長時間にわたって保持されるようになる。
MOSFETs, such as address selection MOSFETs, often cause leakage current, even when they are turned off. The threshold voltage of this MOSFET is appropriately increased by the substrate bias effect when the back bias voltage -Vbb is applied, thereby reducing such a leakage current. As a result of the reduction in the leak current in the address selection MOSFET, the charge held in the information storage capacitor Cs is held for a relatively long time.

集積回路において、フィールド絶縁膜とその上に延長
される信号配線のような配線からなる構造は、寄生MOSF
ET構造の一部を構成するとみなされる。バックバイアス
電圧−Vbbは、寄生MOSFETのしきい値電圧を増加させ、
寄生MOSFETが動作しないようにさせる。
In an integrated circuit, a structure consisting of a field insulating film and a wiring such as a signal wiring extending thereon is formed by a parasitic MOSF.
It is considered to form part of the ET structure. The back bias voltage -Vbb increases the threshold voltage of the parasitic MOSFET,
Make the parasitic MOSFET inoperable.

基板バイアス発生回路Vbb−Gは、後の説明から明ら
かとなるように、キャパシタを利用するチャージポンプ
作用によって周期的にバイアス電圧を発生する。このバ
ックバイアス電圧は、それが与えられる半導体基板と電
源配線、半導体領域との間に存在する寄生容量、浮遊容
量によって平滑される。
The substrate bias generation circuit Vbb-G periodically generates a bias voltage by a charge pump function using a capacitor, as will be apparent from the description below. The back bias voltage is smoothed by a parasitic capacitance and a stray capacitance existing between the semiconductor substrate to which the back bias voltage is applied and the power supply wiring and the semiconductor region.

バックバイアス電圧は、MOSFETのソース・ドレイン領
域と半導体基板との間に生ずるようなリーク電流によっ
て減少する。
The back bias voltage is reduced by a leak current generated between the source / drain region of the MOSFET and the semiconductor substrate.

ここで、半導体基板に対するリーク電流は、必ずしも
一定でなく、回路動作に影響される。このリーク電流
は、チップ非選択状態もしくはスタンバイ状態における
ようにMOSFETのスイッチ状態が変化されずに固定もしく
は静止されているなら比較的小さい。これに対し、この
リーク電流は、チップ選択状態におけるようにMOSFETの
スイッチ状態が変化されると、それに応じて増加されて
しまう。なお、基板へのリーク電流の発生メカニズムに
ついては、必要なら、1981年付ジョーン ウイリイ ア
ンド サンズ(Jhon Willy & sons)社発行、エス エ
ム スツェー(S.M.Sze)著フィジックス オブ セミ
コンダクタ デバイセズ(Physics of semiconductor d
evices)第480頁ないし487頁を参照されたい。
Here, the leak current to the semiconductor substrate is not always constant and is affected by the circuit operation. This leak current is relatively small if the switch state of the MOSFET is fixed or stationary without changing the switch state as in the chip non-selection state or the standby state. On the other hand, when the switching state of the MOSFET is changed as in the chip selection state, the leakage current increases accordingly. As for the mechanism of the generation of the leak current to the substrate, if necessary, the Physics of semiconductor ds.
evices) pp. 480-487.

第2図の擬似SRAMにおいては、基板リーク電流は、チ
ップイネーブル信号▲▼やアウトプットイネーブル
信号▲▼などにもとづいてタイミング制御回路TC,
アドレスバッファ,デコーダ,センスアンプ等の回路が
動作されると、それに応じて増加される。
In the pseudo SRAM shown in FIG. 2, the substrate leakage current is calculated based on the chip enable signal ▲ ▼ and the output enable signal ▲ ▼, etc.
When a circuit such as an address buffer, a decoder, or a sense amplifier is operated, the value is increased accordingly.

この実施例に従うと、基板バイアス発生回路Vbb−G
は、チップ選択状態において基板リーク電流が増加され
たときにおいても、基板バイアス電位を適切な値に維持
させることができるようにするために、比較的大きな電
流駆動能力をもった第1発生回路Vbb−G1と、チップ非
選択状態もしくはスタンバイ状態において必要な最小限
の電流駆動能力をもった第2発生回路Vbb−G2とを備え
ている。このように擬似SRAMの動作状態に応じて双方の
回路を使い分けることにより、低消費電力化を図るもの
である。
According to this embodiment, the substrate bias generation circuit Vbb-G
Is a first generation circuit Vbb having a relatively large current driving capability so that the substrate bias potential can be maintained at an appropriate value even when the substrate leakage current is increased in the chip selection state. -G1 and a second generation circuit Vbb-G2 having a minimum necessary current driving capability in a chip non-selection state or a standby state. Thus, low power consumption is achieved by selectively using both circuits according to the operation state of the pseudo SRAM.

特に制限されないが、この実施例に従うと、基板バイ
アス発生回路Vbb−Gにおける第1発生回路Vbb−G1と第
2発生回路Vbb−G2との動作状態はチップイネーブル信
号▲▼に基づいてタイミング制御回路TGから出力さ
れる制御信号φce及びリフレッシュ制御信号φrefに基
づいて制御される。即ち、チップイネーブル信号▲
▼がローレベルにアサートされてチップ状態にされてい
るとき、並びにリフレッシュ制御信号φrefによってリ
フレッシュ動作が指示されるときに、第1発生回路Vbb
−G1の動作が選択され、それ以外のチップ非選択時もし
くはスタンバイ時には第2発生回路Vbb−G2の動作が選
択される。
Although not particularly limited, according to this embodiment, the operation states of the first generation circuit Vbb-G1 and the second generation circuit Vbb-G2 in the substrate bias generation circuit Vbb-G are determined by the timing control circuit based on the chip enable signal ▲ ▼. Control is performed based on a control signal φce and a refresh control signal φref output from the TG. That is, the chip enable signal ▲
When ▼ is asserted to a low level to be in a chip state, and when a refresh operation is instructed by the refresh control signal φref, the first generation circuit Vbb
The operation of -G1 is selected, and the operation of the second generation circuit Vbb-G2 is selected when other chips are not selected or in standby.

第1図には基板バイアス発生回路Vbb−Gに含まれる
第2発生回路Vbb−G2の一例が示される。
FIG. 1 shows an example of the second generation circuit Vbb-G2 included in the substrate bias generation circuit Vbb-G.

同図に示される第2発生回路VBB−G2は、発振回路OSC
と、その出力波形の整形並びに増幅を行うCMOSインバー
タ回路INVaにて成る増幅回路AMP、及び整流回路として
機能するチャージポンプ回路PUMPから構成される。
The second generation circuit VBB-G2 shown in FIG.
And an amplifier circuit AMP composed of a CMOS inverter circuit INVa for shaping and amplifying the output waveform, and a charge pump circuit PUMP functioning as a rectifier circuit.

発振回路OSCは、電源電圧Vccによって動作され、例え
ば奇数段のCMOSインバータ回路INV1〜INViがリング状に
結合されることによって構成されたリングオシレータと
して構成される。
The oscillation circuit OSC is operated by the power supply voltage Vcc, and is configured as a ring oscillator configured by, for example, coupling odd-numbered stages of CMOS inverter circuits INV1 to INVi in a ring shape.

前記チャージポンプ回路PUMPは、チャージポンプ用の
キャパシタC1と、整流素子として動作するようにそのゲ
ート電極がそのドレイン電極(印加される電圧極性によ
ってドレイン電極として作用するかソース電極として作
用するか異なるが便宜上ドレイン電極と称する)に結合
されたNチャンネル型MOSFETQ40及びQ41とからなる。特
に制限されないが、キャパシタC1は、NチャンネルMOSF
ETと類似の構成にされることによってMOSキャパシタ構
造をとるようにされている。キャパシタC1の一方の電
極、すなわちMOSFTのゲート電極と対応される電極は、
前記CMOSインバータ回路INVaの出力端子に結合されてい
る。キャパシタC1の他方の電極すなわちMOSFETのソース
又はドレイン電極と対応される電極は、MOSFETQ40とQ41
の共通接続点に接続されている。
The charge pump circuit PUMP is different from the charge pump capacitor C1 in that its gate electrode acts as a drain electrode (depending on the applied voltage polarity as a drain electrode or a source electrode) so as to operate as a rectifying element. N-channel MOSFETs Q40 and Q41 coupled to a drain electrode for convenience. Although not particularly limited, the capacitor C1 is an N-channel MOSF
By adopting a configuration similar to ET, a MOS capacitor structure is obtained. One electrode of the capacitor C1, that is, the electrode corresponding to the gate electrode of the MOSFT,
It is coupled to the output terminal of the CMOS inverter circuit INVa. The other electrode of capacitor C1, that is, the electrode corresponding to the source or drain electrode of the MOSFET, is connected to MOSFETs Q40 and Q41.
Are connected to a common connection point.

整流素子としてのMOSFETQ40は、キャパシタC1の他方
の電極と回路の接地点GNDとの間に設けられ、MOSFETQ41
は上記他方の電極と基板バイアス用電極パッドPADとの
間に設けられている。この電極パッドPADは半導体基板
等に電気的に接続されていて、基板バイアス電圧−Vbb
を供給する。尚、この基板などと回路の接地電位点との
間には、実質的にバックバイアス電圧を保持する図示し
ない寄生容量Cbが存在する。
A MOSFET Q40 as a rectifier is provided between the other electrode of the capacitor C1 and the ground point GND of the circuit.
Is provided between the other electrode and the substrate bias electrode pad PAD. This electrode pad PAD is electrically connected to a semiconductor substrate or the like, and has a substrate bias voltage −Vbb
Supply. Note that a parasitic capacitance Cb (not shown) that substantially holds the back bias voltage exists between the substrate and the like and the ground potential point of the circuit.

上記ダイオード形態のMOSFETQ40は、発振パルスがハ
イレベル(電源電圧Vcc)のときオン状態となる。これ
により、キャパシタC1は上記出力ハイレベルによってプ
リチャージが行われる。発振パルスがローレベル(回路
の接地電位)にされたとき、キャパシタC1の他方の電極
は、−(Vcc−Vth)の負電圧となる。ここで、VthはMOS
FETQ40のしきい値電圧である。この負電位によりダイオ
ード形態のMOSFETQ41はオン状態にされ、上記寄生容量C
bに負電位を与える。これにより、基板等には−Vbbの基
板バイアス電圧が与えられる。
The diode-type MOSFET Q40 is turned on when the oscillation pulse is at a high level (power supply voltage Vcc). Thus, the capacitor C1 is precharged by the output high level. When the oscillation pulse is set to a low level (ground potential of the circuit), the other electrode of the capacitor C1 has a negative voltage of-(Vcc-Vth). Where Vth is MOS
This is the threshold voltage of FETQ40. The diode-type MOSFET Q41 is turned on by this negative potential, and the parasitic capacitance C
Apply a negative potential to b. As a result, a substrate bias voltage of -Vbb is applied to the substrate and the like.

この第2発生回路Vbb−G2の電流供給能力は、実質的
にキャパシタC1のキャパシタンスと発振回路OSCの発振
周波数とによって決定される。すなわち、1個の発振出
力パルスに応答して半導体基板等に注入される電荷量
は、キャパシタC1のキャパシタンスが大きければ、それ
に応じて大きくなる。また、単位時間当りに半導体基板
等に電荷が注入される回数は、発振回路OSCの発振周波
数が大きければそれに応じて多くなる。
The current supply capability of the second generation circuit Vbb-G2 is substantially determined by the capacitance of the capacitor C1 and the oscillation frequency of the oscillation circuit OSC. That is, the amount of charge injected into the semiconductor substrate or the like in response to one oscillation output pulse increases as the capacitance of the capacitor C1 increases. In addition, the number of times that electric charges are injected into a semiconductor substrate or the like per unit time increases as the oscillation frequency of the oscillation circuit OSC increases.

この実施例に従うと、第2発生回路Vbb−G2は、チッ
プ非選択状態もしくはスタンバイ状態において基板に対
して流れるリーク電流を補償することができる程度の比
較的小さな電流供給能力を持てばよいようになってい
る。即ち、必要とされる比較的小さい電流供給能力を確
保しつつ低消費電力特性を示すような構成にされる。発
振回路OSCの発振周波数は、その発振回路を構成するCMO
Sインバータ回路の適当な個数の設定と、それぞれの信
号遅延特性との適当な設定とによって、例えば1ないし
2メガヘルツのような比較的低い値にされる。キャパシ
タC1のキャパシタンスは比較的小さい値に設定される。
According to this embodiment, the second generation circuit Vbb-G2 only needs to have a relatively small current supply capability that can compensate for a leakage current flowing to the substrate in a chip non-selection state or a standby state. Has become. In other words, the configuration is such that the required power supply capability is relatively small while exhibiting low power consumption characteristics. The oscillation frequency of the oscillation circuit OSC depends on the CMO that constitutes the oscillation circuit.
By setting an appropriate number of S-inverter circuits and an appropriate setting of the respective signal delay characteristics, a relatively low value such as, for example, 1 to 2 MHz is obtained. The capacitance of the capacitor C1 is set to a relatively small value.

ここで発振回路OSCにおける消費電力は、発振周波数
に比例する。すなわち、発振回路OSCを構成するそれぞ
れのCMOSインバータ回路の動作電流もしくは消費電流
は、良く知られているCMOSインバータ回路のそれと同様
に、それぞれの出力に結合されている負荷容量(配線容
量や後段のインバータ回路の入力容量等からなる)の充
放電のために必要とされるところのいわゆる過渡電流に
比例され、それぞれの入力もしくは出力がハイレベルも
しくはローレベルにされている静止状態においては実質
的に0である。それぞれのCMOSインバータ回路の過渡電
流が動作周波数に比例されるので、低発振周波数の発振
回路OSCの消費電力は、そもそも第1発生回路Vbb−G1に
比べて小さくされている。
Here, the power consumption in the oscillation circuit OSC is proportional to the oscillation frequency. In other words, the operating current or current consumption of each CMOS inverter circuit that constitutes the oscillation circuit OSC is the same as that of the well-known CMOS inverter circuit, and the load capacitance (wiring capacitance and subsequent stage) coupled to each output. (Which consists of the input capacitance of the inverter circuit, etc.) is proportional to the so-called transient current required for charging and discharging, and is substantially in a stationary state where each input or output is at a high level or a low level. 0. Since the transient current of each CMOS inverter circuit is proportional to the operating frequency, the power consumption of the low-frequency oscillation circuit OSC is originally smaller than that of the first generation circuit Vbb-G1.

さらにこの発振回路OSCは、その発振周波数をバック
バイアス電圧レベルに応じて自律的に制御可能にされ、
これにより、一層の低消費電力化を図っている。以下こ
れについて詳細に説明する。
Further, this oscillation circuit OSC can autonomously control its oscillation frequency according to the back bias voltage level,
As a result, the power consumption is further reduced. Hereinafter, this will be described in detail.

前記発振回路OSCに含まれるCMOSインバータ回路INV2
の出力端子とCMOSインバータ回路INV3の入力端子との間
に、所定の静電容量を持つ容量性素子としてのキャパシ
タC2が配置されている。このキャパシタC2は、特に制限
されないが、Nチャンネル型MOSFETのゲート容量、或い
はシリコン基板上に形成された薄い酸化膜の上に金属電
極を被せた構造の容量などによって構成される。キャパ
シタC2の一方の電極は回路の接地電位に結合され、その
他方の電極はノードN1としてCMOSインバータ回路INV2の
出力端子とCMOSインバータ回路INV3の入力端子とに結合
されている。前記CMOSインバータ回路INV2を構成するN
チャンネル型MOSFETQ42のソース電極と回路の接地電位
との間には、直列多段接続されたNチャンネル型MOSFET
Qr1〜Qrnを含む抵抗回路REGが配置されている。
The CMOS inverter circuit INV2 included in the oscillation circuit OSC
A capacitor C2 as a capacitive element having a predetermined capacitance is arranged between the output terminal of the CMOS inverter circuit INV3 and the input terminal of the CMOS inverter circuit INV3. Although not particularly limited, the capacitor C2 is constituted by a gate capacitance of an N-channel MOSFET or a capacitance having a structure in which a metal electrode is covered on a thin oxide film formed on a silicon substrate. One electrode of the capacitor C2 is coupled to the ground potential of the circuit, and the other electrode is coupled as a node N1 to the output terminal of the CMOS inverter circuit INV2 and the input terminal of the CMOS inverter circuit INV3. N constituting the CMOS inverter circuit INV2
An N-channel MOSFET connected in series and multiple stages between the source electrode of the channel MOSFET Q42 and the ground potential of the circuit.
A resistance circuit REG including Qr1 to Qrn is arranged.

前記CMOSインバータ回路INV2におけるPチャンネル型
MOSFETQ43は前記キャパシタC2を電源電圧Vccに充電する
ための充電経路を構成し、また、前記MOSFETQ42及びMOS
FETQr1〜QrnはキャパシタC2の放電経路を構成する。前
記ノードN1に入力端子が結合されたCMOSインバータ回路
INV3は当該ノードN1のレベルを所定の論理しきい値をも
って判定するレベル判定回路として機能する。そして、
該CMOSインバータ回路INV3の出力端子と前記CMOSインバ
ータ回路INV2の入力端子との間に結合されたCMOSインバ
ータ回路INV4〜INV1は、キャパシタC2を充電してノード
N1の電圧レベルを電源電圧Vccに初期化するためのリセ
ット回路として機能する。尚、前記CMOSインバータ回路
INV3の出力端子にゲート電極が結合されたNチャンネル
型MOSFETQ44は、該CMOSインバータ回路INV3の出力レベ
ルがハイレベルに反転された後キャパシタC2の電荷を急
速に放電させて電源ノイズなどによる誤動作防止若しく
はノイズマージン拡大のために設けられている。
P-channel type in the CMOS inverter circuit INV2
The MOSFET Q43 forms a charging path for charging the capacitor C2 to the power supply voltage Vcc.
The FETs Qr1 to Qrn form a discharge path of the capacitor C2. CMOS inverter circuit having an input terminal coupled to the node N1
INV3 functions as a level determination circuit that determines the level of the node N1 with a predetermined logical threshold. And
CMOS inverter circuits INV4 to INV1 coupled between the output terminal of the CMOS inverter circuit INV3 and the input terminal of the CMOS inverter circuit INV2 charge the capacitor C2 and
It functions as a reset circuit for initializing the voltage level of N1 to the power supply voltage Vcc. The CMOS inverter circuit
The N-channel type MOSFET Q44 having a gate electrode coupled to the output terminal of INV3 discharges the charge of the capacitor C2 rapidly after the output level of the CMOS inverter circuit INV3 is inverted to a high level to prevent malfunction due to power supply noise or the like. It is provided to increase the noise margin.

ここで、前記抵抗回路REGの説明を先に進める前に発
振回路OSCの基本的な動作について説明する。
Here, before proceeding with the description of the resistance circuit REG, a basic operation of the oscillation circuit OSC will be described.

前記CMOSインバータ回路INV1の出力がローレベルにさ
れると、これに同期してMOSFETQ43がターン・オンさ
れ、キャパシタC2を介してノードN1がハイレベルに充電
される。この状態はインバータ回路INV1の出力信号をハ
イレベルに反転させる。これによりノードN1はオン状態
のMOSFETQ42及び抵抗回路REGを介して徐々に放電され、
該レベルN1がCMOSインバータ回路INV3の論理しきい値電
圧以下まで低下されたとき、これを検出する該CMOSイン
バータ回路INV3の出力が反転される。この出力変化は順
次CMOSインバータ回路INV2に帰還され、再びノードN1が
初期レベルに充電される。このようにしてノードN1に対
する充放電動作が繰返されることによって発振し、その
発振周期に応ずる周期を持つパルス信号が増幅回路AMP
を介してチャージポンプ回路PUMPに与えられる。
When the output of the CMOS inverter circuit INV1 is set to low level, the MOSFET Q43 is turned on in synchronization with this, and the node N1 is charged to high level via the capacitor C2. This state inverts the output signal of the inverter circuit INV1 to a high level. As a result, the node N1 is gradually discharged through the MOSFET Q42 in the ON state and the resistance circuit REG,
When the level N1 is lowered below the logical threshold voltage of the CMOS inverter circuit INV3, the output of the CMOS inverter circuit INV3 detecting this is inverted. This output change is sequentially fed back to the CMOS inverter circuit INV2, and the node N1 is charged to the initial level again. Oscillation is caused by repeating the charging / discharging operation for the node N1, and a pulse signal having a cycle corresponding to the oscillation cycle is output from the amplifier circuit AMP.
To the charge pump circuit PUMP.

このパルス信号の周期は、前記ノードN1の初期電位が
ディスチャージされるときのCR時定数τ及びCMOSインバ
ータ回路INV3の論理しきい値電圧によって専ら決定さ
れ、そのCR時定数τの抵抗成分は前記MOSFETQ42のオン
抵抗及び抵抗回路REGの抵抗値によって決定される。
The cycle of this pulse signal is determined exclusively by the CR time constant τ when the initial potential of the node N1 is discharged and the logical threshold voltage of the CMOS inverter circuit INV3, and the resistance component of the CR time constant τ is the MOSFET Q42. And the resistance value of the resistor circuit REG.

ここで前記抵抗回路REGに含まれるMOSFETQr1〜Qrnの
ゲート電極はバイアス回路VBによってバイアスされ、そ
れらに基準とされるコンダクタンスが設定されている。
更に、抵抗回路REGに含まれるMOSFETQr1〜Qrn並びにMOS
FETQ42のバックゲートにはバックバイアス電圧−Vbbが
供給されるようになっている。これにより、バックバイ
アス電圧−Vbbに応じてそれらMOSFETのコンダクタンス
が基板効果によって自律的に制御される。即ち、抵抗回
路REGに含まれる多数のMOSFETQr1〜Qrnのしきい値電圧
はその基板効果によりバックバイアス電圧−Vbbの高低
に応じて無段階に制御され、該バックバイアス電圧−Vb
bの絶対値が増大する程そのMOSFETQr1〜Qrnのしきい値
電圧が大きくなって発振回路OSCの放電経路のCR時定数
が増大し、これによって発振回路OSCの発振周期が長く
なってバックバイアス電圧−Vbbの絶対値を低下させる
ように作用する。逆にバックバイアス電圧−Vbbの絶対
値が減少する程そのMOSFETQr1〜Qrnのしきい値電圧が小
さくなって発振回路OSCの放電経路のCR時定数が減少
し、これによってOSCの発振周期が短くなってバックバ
イアス電圧−Vbbの絶対値を大きくするように作用す
る。このように基板バイアス発生回路Vbb−Gの第2発
生回路Vbb−G2はその動作を断続的に停止/再開するこ
となく基板バックバイアス電圧−Vbbを所定値に収束さ
せようとするから、従来技術のように基板に電荷を急激
に供給する必要がないため、発振回路の動作周期が比較
的短くなるように予め回路定数を設定しておかなければ
ならないという制約から逃れ、その結果としてチップ非
選択状態もしくはスタンバイ状態における電力消費量の
低減を達成することができる。
Here, the gate electrodes of the MOSFETs Qr1 to Qrn included in the resistance circuit REG are biased by the bias circuit VB, and the conductance based on them is set.
Furthermore, the MOSFETs Qr1 to Qrn included in the resistance circuit REG and the MOS
The back gate of the FET Q42 is supplied with a back bias voltage -Vbb. Thereby, the conductance of these MOSFETs is controlled autonomously by the body effect according to the back bias voltage -Vbb. That is, the threshold voltages of a number of MOSFETs Qr1 to Qrn included in the resistance circuit REG are steplessly controlled according to the level of the back bias voltage −Vbb due to the body effect, and the back bias voltage −Vb
As the absolute value of b increases, the threshold voltage of the MOSFETs Qr1 to Qrn increases, and the CR time constant of the discharge path of the oscillation circuit OSC increases, which increases the oscillation cycle of the oscillation circuit OSC and increases the back bias voltage. Acts to reduce the absolute value of -Vbb. Conversely, as the absolute value of the back bias voltage −Vbb decreases, the threshold voltage of the MOSFETs Qr1 to Qrn decreases, and the CR time constant of the discharge path of the oscillation circuit OSC decreases, thereby shortening the oscillation cycle of the OSC. This acts to increase the absolute value of the back bias voltage -Vbb. As described above, the second generation circuit Vbb-G2 of the substrate bias generation circuit Vbb-G attempts to converge the substrate back bias voltage -Vbb to a predetermined value without intermittently stopping / restarting its operation. Since there is no need to rapidly supply electric charges to the substrate as in the above, there is no need to set circuit constants in advance so that the operation cycle of the oscillation circuit is relatively short, and as a result, the chip is not selected. Reduction of power consumption in the state or the standby state can be achieved.

ここで抵抗回路REGに含まれる一つのNチャンネル型M
OSFETにおける基板効果によるしきい値電圧の変動分は
比較的小さい。基板効果によって得られる抵抗回路REG
全体の抵抗値の変化量を数倍或いは10倍程度に大きくす
るには、その倍率に応じて多数のMOSFETを直列接続して
おけばよい。また個々のMOSFETに対する基板効果による
しきい値電圧の変動分を大きくするには、第3図に示さ
れるように他のNチャンネル型MOSFETと切り離してMOSF
ETQr1〜Qrnを高濃度に不純物を導入した抵抗回路RGE専
用のP型ウェル領域P−WELLに形成するとよい。この場
合にはダブルウェルCMOSプロセスが必要になり、代表的
に示されたその他のNチャンネル型MOSFETQnはP型半導
体基板P−SUBに形成され、代表的に示されたPチャン
ネル型MOSFETQpはN型ウェル領域N−WELLに形成され
る。このN型ウェル領域N−WELLは電源端子Vccに結合
され、前記P型ウェル領域P−WELL及び半導体基板P−
SUBにはバックバイアス電圧−Vbbが与えられる。尚、第
3図において1はフィールド酸化膜、2はMOSFETのソー
ス・ドレイン領域、3はポリシリコンなどで成るMOSFET
のゲート電極、4はゲート酸化膜、5は絶縁層、6はア
ルミニウム配線層であり、その上層の構造については省
略されている。
Here, one N-channel type M included in the resistance circuit REG
The variation of the threshold voltage due to the substrate effect in the OSFET is relatively small. Resistor circuit REG obtained by the substrate effect
In order to increase the change amount of the whole resistance value to several times or about ten times, a large number of MOSFETs may be connected in series according to the magnification. In order to increase the variation of the threshold voltage of each MOSFET due to the body effect, the MOSFET is separated from other N-channel MOSFETs as shown in FIG.
ETQr1 to Qrn may be formed in a P-type well region P-WELL dedicated to the resistance circuit RGE into which impurities are introduced at a high concentration. In this case, a double-well CMOS process is required, the other typical N-channel MOSFET Qn is formed on a P-type semiconductor substrate P-SUB, and the representative P-channel MOSFET Qp is an N-type MOSFET. It is formed in the well region N-WELL. The N-type well region N-WELL is coupled to the power supply terminal Vcc, and the P-type well region P-WELL and the semiconductor substrate P-WELL.
SUB is supplied with a back bias voltage -Vbb. In FIG. 3, 1 is a field oxide film, 2 is a source / drain region of a MOSFET, and 3 is a MOSFET made of polysilicon or the like.
, A gate oxide film, 5 an insulating layer, 6 an aluminum wiring layer, and the structure of the upper layer is omitted.

尚、第1図には第2発生回路Vbb−G2の動作選択のた
めの回路構成が図示されていないが、例えば発振回路OS
Cのループ内に含まれる少なくとも一つのCMOSインバー
タ回路の代わりに、又は当該ループに出力端子を結合し
た2入力ナンドゲート回路などを配置しておけばよい。
このナンドゲート回路の一方の入力端子には動作選択の
ための制御信号を与えるようにする。この制御信号がハ
イレベルにされると発振動作が可能になり、ローレベル
にされるとその発振回路OSCの動作が非選択とされる。
また、第1発生回路Vbb−G1については特に図示してい
ないが、必要な電流駆動能力をもって第1図と同様に、
若しくは抵抗回路REGを設けずに構成したりすることが
できる。
Although FIG. 1 does not show a circuit configuration for selecting the operation of the second generation circuit Vbb-G2, for example, the oscillation circuit OS
Instead of at least one CMOS inverter circuit included in the C loop, or a 2-input NAND gate circuit having an output terminal coupled to the loop may be arranged.
A control signal for selecting an operation is supplied to one input terminal of the NAND gate circuit. When this control signal is set to the high level, the oscillating operation is enabled, and when set to the low level, the operation of the oscillating circuit OSC is deselected.
Although the first generation circuit Vbb-G1 is not shown in the figure, it has the necessary current driving capability as in FIG.
Alternatively, it can be configured without providing the resistor circuit REG.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づい
て具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更
可能である。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention.

例えば上記実施では初期状態においてノードN1を充電
してからディスチャージする形式の発振回路において説
明したが、それとは逆に初期状態においてノードN1をデ
ィスチャージしてから当該ノードN1を充電するという動
作を繰り返して発信する形式を採用してもよい。この場
合に抵抗回路はノードN1に対して電源端子Vcc側に配置
される。
For example, in the above-described embodiment, the description has been given of the oscillation circuit in which the node N1 is charged and then discharged in the initial state.On the contrary, the operation of discharging the node N1 in the initial state and then charging the node N1 is repeated. A transmission format may be adopted. In this case, the resistor circuit is arranged on the power supply terminal Vcc side with respect to the node N1.

また、第4図に示されるようにCMOSインバータ回路IN
Vaの出力端子と容量C1との間に、バックゲートにバック
バイアス電圧−Vbbを受けるNチャンネル型MOSFETQ46を
挿入してもよい。斯るMOSFETQ46はそのしきい値電圧分
だけ低い電圧を容量C1に与えるため、MOSFETの微細化な
どにより、外部から供給される電源電圧に対して内部回
路で実際に利用される電源電圧が低いような場合に、バ
ックバイアス電圧−Vbbの絶対値を簡単に小さくするこ
とができる。また、上記実施例ではノードN1の充放電に
よるレベル変化を検出するレベル判定回路をCMOSインバ
ータによって構成したが、その他の回路形式を持つイン
バータ、さらには別の回路形式を採用してもよい。ま
た、ノードN1に対する放電経路及び充電経路をCMOSイン
バータINV1のNチャンネル型MOSFET及びPチャンネル型
MOSFETによって基本的に構成したが、この回路形式につ
いても適宜変更することができる。
In addition, as shown in FIG.
An N-channel MOSFET Q46 that receives a back bias voltage −Vbb at the back gate may be inserted between the output terminal of Va and the capacitor C1. Such a MOSFET Q46 applies a voltage lower by the threshold voltage to the capacitor C1, so that the power supply voltage actually used in the internal circuit is lower than the power supply voltage supplied from the outside due to miniaturization of the MOSFET. In such a case, the absolute value of the back bias voltage −Vbb can be easily reduced. Further, in the above embodiment, the level determination circuit for detecting a level change due to charging / discharging of the node N1 is constituted by a CMOS inverter. However, an inverter having another circuit form, or another circuit form may be employed. In addition, the discharge path and the charge path to the node N1 are defined by an N-channel MOSFET and a P-channel
Although basically constituted by MOSFETs, this circuit type can be changed as appropriate.

そして、第2図の回路ブロックにおいて、メモリアレ
イM−ARYは複数個のメモリマットによって構成しても
よい。但しこの場合には、各メモリマットにおいて夫々
1本のワード線を選択するようにして、複数ワード線に
関するリフレッシュ動作を同時に行うようにしてもよ
い。また、擬似スタティック型RAMは、同時に複数ビッ
トの情報を入出力することができるものであってもよい
し、前記複数個のメモリマットによって各アドレスデコ
ーダを共用するようにしてもよい。擬似スタティック型
RAMの回路ブロック構成や制御信号及びアドレス信号な
どはその他種々の態様を採り得る。
In the circuit block of FIG. 2, the memory array M-ARY may be constituted by a plurality of memory mats. However, in this case, a refresh operation for a plurality of word lines may be performed simultaneously by selecting one word line in each memory mat. Further, the pseudo-static RAM may be capable of simultaneously inputting and outputting a plurality of bits of information, or each of the plurality of memory mats may share each address decoder. Pseudo static type
The RAM circuit block configuration, control signals, address signals, and the like can take various other forms.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である擬似スタティック
型RAMに適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、例えば、通常のダイナミック型RA
Mなどの半導体記憶装置やマイクロコンピュータなど各
種半導体集積回路に広く適用することができる。本発明
は、少なくとも基板バックバイアスを必要とする条件の
ものに広く適用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the inventor is mainly applied to a pseudo-static RAM as a background of application has been described. However, the present invention is not limited thereto.
It can be widely applied to semiconductor storage devices such as M and various semiconductor integrated circuits such as microcomputers. The present invention can be widely applied to at least a condition requiring a substrate back bias.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りであ
る。
The effects obtained by the representative inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、所定のノードの充放電時間によって発振周
期が決定される発振回路の放電経路又は充電経路に、基
板バックバイアス電圧の絶対値の増大に従って相互コン
ダクタンスが減少されるMOSFETを直列多段接続した抵抗
回路を結合して、チャージポンプ回路と共に基板バック
バイアス回路を構成することにより、抵抗回路に含まれ
る多数のMOSFETのしきい値電圧は、その基板効果により
バックバイアス電圧の高低に応じて無段階に制御される
ため、基板バックバイアス回路はその動作を断続的に停
止/再開することなく基板バックバイアス電圧を所定値
に収束させようとすることができ、これにより、断続制
御する従来技術のように基板に電荷を急激に供給する必
要がなくなるため、発振回路の動作周期を比較的短くす
るように予め回路定数を設定しておかなければならない
という制約から逃れ、その結果としてチップ非選択状態
もしくはスタンバイ状態における電力消費量の低減を達
成することができるという効果がある。
That is, a resistor circuit in which MOSFETs whose transconductance is reduced in series according to an increase in the absolute value of the substrate back bias voltage are connected in series and multiple stages to a discharge path or a charge path of an oscillation circuit whose oscillation cycle is determined by a charge / discharge time of a predetermined node. To form a substrate back bias circuit together with the charge pump circuit, so that the threshold voltage of many MOSFETs included in the resistance circuit can be controlled steplessly according to the level of the back bias voltage due to the substrate effect. Therefore, the substrate back bias circuit can try to converge the substrate back bias voltage to a predetermined value without intermittently stopping / restarting the operation. Since it is not necessary to supply electric charges rapidly to the circuit, the circuit constant must be set in advance so that the operation cycle of the oscillation circuit is relatively short. Away from constraint that must be kept constant, there is an effect that it is possible to achieve a reduction in power consumption in the chip non-selection state or a standby state as a result.

また、抵抗回路に含まれるMOSFETを他のNチャンネル
型MOSFETから切り離してそのMOSFETを高濃度に不純物を
導入した専用のウェル領域に形成することにより、抵抗
回路に含まれるMOSFETそれ自体において基板効果による
しきい値電圧の変動を大きくすることができる。したが
って、抵抗回路に含まれるMOSFETの直列段数をむやみに
増やさなくても充電経路又は放電経路のCR時定数の制御
範囲を容易に大きくすることができる。
In addition, by separating the MOSFET included in the resistance circuit from other N-channel MOSFETs and forming the MOSFET in a dedicated well region into which impurities are introduced at a high concentration, the MOSFET included in the resistance circuit itself is caused by a body effect. The fluctuation of the threshold voltage can be increased. Therefore, the control range of the CR time constant of the charging path or the discharging path can be easily increased without unnecessarily increasing the number of series stages of MOSFETs included in the resistance circuit.

そして、前記抵抗回路に含まれるMOSFETのゲート電極
を一定の電圧でバイアスするようにしておくことによ
り、斯る抵抗回路の構成を簡素化することができる。
By biasing the gate electrode of the MOSFET included in the resistance circuit with a constant voltage, the configuration of the resistance circuit can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る擬似SRAMに含まれるバ
ックバイアス電圧発生回路の一部を示す回路図、 第2図は本発明の一実施例に係る擬似SRAM全体の回路ブ
ロック図、 第3図はその擬似SRAMにおけるデバイス構造的な部分断
面図、 第4図はバックバイアス電圧発生回路における発振回路
とチャージポンプ回路との間でバックバイアス電圧を受
けてそのしきい値電圧が制御されるMOSFETを配置した場
合の回路図である。 M−ARY……メモリアレイ、Qm……選択用MOSFET、Cs…
…情報蓄積用キャパシタ、TG……タイミングジェネレー
タ、Vbb−G……基板バックバイアス発生回路、Vbb−G1
……第1発生回路、Vbb−G2……第2発生回路、−Vbb…
…基板バックバイアス電圧、OSC……発振回路、AMP……
増幅回路、PUMP……チャージポンプ回路、INV2……CMOS
インバータ、C2……キャパシタ、REG……抵抗回路、Qr1
〜Qrn……Nチャンネル型MOSFET、VB……ゲートバイア
ス回路、P−WELL……P型ウェル領域、N−WELL……N
型ウェル領域、P−SUB……半導体基板。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of a back bias voltage generation circuit included in a pseudo SRAM according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit block diagram of the whole pseudo SRAM according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a device structure of the pseudo SRAM, and FIG. 4 is a diagram showing a state in which a back bias voltage is received between an oscillation circuit and a charge pump circuit in a back bias voltage generation circuit to control its threshold voltage. FIG. 4 is a circuit diagram in the case where MOSFETs are arranged. M-ARY: Memory array, Qm: MOSFET for selection, Cs ...
... Capacitor for information storage, TG ... Timing generator, Vbb-G ... Substrate back bias generation circuit, Vbb-G1
... First generation circuit, Vbb-G2... Second generation circuit, -Vbb
… Substrate back bias voltage, OSC …… Oscillation circuit, AMP ……
Amplifier circuit, PUMP ... Charge pump circuit, INV2 ... CMOS
Inverter, C2 …… Capacitor, REG …… Resistance circuit, Qr1
~ Qrn N-channel MOSFET, VB Gate bias circuit, P-WELL P-well region, N-WELL N
Mold well region, P-SUB ..... semiconductor substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野坂 寿雄 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイエンジニアリン グ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−94654(JP,A) 特開 昭61−263145(JP,A) 特開 昭62−156853(JP,A) 特開 平3−69153(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Toshio Nosaka 5-20-1, Josuihonmachi, Kodaira-shi, Tokyo Inside Hitachi Ultra LSE Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-56- 94654 (JP, A) JP-A-61-263145 (JP, A) JP-A-62-156853 (JP, A) JP-A-3-69153 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】発振回路と、この発振回路で形成された周
期信号を整流するチャージポンプ回路とを含み基板バッ
クバイアス電圧を発生する基板バックバイアス回路を備
える半導体集積回路において、 前記発振回路は、それに含まれる所定のノードの充電経
路又は放電経路の時定数に応じて発振周期が決定される
ものであって、 前記放電経路又は充電経路に、前記基板バックバイアス
電圧の絶対値の増大に従って相互コンダクタンスが減少
されるMOSFETを直列多段接続した抵抗回路を結合し、 前記抵抗回路に含まれるMOSFETは、その他のMOSFETとは
独立したウェル領域に形成され、当該ウェル領域に前記
基板バックバイアス電圧が印加されることを特徴とする
半導体集積回路。
1. A semiconductor integrated circuit comprising: an oscillation circuit; and a charge pump circuit for rectifying a periodic signal formed by the oscillation circuit, the semiconductor integrated circuit including a substrate back bias circuit for generating a substrate back bias voltage. An oscillation cycle is determined according to a time constant of a charging path or a discharging path of a predetermined node included therein, and the transconductance is set in the discharging path or the charging path in accordance with an increase in the absolute value of the substrate back bias voltage. A resistance circuit in which multiple MOSFETs are connected in series is connected to each other, and the MOSFET included in the resistance circuit is formed in a well region independent of other MOSFETs, and the substrate back bias voltage is applied to the well region. A semiconductor integrated circuit characterized by:
【請求項2】制御信号に応じて動作可能とされる回路ブ
ロックと、前記回路ブロックに基板バイアス電圧を供給
するために、前記回路ブロックが選択状態とされるとき
に第1電流駆動能力で前記基板バイアス電圧を発生する
第1基板バイアス電圧発生回路、及び前記回路ブロック
が非選択状態とされるときに前記第1電流駆動能力より
も小さな第2電流駆動能力で前記基板バイアス電圧を発
生する第2基板バイアス電圧発生回路とを含む半導体集
積回路であって、 前記第2基板バイアス電圧発生回路は、発振回路と、前
記発振回路の出力する周期信号に基づいて前記基板バイ
アス電圧を発生するチャージポンプ回路とを含み 前記発振回路は、それに含まれる所定のノードの充電経
路又は放電経路の時定数に応じて発振周期を決定するた
めのMOSFETを直列多段接続した抵抗回路を有し、 前記抵抗回路に含まれるMOSFETはその他のMOSFETとは独
立したウェル領域に形成され、当該ウェル領域に前記基
板バックバイアス電圧が印加されることを特徴とする半
導体集積回路。
2. A circuit block operable in response to a control signal, and a first current driving capability when the circuit block is selected to supply a substrate bias voltage to the circuit block. A first substrate bias voltage generating circuit for generating a substrate bias voltage, and a second substrate bias voltage generating circuit for generating the substrate bias voltage with a second current driving capability smaller than the first current driving capability when the circuit block is in a non-selected state. A semiconductor integrated circuit including a two-substrate bias voltage generation circuit, wherein the second substrate bias voltage generation circuit generates an oscillation circuit and the substrate bias voltage based on a periodic signal output from the oscillation circuit. The oscillation circuit includes an MO for determining an oscillation cycle according to a time constant of a charging path or a discharging path of a predetermined node included therein. It has a resistance circuit in which SFETs are connected in multiple stages in series, wherein the MOSFET included in the resistance circuit is formed in a well region independent of other MOSFETs, and the substrate back bias voltage is applied to the well region. Semiconductor integrated circuit.
【請求項3】前記回路ブロックは、情報蓄積用キャパシ
タとアドレス選択用MOSFETとをそれぞれに含む複数のメ
モリセルを有するメモリアレイであり、 前記基板バイアス電圧は前記アドレス選択用MOSFETの形
成されるウェル領域に供給されることを特徴とする請求
項2に記載の半導体集積回路。
3. The circuit block is a memory array having a plurality of memory cells each including an information storage capacitor and an address selection MOSFET, wherein the substrate bias voltage is a well in which the address selection MOSFET is formed. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the semiconductor integrated circuit is supplied to a region.
【請求項4】前記その他のMOSFETは、前記アドレス選択
用MOSFETであり、 前記アドレス選択用MOSFETは、前記抵抗回路に含まれる
MOSFETとは独立のウェル領域に形成されることを特徴と
する請求項3に記載の半導体集積回路。
4. The other MOSFET is the address selection MOSFET, and the address selection MOSFET is included in the resistance circuit.
4. The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein the semiconductor integrated circuit is formed in a well region independent of the MOSFET.
【請求項5】前記抵抗回路に含まれるMOSFETのゲート電
極は、所定電圧でバイアスされることを特徴とする請求
項1から4のいずれか一つに記載の半導体集積回路。
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a gate electrode of a MOSFET included in said resistance circuit is biased at a predetermined voltage.
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