(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源電圧を伝達するメイン電源線と、
サブ電源線と、
動作サイクル規定信号に応答して、動作サイクルがアクティブサイクルの時に前記メイン電源線と前記サブ電源線とを電気的に接続するスイッチングトランジスタと、
バックゲートを有し、かつその一方導通ノードが前記メイン電源線に接続され、かつその他方導通ノードが前記サブ電源線に接続され、かつその制御電極が前記一方導通端子および前記他方導通端子のうちのドレインに接続されてダイオード接続となるように前記メイン電源線またはサブ電源線に接続される絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
前記絶縁ゲート型電界効果型トランジスタの前記バックゲートへ基準電圧を印加する基準電圧発生回路と、
前記サブ電源線に結合される一方導通端子を有しかつ動作サイクル規定信号がスタンバイサイクルを示すとき非導通状態とされるトランジスタ素子を含み、与えられた入力信号に所定の論理処理を施して出力する論理ゲートと、
前記基準電圧の電圧レベル調節する電圧レベル調節回路を備える、半導体集積回路装置。
【請求項２】
前記電圧レベル調節回路は、パワーダウンモードを指定する信号に応答して、前記基準電圧の電圧レベルを変更する手段を備える、請求項１記載の半導体集積回路装置。
【請求項３】
行および列のマトリックス状に配列される複数のメモリセルを含むメモリセルアレイと、
溶断可能なリンク素子を含み、前記メモリセルアレイの不良メモリセルの存在する行または列を特定する不良アドレスをプログラムするための回路とをさらに備え、
前記電圧レベル調節回路は、前記リンク素子と同じ材料で形成されるプログラム素子を含み、前記基準電圧の電圧レベルを調整するレベル調整回路を備える、請求項１記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
行および列のマトリックス状に配列される複数のメモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記メイン電源線上の電圧を動作電源電圧として動作し、動作サイクル規定信号、データ入出力モード指定信号およびアドレス信号を含む外部信号をバッファ処理して内部信号を生成する入力バッファと、
前記サブ電源線に結合される一方導通端子を有しかつ前記動作サイクル規定信号がスタンバイサイクルを示すとき非導通状態とされるトランジスタ素子を含み、前記入力バッファからの内部信号に含まれる行アドレス信号をデコードして前記メモリセルアレイの行を指定する行指定信号を発生する行デコード回路をさらに備える、請求項１記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
第２のサブ電源線と、
前記動作サイクル規定信号に応答して前記メイン電源線と前記第２のサブ電源線とを電気的に接続する第２のスイッチングトランジスタと、
前記基準電圧発生回路からの、前記基準電圧と電圧レベルの異なる第２の基準電圧をそのバックゲートに受け、かつその一方導通ノードが前記メイン電源線に接続されかつその他方導通ノードが前記第２のサブ電源線に接続されかつその制御電極がダイオード接続となるように前記第２のサブ電源線または前記メイン電源線に接続される第２の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、
前記第２のサブ電源線に結合される一方導通端子を有しかつ前記動作サイクル規定信号がスタンバイサイクルを示すとき非導通状態とされるトランジスタ素子を含み、与えられた信号に所定の論理処理を施して出力する第２の論理ゲートをさらに備える、請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は半導体装置に関し、特にＣＭＯＳトランジスタ（相補絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）で構成される論理ゲートを含む半導体装置の消費電流を低減するための構成に関する。より特定的には、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）などの半導体記憶装置のサブスレッショルド電流を低減するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消費電力が極めて小さい半導体回路としては、ＣＭＯＳ回路がよく知られている。
【０００３】
図２４は、ＣＭＯＳインバータの構成を示す図である。図２４において、ＣＭＯＳインバータは、一方動作電源電圧Ｖｃｃを受ける電源ノード９００と出力ノード９０１との間に設けられ、そのゲートに入力信号ＩＮを受けるｐチャネルＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）ＰＴと、他方動作電源電圧Ｖｓｓ（通常、接地電位）を受ける他方電源ノード９０２と出力ノード９０１との間に設けられ、そのゲートに入力信号ＩＮを受けるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴを含む。出力ノード９０１に負荷容量Ｃが存在する。入力信号ＩＮがローレベルのときには、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴがオン状態、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴがオフ状態となり、容量負荷ＣがｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴを介して充電され、出力信号ＯＵＴが電源電圧Ｖｃｃレベルとなる。この負荷容量Ｃの充電が完了すると、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴは、そのソースおよびドレイン電位が同じとなり、オフ状態となる。したがってこのときには、電流が流れず、消費電力は無視することができる。
【０００４】
入力信号ＩＮがハイレベルのときには、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴはオフ状態、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴはオン状態となり、負荷容量ＣはｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴを介して他方電源電位Ｖｓｓレベルにまで放電される。この放電が完了するとｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴはソースおよびドレイン電位が同じとなり、オフ状態となる。したがってこの状態においても消費電力は無視することができる。
【０００５】
ＭＯＳトランジスタを流れるドレイン電流ＩＬは、ＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間電圧の関数で表わされる。ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値よりもそのゲート−ソース間電圧の絶対値が大きくなると、大きなドレイン電流が流れる。ゲート−ソース間電圧の絶対値がしきい値電圧の絶対値以下となってもドレイン電流は完全に０とはならない。この電圧において流れるドレイン電流はサブスレッショルド電流と呼ばれ、ゲート−ソース間電圧に指数関数的に比例する。
【０００６】
図２５にｎチャネルＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド電流特性を示す。図２５において、横軸はゲート−ソース間電圧ＶＧＳを示し、縦軸にドレイン電流ＩＬの対数値を示す。図２５において、直線ＩおよびＩＩの直線領域がサブスレッショルド電流である。しきい値電圧は、このサブスレッショルド電流領域において所定の電流を与えるゲート−ソース間電圧として定義される。たとえば、ゲート幅（チャネル幅）１０μｍのＭＯＳトランジスタにおいて１０ｍＡのドレイン電流が流れるときのゲート−ソース間電圧がしきい値電圧として定義される。図２５において、その所定の電流Ｉ０と対応のしきい値電圧ＶＴ０およびＶＴ１を示す。
【０００７】
ＭＯＳトランジスタの微細化に伴って電源電圧Ｖｃｃもスケーリング則に沿って低下される。このため、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈは同様にスケーリング則に沿って低下させないと、性能向上が図れない。たとえば、図２４に示すＣＭＯＳインバータにおいて、電源電圧Ｖｃｃが５Ｖで、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴのしきい値電圧Ｖｔｈが１Ｖとすると、入力信号ＩＮが０Ｖから１Ｖ以上となったときに、大きなドレイン電流が生じ、負荷容量Ｃの放電が始まる。このとき、しきい値電圧Ｖｔｈを同じ値にしたままで電源電圧Ｖｃｃをたとえば３Ｖに低下させた場合においても同様、入力信号ＩＮが１Ｖ以上となったときでないとｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴをオン状態として大きな電流で負荷容量Ｃを放電することはできない。すなわち、電源電圧Ｖｃｃが５Ｖの場合入力信号ＩＮの振幅の１／５の時点で容量負荷の放電が生じるのに対し、電源電圧Ｖｃｃが３Ｖの場合、入力信号ＩＮの振幅の１／３の時点で容量負荷Ｃの放電が始まる。したがって入出力応答特性が悪化し、高速動作を保証することができなくなる。そこで、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈは電源電圧と同様スケーリングする必要が生じる。
【０００８】
しかしながら、図２５に示すように、しきい値電圧ＶＴ１をしきい値電圧ＶＴ０に低下させた場合、サブスレッショルド電流特性は、直線Ｉから直線ＩＩへ移行する。したがって、ゲート電圧が０Ｖ（Ｖｓｓレベル）となったときのサブスレッショルド電流がＩＬ１からＩＬ０に上昇し、消費電流が増加するため、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈを電源電圧と同様にスケールダウンすることができなくなり、動作特性、特に高速動作特性を実現するのが困難になることが予想される。
【０００９】
そこで、高速動作特性を損なうことなくサブスレッショルド電流を抑制するための構成が、１９９３シンポジウム・オン・ＶＬＳＩ・サーキット、ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズの第４７頁ないし第４８頁および第８３頁ないし第８４頁それぞれにおいて堀内等および高島等により開示されている。
【００１０】
図２６は、上述の文献において堀内等が示す電源線の構成を示す図である。図２６においては、ＣＭＯＳ回路として、ｎ個の縦続接続されたＣＭＯＳインバータｆ１〜ｆｎを一例として示す。インバータｆ１〜ｆ４の各々は、図２４に示す構成と同じ構成を備える。
【００１１】
一方の動作電源電圧を供給する経路においては、電源電圧Ｖｃｃを受ける第１の電源ノード９１０に第１の電源線９１１が接続され、この第１の電源線９１１と平行に第２の電源線９１２が配置される。第１の電源線９１１と第２の電源線９１２とは高抵抗Ｒａにより接続される。この抵抗Ｒａと並列に、第１の電源線９１１と第２の電源線９１２とを制御信号φｃに応答して選択的に接続するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１が設けられる。第１の電源線９１１と第２の電源線９１２の間には、また第２の電源線９１２の電位を安定化するための比較的大きな容量を有するキャパシタＣａが設けられる。
【００１２】
他方電源電圧Ｖｓｓ（接地電位：０Ｖ）の伝達経路においては、この他方電源電圧（以下、単に接地電圧と称す）Ｖｓｓを受ける第２の電源ノード９２０に接続される第３の電源線９２１と、この第３の電源線９２１と平行に配置される第４の電源線９２２を含む。第３の電源線９２１と第４の電源線９２２の間には、高抵抗Ｒｂが設けられ、この抵抗Ｒｂと並列に、制御信号φｓに応答して選択的に第３の電源線９２１と第４の電源線９２２を接続するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２が設けられる。また、第３の電源線９２１と第４の電源線９２２の間には、この第４の電源線９２２の電位を安定化するための大きな容量を有するキャパシタＣｂが設けられる。
【００１３】
奇数段のインバータｆ１、ｆ３、…は、その一方動作電源ノード（高電位を受ける電源ノード）が第１の電源線９１１に接続され、他方電源ノード（低電位を受ける電源ノード）が第４の電源線９２２に接続される。偶数段のインバータｆ２、…は、その一方動作電源ノードが第２の電源線９１２に接続され、他方電源ノードが第３の電源線９２１に接続される。次に動作について説明する。
【００１４】
ＤＲＡＭにおいては、スタンバイ時においては、その信号の状態は予め予測可能である。またその出力信号の状態も同様予測可能である。図２６に示す構成では、入力信号ＩＮがスタンバイ時にローレベルとなり、アクティブサイクル時にハイレベルとなる。スタンバイサイクル時には、制御信号φｃがハイレベル、制御信号φｓがローレベルとされ、ＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２はともにオフ状態とされる。この状態においては、電源線９１１および９１２は高抵抗Ｒａを介して接続され、電源線９２１および９２２も高抵抗Ｒｂを介して接続される。電源線９１２の電位ＶＣＬは、
ＶＣＬ＝Ｖｃｃ−Ｉａ・Ｒａ
となり、電源線９２２の電圧ＶＳＬは、
ＶＳＬ＝Ｖｓｓ＋Ｉｂ・Ｒｂ
となる。ここで、ＩａおよびＩｂは抵抗ＲａおよびＲｂをそれぞれ流れる電流を示す。入力信号ＩＮは、今、接地電位Ｖｓｓレベルである。インバータｆ１においては、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴがオン状態であり、出力ノードを電源線９１１上の電源電位Ｖｃｃレベルに充電している。一方、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴは、そのソース電位（電源ノード９０２の電位）が中間電位ＶＳＬであり、接地電位Ｖｓｓよりも高い電位レベルに設定される。したがって、このｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴは、そのゲート−ソース間電圧が負電圧となり、図２５に示すように、サブスレッショルド電流はゲート−ソース間電圧が−ＶＳＬのときのサブスレッショルド電流ＩＬ２となり、電源ノード９０２の電位が接地電位Ｖｓｓのときに流れるサブスレッショルド電流ＩＬ１よりも小さくされる。ここで、ＭＯＳトランジスタの動作特性については図２５に示す直線Ｉに従って説明する。またｎチャネルＭＯＳトランジスタのオン／オフ状態は、そのゲート−ソース間電圧がしきい値電圧よりも高くなったときをオン状態として示し、そのゲート−ソース間電圧がしきい値電圧よりも小さくなったときはオフ状態として示す。ＰチャネルＭＯＳトランジスタの場合は逆である。
【００１５】
インバータｆ２においては、その入力信号／ＩＮ（インバータｆ１の出力信号）が電源電位Ｖｃｃレベルのハイレベルである。したがって、インバータｆ２においては、ｐチャネルＭＯＳトランジスタがオフ状態、ｎチャネルＭＯＳトランジスタがオン状態となる。ｐチャネルＭＯＳトランジスタは、そのソースが電源線９１２に接続されており、電圧ＶＣＬを受けている。したがって、インバータｆ２において、ｐチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電位はそのソース電位よりも高くなり、ｎチャネルＭＯＳトランジスタの場合と同様サブスレッショルド電流も抑制される。後段のインバータｆ３〜ｆｎにおいても同様である。したがってスタンバイ時においてインバータｆ１〜ｆｎにおけるサブスレッショルド電流が抑制され、スタンバイ電流が低減される。
【００１６】
アクティブサイクルが始まると、制御信号φｃがローレベル、制御信号φｓがハイレベルとされ、ＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２はともにオン状態とされる。ＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２は、大きなチャネル幅Ｗを有しており、インバータｆ１〜ｆｎに対し十分に充放電電流を供給することができる。この状態においては、電源線９１２および９２２の電位はそれぞれ電源電位Ｖｃｃおよび接地電位Ｖｓｓレベルとなる。これにより、アクティブサイクル時において入力信号ＩＮに従ってその出力信号ＯＵＴも確定状態とされる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図２７に、図２６に示す回路の動作波形および電源線を流れる電流を示す。図２７に示すように、スタンバイサイクルにおいては、信号φｓおよびφｃに応答してＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２がともにオフ状態であり、電源線９１２上の電圧ＶＣＬおよび電源線９２２上の電圧ＶＳＬはそれぞれ電源電圧Ｖｃｃおよび接地電位Ｖｓｓ（０Ｖ）の間の中間電位となる。この状態においてインバータｆ１〜ｆ４においてサブスレッショルド領域のＭＯＳトランジスタ（オフ状態のＭＯＳトランジスタ）はより強いオフ状態とされ、サブスレッショルド電流は低減される。
【００１８】
アクティブサイクルにおいては、制御信号φｓおよびφｃがそれぞれハイレベルおよびローレベルとされ、ＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２はオン状態となり、電源線９１２上の電圧ＶＣＬは電源電位Ｖｃｃに等しくなり、また電源線９２２上の電圧ＶＳＬは接地電位Ｖｓｓに等しくなる。アクティブサイクルの開始時には、電源線９１２を充電するために電源電流Ｉｃｃが流れ（ＶＣＬ充電電流）、次いで入力信号ＩＮが変化すると、応じてインバータｆ１〜ｆｎが動作し、その信号レベルを変化するために充放電電流が生じ、比較的大きな動作電流が生じる。
【００１９】
スタンバイサイクルからアクティブサイクルへの移行時において、トランジスタＱ１およびＱ２はオン状態とされて電圧ＶＣＬおよびＶＳＬの電源電位Ｖｃｃおよび接地電位Ｖｓｓにそれぞれ等しくされる。電源線９１２および９２２には、配線容量が存在しまたはそれに接続されるトランジスタによる寄生容量（トランジスタの接合容量）が付随しており、電源線９１２および９２２の電圧ＶＣＬおよびＶＳＬがそれぞれ電源電位Ｖｃｃおよび接地電位Ｖｓｓに復帰するまでにある期間が必要とされる。スタンバイ電流を小さくするために、電圧ＶＣＬと電源電位Ｖｃｃとの差および電圧ＶＳＬと接地電位Ｖｓｓとの差が大きくされた場合には、電源線９１２および９２２の電圧ＶＣＬおよびＶＳＬはそれぞれ所定の電位ＶｃｃおよびＶｓｓに復帰するまでの時間が長くなる。このとき電源線９１２および９２２に接続される回路（インバータｆ１〜ｆｎ）が動作した場合、これらのメイン電源線の電圧レベルが不安定となり、これらの回路の動作速度が遅くなり（一般に、ＭＯＳトランジスタの動作速度はそのゲート電圧および電源電圧の関数として与えられる）、所望の条件を満足する動作特性が得られず、信号伝播遅延が大きくなる。したがって、電源線９２１および９２２の電圧ＶＣＬおよびＶＳＬが電源電位Ｖｃｃおよび接地電位Ｖｓｓに復帰した後に、電源線９１２および９２２から動作電源電圧を受ける回路を動作させる必要がある。したがって、この場合、電源線９１２および９２２に接続される回路の動作開始タイミングが遅くなり、ＤＲＡＭの場合、そのアクセス時間が長くなるという問題が生じる。
【００２０】
それゆえに、この発明の目的は、低消費電流で高速動作する半導体集積回路装置を提供することである。
【００２１】
この発明の他の目的は、動作速度に悪影響を及ぼすことなくスタンバイサイクルにおける消費電流を十分に抑制することのできる半導体集積回路装置を提供することである。
【００２２】
この発明のさらに他の目的は、アクセス時間の増大をもたらすことなくスタンバイサイクルにおける消費電流を十分に抑制することのできる半導体集積回路装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る半導体集積回路装置は、第１の電源電圧を伝達するメイン電源線と、サブ電源線と、動作サイクル規定信号に応答して、このメイン電源線とサブ電源線とを電気的に接続するスイッチングトランジスタと、その一方導通ノードがメイン電源線に接続され、かつその他方導通ノードがサブ電源線に接続されかつその制御電極が一方および他方導通ノードのうちのドレインに接続されるダイオード接続となるようにメイン電源線およびサブ電源線の一方に接続される絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、サブ電源線に接続される一方導通ノードを有しかつ動作サイクル規定信号がスタンバイサイクルを示すとき非導通状態とされるトランジスタ素子を含み、与えられた入力信号に所定の論理処理を施して出力する論理ゲートと、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのバックゲートに基準電圧を印加する基準電圧発生回路と、この基準電圧のレベルを調節する電圧レベル調節回路を備える。
【００２６】
また、好ましくは、基準電圧発生回路は、パワーダウンモードを指定する信号に応答して、その基準電圧の電圧レベルを変更する手段を含む。
【００２７】
また好ましくは、行および列のマトリックス状に配列される複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、このメモリセルアレイの不良メモリセルの行または列のアドレス特定する不良アドレスを記憶する溶断可能なリンク素子を含むプログラム回路と、そのプログラム回路の溶断可能なリンク素子と同じ材料で構成されるプログラム素子を含み、基準電圧の電圧レベルを調整するレベル調整回路をさらに備える。
【００２８】
また好ましくは、行および列のマトリックス状に配列される複数のメモリセルを含むメモリセルアレイと、電源電圧線上の電圧を一方動作電源電圧として動作し、動作サイクル規定信号、データ入出力モード指定信号およびアドレス信号を含む外部信号をバッファ処理して内部信号を生成する入力バッファとをさらに備える。論理ゲートは、好ましくは、この入力バッファからの内部信号に含まれる行アドレス信号をデコードしてメモリセルアレイの行を指定する行指定信号を発生する行デコード回路を含む。
【００３０】
また好ましくは、第２のサブ電源線と、動作サイクル規定信号に応答してこの第２のサブ電源線とメイン電源線とを電気的に接続する第２のスイッチングトランジスタと、基準電圧発生手段からの先の基準電圧とは異なる電圧レベルの第２の基準電圧を受けるバックゲートと、その一方導通ノードがメイン電源線に接続され、その他方導通ノードが第２のサブ電源線に接続されかつその制御電極ノードがダイオード接続となるようにメイン電源線またはサブ電源線に接続される第２の絶縁ゲート型電界効果トランジスタと、第２のサブ電源線に結合される一方導通ノードを有しかつ動作サイクル規定信号がスタンバイサイクルを示すとき非導通状態とされるトランジスタ素子を含み、与えられた入力信号に所定の論理処理を施して出力する第２の論理ゲートをさらに備える。
【００３３】
【作用】
請求項１の半導体集積回路装置において、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのバックゲートに基準電圧が印加されており、この絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい値電圧を製造パラメータのばらつきにかかわらずほぼ一定値に維持することができ、このダイオード接続された絶縁ゲート型電界効果トランジスタにより安定に所望の電圧レベルにサブ電源線を維持することができる。
【００３４】
また、基準電圧調整手段により基準電圧を調整することにより、サブ電源線の電圧のメイン電源線上の電源電圧への復帰時間およびスタンバイサイクル時における消費電流を最適化することができる。
【００３５】
パワーダウンモード指定信号に従って基準電圧を変更することにより、たとえばデータ保持モードのような特殊モード時においてスタンバイ電流をより低減することが可能となり、動作モードに応じた消費電流およびサブ電源線上の電圧を実現することができる。
【００３６】
基準電圧レベル調整のためのプログラム素子は、メモリセルアレイの不良メモリセル救済のための冗長回路に含まれるプログラム用のリンク素子と同じ材料とすることにより、この冗長回路の不良アドレスプログラムと同じプロセスにおいて基準電圧レベル設定のためのプログラム素子のプログラムを行なうことができ、基準電圧設定のためのプログラム時間を見掛け上なくすことができる。
【００３７】
外部信号を入力する入力バッファをメイン電源線の電圧で動作させることにより、その動作電源電圧の所定電圧レベルへの復帰時間をなくして早いタイミングで動作可能状態とし、行選択回路のような動作開始タイミングの遅い回路は、サブ電源線からの電圧を電源電圧として動作させることにより、サブ電源線の電圧レベルのメイン電源線上の電圧レベルへの復帰時間を見掛け上なくすことができ、スタンバイ電流の増大をもたらすことなくアクセス時間の増大を防止することができる。
【００３８】
サブ電源線の電圧レベルを決定する基準電圧の電圧レベルを異ならせることにより、その入力信号の確定タイミングが早い回路に対しては、メイン電源線の電圧に対する差を小さくしてメイン電源線上の電圧への復帰時間を短縮しておくことにより、スタンバイ電流の増大をもたらすことがなくまた各論理ゲートの動作開始タイミングを遅らせる必要がなく、高速動作が可能となる。
【００４０】
【実施例】
この発明は、動作サイクルとしてスタンバイサイクルとアクティブサイクルとを有し、かつスタンバイサイクルにおいての論理ゲートの入出力信号の論理レベルが予め決定することのできる半導体集積回路に対し適用することができる。しかしながら、以下の説明においては、半導体集積回路の一例として、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリのようなダイナミック型半導体記憶装置について説明する。
【００４１】
図１は、この発明の一実施例である半導体記憶装置（ＤＲＡＭ）の全体の構成を概略的に示す図である。図１において、ＤＲＡＭは、メモリセルＭＣが行および列のマトリックス状に配列されるメモリセルアレイ１００と、アドレスバッファ１０２からの内部ロウアドレス信号（Ｘアドレス）ＲＡをデコードし、メモリセルアレイ１００における対応の行（ワード線）を選択する行選択回路１０４と、アドレスバッファ１０２からの内部コラムアドレス信号（Ｙアドレス）ＣＡをデコードし、メモリセルアレイ１００における列（ビット線ＢＬおよび／ＢＬ）を選択する列選択回路１０６と、行選択回路１０４および列選択回路１０６により選択された行および列の交差部に対応して配置されるメモリセルに対しデータの書込または読出を行なうための入出力回路１０８を含む。
【００４２】
図１においては、１本のワード線ＷＬと１本のビット線ＢＬ（または／ＢＬ）の交差部に対応して配置されるメモリセルＭＣを代表的に示す。メモリセルアレイ１００においては、「折返しビット線構成」の場合、列線は互いに相補な信号を伝達するビット線対ＢＬおよび／ＢＬにより構成され、１列に配列されたメモリセルは対応のビット線対の一方のビット線ＢＬ（または／ＢＬ）に接続される。ワード線ＷＬには１行に配列されたメモリセルＭＣが接続される。メモリセルＭＣは、情報を記憶するメモリキャパシタＭＱと、対応のワード線ＷＬ上の信号電位に応答してメモリキャパシタＭＱを対応のビット線ＢＬ（または／ＢＬ）に接続するメモリトランジスタＭＴを含む。
【００４３】
ＤＲＡＭはさらに、外部から与えられる制御信号、すなわち、ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳ、コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳおよびライトイネーブル信号／ＷＥに従って様々な内部制御信号を発生する制御回路１１０と、一方電源ノード２０に与えられた一方電源電圧Ｖｃｃからハイレベル電源電圧ＶＣＬを生成して各回路に供給する電源電圧供給回路１２０と、他方電源ノード（接地ノード）３０に与えられた他方電源電圧（接地電圧）Ｖｓｓからローレベル電源電圧ＶＳＬを生成して各回路へ供給する接地電圧供給回路１３０とを備える。
【００４４】
図１においては、電源電圧供給回路１２０は、電源電位Ｖｃｃとハイレベル電源電圧ＶＣＬをともに内部の各回路へ伝達するように示される。これは、後に説明するように、各回路に対してメイン電源線とサブ電源線とにより電源電圧Ｖｃｃおよびハイレベル電源電圧ＶＣＬがともに伝達されることを示すためである。同様に、接地電圧供給回路１３０も接地電位Ｖｓｓとローレベル電源電圧ＶＳＬを内部回路へ伝達するように示される。
【００４５】
また図１においては、電源端子２０に与えられる電源電位Ｖｃｃおよび接地端子３０に与えられる接地電位Ｖｓｓから高電圧Ｖｐｐおよび負電圧Ｖｂｂを発生させるＶｐｐ発生回路２５６およびＶｂｂ発生回路２５０が示される。Ｖｐｐ発生回路２５６からの高電圧Ｖｐｐは、行選択回路１０４を介してメモリセルアレイ１００における選択ワード線ＷＬ２に伝達される。これによりメモリセルＭＣに含まれるトランジスタＭＴのしきい値電圧損失によるメモリキャパシタＭＱへの書込電圧の損失を防止する。Ｖｂｂ発生回路２５０からの負電圧Ｖｂｂは少なくともメモリアレイ１００の基板領域へ印加される。負電圧Ｖｂｂをメモリアレイ１００の基板領域へ印加することにより、後にも説明するがｎチャネルＭＯＳトランジスタのしきい値電圧の安定化、信号配線領域における寄生ＭＯＳトランジスタのターンオンの防止、などを実現する。
【００４６】
制御回路１１０の構成は後に詳細に説明するが、行選択動作に関連する制御信号を発生する回路と、列選択動作に関連する制御信号を発生する回路とを含む。ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳは、ＤＲＡＭの動作サイクル、すなわち、外部アクセス待機状態のスタンバイサイクルと外部アクセスが行なわれるアクティブサイクルとを決定するとともに、ＤＲＡＭ内の行選択に関連する動作を開始させる。ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳにより活性／非活性が決定される回路をロウ系回路と以下称する。
【００４７】
コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳは、信号／ＲＡＳの活性化時（Ｌレベル）においてＤＲＡＭの列選択に関連する動作（データ入出力動作を含む）を開始させる。ライトイネーブル信号／ＷＥはデータ書込を行なうか否かを示し、ローレベル時にデータ書込を指定し、ハイレベル時にデータ読出を指定する。データ読出タイミングはコラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳの活性化により決定され、データ書込タイミングは信号／ＷＥおよび／ＣＡＳの遅い方の活性化により決定される。信号／ＣＡＳにより活性／非活性が決定される回路をコラム系回路と以下称す。出力イネーブル信号／ＯＥが更に与えられる構成が利用されてもよい。
【００４８】
電源電圧供給回路１２０および接地電圧供給回路１３０は、その構成は後に詳細に説明するが、ロウ系回路およびコラム系回路に対し別々に設けられるとともに、電圧ＶＣＬ、ＶＳＬを伝達する電源線のインピーダンス（抵抗）をＤＲＡＭの動作状態（動作サイクルおよび動作期間）に応じて変更することにより、サブスレッショルド電流を抑制する。
【００４９】
次に、この図１に示すＤＲＡＭのデータ入出力動作について簡単に図２に示す動作波形図を併せて参照して説明する。外部ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳがハイレベルの非活性時においては、ＤＲＡＭはスタンバイサイクルにある。この状態において、メモリセルアレイ１００においては、ワード線ＷＬは非選択状態のローレベルにあり、ビット線ＢＬおよび／ＢＬも中間電位（Ｖｃｃ／２）レベルにプリチャージされている。センスアンプ活性化信号ＳＯも非活性状態のローレベルにある。
【００５０】
図１に示していないが、ビット線対ＢＬ，／ＢＬそれぞれに対してセンスアンプが設けられており、活性化時にはこのセンスアンプは対応のビット線対の各ビット線の電位を差動的に増幅する。入出力データＤｉｎ（およびＱ）は無効状態である。図２においては、これはハイインピーダンス（電気的にフローティング状態）Ｈｉ−Ｚとして示す。
【００５１】
信号／ＲＡＳがローレベルに立下がると、アクティブサイクルが始まり、ＤＲＡＭの内部アクセスが行なわれる。まず、中間電位に保持されていたビット線ＢＬおよび／ＢＬがそのプリチャージ電位でフローティング状態とされる。アドレスバッファ１０２は、制御回路１１０の制御の下に、与えられたアドレス信号を取込み内部ロウアドレス信号ＲＡを発生する。行選択回路１０４がこの内部ロウアドレス信号ＲＡをデコードし、アドレス指定された行に対応して設けられたワード線の電位をハイレベルに立上げる。選択されたワード線ＷＬに接続されるメモリセルの保持するデータ（メモリキャパシタＭＱの一方電極（ストレージノード）の電位）が対応のビット線ＢＬまたは／ＢＬへ伝達される（メモリトランジスタＭＴを介して）。これにより、ビット線ＢＬまたは／ＢＬの電位が伝達されたメモリセルの保持データに従って変化する。対をなす他方のビット線／ＢＬまたはＢＬは、プリチャージ電位（Ｖｃｃ／２）を保持している。
【００５２】
次いでセンスアンプ活性化信号ＳＯが活性化され、図示しないセンスアンプが動作し、ビット線対ＢＬおよび／ＢＬの電位を差動的に増幅することにより、メモリセルの保持データを検知増幅する。図２においては、選択されたメモリセルがハイレベルデータを保持している場合が示される。ビット線ＢＬおよび／ＢＬの電位がハイレベル（電源電圧Ｖｃｃレベル）およびローレベル（接地電圧Ｖｓｓレベル）に確定するとコラムインターロック期間が終了し、コラム系回路の動作が許可される。
【００５３】
このコラム系回路の出力信号が有効とされる期間においては、外部コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳが有効とされ、活性状態となり、ローレベルとなる。このローレベルのコラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳに応答して、アドレスバッファ１０２は、アドレス信号を取込み内部コラムアドレス信号ＣＡを発生する。列選択回路１０６がこの内部コラムアドレス信号ＣＡをデコードし、メモリセルアレイ１００において対応の列（ビット線対）を選択する。入出力回路１０８は、データ読出時においては、このコラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳの立下がりに応答して有効データＱを出力する。データ書込時においては、ライトイネーブル信号／ＷＥおよびコラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳがともにローレベルとされると、外部書込データＤから有効な内部書込データが生成され、選択されたメモリセル（選択された行および列の交差部に配置されたメモリセル）へ書込まれる。
【００５４】
必要なメモリセルのデータの書込／読出が完了すると、ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳが非活性状態のハイレベルへ立上がり、アクティブサイクルが完了する。これにより、コラム系動作有効期間が完了し、選択状態にあったワード線ＷＬが非選択状態となり、またセンスアンプ活性化信号ＳＯも非活性状態とされ、ビット線ＢＬおよび／ＢＬがイコライズされかつ中間電位にプリチャージされる。この後コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳが非活性状態となり、ライトイネーブル信号／ＷＥもハイレベルとなると、１つのメモリサイクルが完了する。
【００５５】
図３は、図１に示すアドレスバッファおよび制御回路の詳細構成を示すブロック図である。図３において、アドレスバッファ１０２は、外部から与えられるアドレス信号Ａｉ−Ａ０からＸアドレス（内部ロウアドレス信号ＲＡ）を発生するロウアドレスバッファ１０１と、アドレス信号Ａｉ−Ａ０からＹアドレス（内部コラムアドレス信号ＣＡ）を発生するコラムアドレスバッファ１０３を含む。ロウアドレス信号とコラムアドレス信号とがマルチプレクスしてアドレス信号Ａｉ−Ａ０として与えられる。ロウアドレスバッファ１０１およびコラムアドレスバッファ１０３がそれぞれＸアドレスおよびＹアドレスを発生するタイミングは、制御回路１１０からの内部制御信号により決定される。
【００５６】
制御回路１１０は、外部ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳを受けて内部ＲＡＳ信号、ロウアドレスラッチ信号ＲＡＬおよびロウアドレスイネーブル信号ＲＡＤＥを発生する／ＲＡＳバッファ２００と、／ＲＡＳバッファ２００からの信号ＲＡＬおよびＲＡＤＥに応答してロウアドレスバッファ１０１を活性化するロウアドレスコントローラ２０２と、／ＲＡＳバッファ２００からの内部ＲＡＳ信号に応答してワード線駆動信号ＲＸ（後に説明する）およびセンスアンプ活性化信号ＳＯを発生するアレイコントローラ２０６と、アレイコントローラ２０６からの信号（センスアンプ活性化信号）に応答してインターロック信号を発生するインターロック信号発生回路２０８とを含む。インターロック信号発生回路２０８からのインターロック信号は図２に示すインターロック期間およびコラム系動作有効期間を決定し、列選択に関連する動作をイネーブルする。
【００５７】
制御回路１１０は、さらに外部コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳに応答して内部ＣＡＳ信号、コラムアドレスラッチ信号ＣＡＬおよびコラムアドレスイネーブル信号ＣＡＤＥを発生する／ＣＡＳバッファ２１０と、外部からのライトイネーブル信号／ＷＥに応答して内部ＷＥ信号を発生するＷＥバッファ２１２と、／ＣＡＳバッファ２１０からの信号ＣＡＬおよびＣＡＤＥに応答してコラムアドレスバッファ１０３の動作を制御するコラムアドレスコントローラ２１４と、コラムアドレスバッファ１０３からのＹアドレスの変化時点を検出するＡＴＤ回路２１６と、／ＣＡＳバッファ２１０からの内部ＣＡＳ信号とＡＴＤ回路２１６からのアドレス変化検出信号ＡＴＤとに応答して図１に示す入出力回路のデータ読出系を活性化する信号を発生するリードコントローラ２１８と、／ＣＡＳバッファ２１０からの内部ＣＡＳ信号と／ＷＥバッファ２１２からの内部ＷＥ信号とＡＴＤ回路２１６からのアドレス変化検出信号ＡＴＤとに従って図１に示す入出力回路のデータ書込系を活性化する信号を発生するライトコントローラ２１９を含む。
【００５８】
ＤＲＡＭにおいては、コラムアドレス信号が与えられてから有効データが出力されるまでのアドレスアクセスタイムが仕様により規定されている。したがって、このコラムアドレス信号の変化を検知するためにＡＴＤ回路２１６が設けられる。このＡＴＤ回路２１６からのアドレス変化検出信号ＡＴＤに従ってコラムデコーダおよびプリアンプ（後に説明する）などのコラム系回路の動作タイミングが決定される。リードコントローラ２１８は、ＡＴＤ回路２１６からのアドレス変化検出信号ＡＴＤに従ってプリアンプイネーブル信号ＰＡＥを発生し、信号／ＣＡＳに従って出力イネーブル信号ＯＥＭ（後に説明する）を出力する。ライトコントローラ２１９は、／ＷＥバッファ２１２からの内部ＷＥ信号およびアドレス変化検出信号ＡＴＤに従って後に説明するライトドライバを活性化する信号ＷＤＥを生成し、かつ／ＣＡＳバッファ２１０からの内部ＣＡＳ信号とＡＴＤ回路２１６からのアドレス変化検出信号ＡＴＤに従って後に説明する入力バッファに対するデータラッチ信号ＤＩＬを出力する。
【００５９】
ロウアドレスコントローラ２０２は、ロウアドレスラッチ信号ＲＡＬに従ってロウアドレスバッファ１０１に対しロウアドレスをラッチさせ、ロウアドレスイネーブル信号ＲＡＤＥに応答して内部ロウアドレス信号（Ｘアドレス）を有効状態とする。コラムアドレスコントローラ２１４は、コラムアドレスラッチ信号ＣＡＬが活性状態となると、コラムアドレスバッファ１０３にアドレスラッチ動作を実行させ、次いでコラムアドレスイネーブル信号ＣＡＤＥが活性状態となると内部コラムアドレス信号ＣＡ（Ｙアドレス）を有効状態とする。
【００６０】
インターロック信号発生回路２０８からのインターロック信号は／ＣＡＳバッファ２１０および／ＷＥバッファ２１２へ与えられる。このインターロック信号発生回路２０８の出力が非活性状態にあり、コラムインターロック期間を指定している場合、／ＣＡＳバッファ２１０および／ＷＥバッファ２１２の内部信号発生動作が待機状態とされる。ＡＴＤ回路２１６は、同様、このインターロック信号発生回路２１８からのコラムインターロック期間指定信号（非活性状態のインターロック信号）に従ってアドレス変化検出信号ＡＴＤの発生が待機状態とされる。
【００６１】
リフレッシュコントローラ２０４は、／ＲＡＳバッファ２００からの内部ＲＡＳ信号と／ＣＡＳバッファ２１０からの内部ＣＡＳ信号とに従ってリフレッシュ動作が指定されたとき（ＣＢＲモード）、内部で所定の時間幅を有する内部ＲＡＳ信号を発生し、リフレッシュに必要な動作を実行する。リフレッシュコントローラ２０２は、コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳがロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳの立上がりよりも先に立下がったときにリフレッシュモードが指定されたと判別する。リフレッシュモードが指定されたとき、通常、列選択動作は禁止される（内部ＣＡＳ信号および内部ＷＥ信号の発生の禁止）。
【００６２】
この図３に示す構成において、信号／ＲＡＳに関連して動作する回路すなわちロウ系回路は、／ＲＡＳバッファ２００、ロウアドレスコントローラ２０２、リフレッシュコントローラ２０４、アレイコントローラ２０６、インターロック信号発生回路２０８およびロウアドレスバッファ１０１である。列選択に関連するコラム系回路は、／ＣＡＳバッファ２１０、／ＷＥバッファ２１２、コラムアドレスコントローラ２１４、ＡＴＤ回路２１６、リードコントローラ２１８、ライトコントローラ２１９、およびコラムアドレスバッファ１０３である。
【００６３】
図４は、図１に示すメモリセルアレイ部および入出力回路の詳細構成を示すブロック図である。図４において、行選択回路１０４は、図３に示すロウアドレスバッファ１０１から与えられるＸアドレス（内部ロウアドレス信号ＲＡ）をデコードし、メモリセルアレイ１０４における対応のワード線を選択し、アレイコントローラ２０６から与えられるワード線駆動信号ＲＸをこの選択されたワード線ＷＬ上へ伝達するロウデコーダ２３０により構成される。メモリセルアレイ１０４に対しては、アレイコントローラ２０６（図３参照）から与えられるセンスアンプ活性化信号ＳＯにより活性化され、各列ＣＬ（ビット線対ＢＬおよび／ＢＬ）の信号電位を差動的に増幅するセンスアンプ２３２が設けられる。
【００６４】
図１に示す列選択回路１０６は、図３に示すリードコントローラ２１８またはライトコントローラ２１９から与えられるコラムアドレスイネーブル信号ＣＤＥに応答して活性化され、活性化時に図３に示すコラムアドレスバッファ１０３から与えられるＹアドレス（内部コラムアドレス信号ＣＡ）をデコードし、メモリセルアレイ１０４における対応の列を選択する信号を発生するコラムデコーダ２３４を含む。図１に示す列選択回路１０６は、このコラムデコーダ２３４からの列選択信号に応答してメモリセルアレイ１０４における対応の列をＩ／Ｏ線２３６に接続するＩＯゲートをさらに含む。図４においては、このＩＯゲートは示していない。
【００６５】
図１に示す入出力０路１０８は、図３に示すリードコントローラ２１８から与えられるプリアンプイネーブル信号ＰＡＥに応答して活性化され、Ｉ／Ｏ線２３６上の内部読出データを増幅してリードデータバス２４５上へ伝達するプリアンプ２４０と、リードコントローラ２１８（図３参照）からのメインアンプ出力イネーブル信号ＯＥＭに応答して活性化され、リードデータバス２４５上の信号を増幅して外部読出データＱを生成して出力する出力バッファ２４２と、図３に示すライトコントローラ２１９からの入力データラッチ信号ＤＩＬに応答して外部書込データＤをラッチしてライトデータバス２４９上に出力する入力バッファ２４４と、図３に示すライトコントローラ２１９からのライトドライバイネーブル信号ＷＤＥに応答して活性化され、ライトデータバス２４９上の内部書込データに従ってＩ／Ｏ線２３６上へ内部書込データを出力するライトドライバ２４６を含む。
【００６６】
図４においては、さらに、ＤＲＡＭの基準電圧を発生するためのＶｂｂ発生器２５０、Ｖｐｐ発生器２５６に加えてＶｃｃ／２発生器２５５を示す。Ｖｂｂ発生器２５０は、チャージポンプ動作により負電圧Ｖｂｂを発生し、基板（またはウェル）領域へ与える。この負電圧Ｖｂｂを基板領域へ印加することにより、以下の効果を図る。
【００６７】
（１）負電圧Ｖｂｂは、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）が形成されるｐ型基板領域（ウェル領域）に印加される。外部信号入力端子に与えられる信号にアンダーシュートが生じる場合においても、この入力端子からｐ型基板領域への電子の注入を防止し、この電子注入によるメモリセルデータの破壊を防止する。（２）ｎチャネルＭＯＳトランジスタの高不純物濃度Ｎ＋領域とＰ基板基板領域との間に形成されるＰＮ接合容量を低減し、内部動作の高速化を図る。（３）ｎチャネルＭＯＳトランジスタのしきい値電圧に対する基板効果を低減し、回路動作の安定化を図る。（４）信号配線と基板領域との間に形成される寄生ＭＯＳトランジスタの発生を抑制する。
【００６８】
Ｖｃｃ／２発生器２５５は、電源電圧Ｖｃｃの１／２の電位を発生する。このＶｃｃ／２発生器２５５からの中間電位Ｖｃｃ／２は、メモリセルのキャパシタＭＱの他方電極（セルプレート）に与えられまたスタンバイ時にビット線を中間電位Ｖｃｃ／２にプリチャージする際に利用される。
【００６９】
図４に示す構成において、ロウ系回路はロウデコーダ２３０およびセンスアンプ２３２である。コラム系回路は、コラムデコーダ２３４、プリアンプ２４０、出力バッファ２４２、入力バッファ２４４、およびライトドライバ２４６である。Ｖｂｂ発生器２５０、Ｖｐｐ発生器２５６およびＶｃｃ／２発生器２５５は、ロウ系信号およびコラム系信号に関わりなく常時所定の電圧を発生する。
【００７０】
図５は、図３および図４に示す制御信号の発生シーケンスを示す図である。以下、図３ないし図５を参照して各回路の動作について説明する。
【００７１】
スタンバイサイクル時においては、外部ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳはハイレベルにある。この状態においては、内部ＲＡＳ信号、ロウアドレスラッチ信号ＲＡＬ、およびロウアドレスイネーブル信号ＲＡＤＥはともに非活性状態のローレベルにある。列選択動作を活性化するためのコラムイネーブル信号（インターロック信号）ＣＬＥも非活性状態のローレベルにある。また、コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳおよびライトイネーブル信号／ＷＥもハイレベルにある。コラム系の制御信号ＡＴＤ、ＰＡＥ、ＯＥＭ、ＤＩＬおよびＷＤＥもすべて非活性状態のローレベルにある。Ｉ／Ｏ線は、所定電位（Ｖｃｃ−Ｖｔｈ）レベルにプリチャージされている。
【００７２】
ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳがローレベルに立下がるとアクティブサイクルが始まる。このロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳの立下がりに応答して内部ＲＡＳ信号が活性状態のハイレベルへ立上がり、この内部ＲＡＳ信号の立上がりに応答して、ロウアドレスラッチ信号ＲＡＬがハイレベルに立上がる。このロウアドレスラッチ信号ＲＡＬの立上がりに応答して、図３に示すロウアドレスバッファ１０１が与えられたアドレス信号Ａｉ−Ａ０をラッチする。次いでロウアドレスイネーブル信号ＲＡＤＥがハイレベルの活性状態となり、ロウアドレスバッファ１０１からラッチされたアドレス信号に対応するＸアドレス（内部ロウアドレス信号ＲＡ）が発生される。このＸアドレスに従ったメモリセルアレイ１０４におけるワード線の選択および選択ワード線電位のハイレベルへの立上げおよびセンスアンプ２３２によるセンス動作が完了するまで、コラムイネーブル信号ＣＬＥは非活性状態のローレベルにある。
【００７３】
ロウ系回路の動作がすべて完了し、センスアンプ２３２が選択されたワード線に接続されるメモリセルのデータを検知し増幅しかつラッチした後、コラムイネーブル信号ＣＬＥが活性状態のハイレベルに立上がる。このコラムイネーブル信号ＣＬＥのハイレベルへの立上がりによりコラムインターロック期間が終了し、コラム系有効期間が始まる。
【００７４】
コラム系有効期間において、コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳが立下がり、コラムアドレスラッチ信号ＣＡＬおよびコラムアドレスイネーブル信号ＣＡＤＥが順次ハイレベルとされ、コラムアドレスバッファ１０３からＹアドレス（内部コラムアドレス信号ＣＡ）が発生される。このコラムアドレスバッファ１０３からのＹアドレスに従ってＡＴＤ回路２１６からアドレス変化検出信号ＡＴＤが発生され、このアドレス変化検出信号ＡＴＤに従ってリードコントローラ２１８またはライトコントローラ２１９からコラムデコーダイネーブル信号ＣＤＥが発生される。図５においては、図面を簡略化するためコラムアドレスラッチ信号ＣＡＬ、コラムアドレスイネーブル信号ＣＡＤＥおよびコラムデコーダイネーブル信号ＣＤＥは示していない。コラムアドレスラッチ信号ＣＡＬおよびコラムアドレスイネーブル信号ＣＡＤＥがコラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳに従って発生された内部ＣＡＳ信号に応答して発生され、コラムデコーダイネーブル信号ＣＤＥは、アドレス変化検出信号ＡＴＤの立上がりに応答して発生される。
【００７５】
コラムデコーダイネーブル信号ＣＤＥに応答して、コラムデコーダ２３４がＹアドレスのデコード動作を行ない、Ｙアドレスに対応するメモリセルアレイ１０４における列を選択する。これによりＩ／Ｏ線２３６に選択された列上に伝達されたメモリセルデータが伝達され、Ｉ／Ｏ線２３６の電位が変化する。Ｉ／Ｏ線２３６はコラムデコーダイネーブル信号ＣＤＥに応答してプリチャージ状態から解放され電気的にフローティング状態に設定される。
【００７６】
次いでこのアドレス変化検出信号ＡＴＤの立下がりに応答してプリアンプイネーブル信号ＰＡＥがハイレベルへ立上がり、プリアンプ２４０が活性化され、Ｉ／Ｏ線２３６上に現われた信号を増幅してリードデータバス２４５上へ伝達する。リードコントローラ２１８からのメインアンプ出力イネーブル信号ＯＥＭがハイレベルへ立上がり、出力バッファ２４２が活性化され、このリードデータバス２４５上のデータを増幅して外部データＱを生成して出力する。
【００７７】
一方、データ書込時においては、信号／ＣＡＳおよび／ＷＥに応答して入力データラッチ信号ＤＩＬがハイレベルに立上がり、入力バッファ２４４が外部書込データＤをラッチし、ライトデータバス２４９上に伝達する。次いで信号／ＷＥおよび／ＣＡＳに応答してライトドライバイネーブル信号ＷＤＥが所定期間ハイレベルに立上がり、ライトドライバ２４６が活性化され、ライトデータバス２４９上のデータから内部書込データを生成してＩ／Ｏ線２３６上に伝達する。
【００７８】
コラムアドレスストローブ信号／ＣＡＳがハイレベルへ立上がると、１つのメモリセルに対するデータの書込／読出サイクルが完了し、信号ＯＥＭおよびＤＩＬがローレベルへ立下がり、またＩ／Ｏ線２３６もプリチャージ電位に復帰する。
【００７９】
一方、外部ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳがハイレベルへ立上がるとアクティブサイクルが完了し、この外部ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳの立上がりに応答してロウアドレスイネーブル信号ＲＡＤＥおよびコラムイネーブル信号ＣＡＤＥがともに非活性状態のローレベルとなる。次いで内部ＲＡＳ信号およびロウアドレスラッチ信号ＲＡＬがローレベルとなる。外部ロウアドレスストローブ信号／ＲＡＳのハイレベルへの立上がりから内部ＲＡＳ信号のローレベルへの立下がりまでの期間の間にロウ系の制御信号がすべて初期状態に復帰する。コラム系有効期間においては、ロウ系制御信号はすべて一定の状態を維持する。コラム系制御信号はコラムインターロック期間は初期状態を維持し、コラム系有効期間において変化する。すなわち、ＤＲＡＭにおいては、ロウ系制御信号およびコラム系制御信号はともにある動作期間における論理レベルは予測可能であり、また、あるシーケンスに従って順次活性化される。
【００８０】
［実施例１］
図６は、この発明の第１の実施例である半導体集積回路装置の構成を示す図である。図６においては、図３および図４に示す周辺回路に含まれる回路を、インバータｆ１、ｆ２およびｆ３より代表的に示す。インバータｆ１〜ｆ３の各々は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴとｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴを含み、ＣＭＯＳインバータの構成を備える。
【００８１】
インバータｆ１〜ｆ３に動作電源電圧を印加するために、電源ノード２０に与えられる電源電圧Ｖｃｃを伝達する第１のメイン電源電圧伝達線１と、この第１のメイン電源電圧伝達線と平行に配設される第１のサブ電源電圧伝達線２と、接地ノード３０へ与えられる接地電位３０を伝達する第２のメイン電源電圧伝達線３と、第２のメイン電源電圧伝達線３と平行に配設される第２のサブ電源電圧伝達線４が設けられる。以下の説明においては、第１のメイン電源電圧伝達線１を、単にメイン電源線１と称し、第１のサブ電源電圧伝達線２を、サブ電源線２と称し、また第２のメイン電源電圧伝達線３をメイン接地線３と称し、第２のサブ電源電圧伝達線４をサブ接地線４と称する。
【００８２】
インバータｆ１は、サブ電源線２とメイン接地線３上の電圧ＶＣＬおよびＶｓｓを両動作電源電圧として動作し、インバータｆ２は、メイン電源線１上の電圧Ｖｃｃとサブ接地線４上の電圧ＶＳＬを両動作電源電圧として動作し、インバータｆ３は、サブ電源線２上の電圧ＶＣＬとメイン接地線３上の電圧Ｖｓｓを両動作電源電圧として動作する。
【００８３】
インバータｆ１〜ｆ３各々のｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴのバックゲートへはメイン電源線１上の電圧Ｖｃｃが印加され、インバータｆ１〜ｆ３各々のｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴのバックゲートへはメイン接地線３上の電圧Ｖｓｓが印加される。サブ電源線２およびサブ接地線４をこれらのＭＯＳトランジスタＰＴおよびＮＴのバックゲートに結合させた場合の、基板接合容量によるサブ電源線２およびサブ接地線４の寄生容量の増加による電圧ＶＣＬおよびＶＳＬの変化速度の低下を防止する。また、電圧ＶＳＬが上昇したとき、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴのソース電位がバックゲート電位より高くなり、実効的にＭＯＳトランジスタＮＴのしきい値電圧を高くしてサブスレッショルド電流を低減する。ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴについても、同様、スタンバイサイクル時にはソース電位がバックゲート電位よりも低くなり、そのしきい値がより負となり、サブスレッショルド電流を低減する。
【００８４】
トランジスタＱ１〜Ｑ３については、ソースとバックゲートとを同一電位としてバックゲート効果をなくしてしきい値電圧を一定として、スイッチング特性の変動を防止する。
【００８５】
メイン電源線１とサブ電源線２の間に、動作サイクル規定信号／φに応答して導通し、メイン電源線１とサブ電源線２とを電気的に接続するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１が設けられ、サブ接地線４とメイン接地線３の間に、動作サイクル規定信号φに応答して導通し、メイン接地線３とサブ接地線４を電気的に接続するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２が設けられる。
【００８６】
さらに、メイン電源線１とサブ電源線２に対し、このサブ電源線２上の電圧と基準電圧発生回路１０からの基準電圧Ｖｒｅｆ１を差動的に増幅する差動増幅器５と、この差動増幅器５の出力信号に従ってメイン電源線１からサブ電源線２へ電流を供給するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ３が設けられる。差動増幅器５は、その正入力にサブ電源線２上の電圧を受け、その負入力に基準電圧発生回路１０からの基準電圧Ｖｒｅｆ１を受ける。
【００８７】
メイン接地線３とサブ接地線４に対し、また、サブ接地線４上の電圧ＶＳＬと基準電圧発生回路１０からの基準電圧Ｖｒｅｆ２を差動的に増幅する第２の差動増幅器６と、この作動増幅器６の出力信号に応答してサブ接地線４からメイン接地線３へ電流を送出するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ４が設けられる。差動増幅器６は、その正入力にサブ接地線４上の電圧ＶＳＬを受け、その負入力に基準電圧Ｖｒｅｆ２を受ける。
【００８８】
次にこの図６に示す回路の動作をその動作波形である図７を参照して説明する。
【００８９】
基準電圧Ｖｒｅｆ１は、電源電圧Ｖｃｃに近い電圧レベルであり、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、接地電位Ｖｓｓに近い電圧レベルである。スタンバイサイクル時において、動作サイクル規定信号／φが電源電圧ＶｃｃレベルのＨレベル、動作サイクル規定信号φが接地電圧ＶｓｓレベルのＬレベルにある。この状態においては、ＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２はともに導通状態（オフ状態）にある（図７（Ａ）参照）。この状態において、サブ電源線２上の電源電圧Ｖｃｃが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高い場合には、差動増幅器５の出力信号は電源電位ＶｃｃレベルのＨレベルであり、ＭＯＳトランジスタＱ３はオフ状態とされる（図７（Ｂ））。また一方、サブ電源線２上の電圧ＶＣＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも小さくなると、この差動増幅器５の出力信号がＬレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＱ３がオン状態となり、メイン電源線１からサブ電源線２へ電流を供給する。このメイン電源線２上の電圧が再びＶＣＬに到達すると、このＭＯＳトランジスタＱ３は差動増幅器５の出力信号によりオフ状態とされる。ここで図７（Ｂ）においては、サブ電源線２、差動増幅器５およびＭＯＳトランジスタＱ３のフィードバック経路による応答の遅れが少し生じているように示される。したがって、このサブ電源線２上のＶＣＬは、スタンバイサイクル時において、ＭＯＳトランジスタＱ３および差動増幅器５によりほぼ電源電位Ｖｃｃレベルよりも低い基準電圧Ｖｒｅｆ１の電圧レベルに保持される。
【００９０】
一方、図７（Ｃ）に示すように、サブ接地線上の電圧ＶＳＬが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低い場合には、差動増幅器６の出力信号が接地電位ＶｓｓレベルのＬレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＱ４はオフ状態とされる。一方、この電圧ＶＳＬが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高くなると、差動増幅器６の出力信号もＨレベルへ上昇し、ＭＯＳトランジスタＱ４はオン状態とされ、このサブ接地線４からメイン接地線３へ電流を引抜き、このサブ接地線４上の電圧ＶＳＬの電圧レベルを低下させる。一方、電圧ＶＳＬが基準電圧Ｖｒｅｆ２以下となると、ＭＯＳトランジスタＱ４はオフ状態とされる。したがってこのサブ接地線４上の電圧ＶＳＬは基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧レベルに維持される。
【００９１】
スタンバイサイクルにおいて入力信号ＩＮはＨレベルである。この状態においてインバータｆ１のｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴは、そのゲート電圧がＶｃｃレベル、ソース電位が電圧ＶＣＬ（＝Ｖｒｅｆ１）であり、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴのゲート−ソース間電圧は負電圧となっており、またバックゲートは電圧Ｖｃｃが与えられており、これによりｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴがより強いオフ状態とされ、図２５に示されるように、そのサブスレッショルド電流が十分に低減される。
【００９２】
インバータｆ２に対しては、インバータｆ１からそのｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴにより接地電位ＶｓｓレベルのＬレベルの信号が与えられる。このとき、インバータｆ２においては、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴが、そのゲート電圧が接地電位Ｖｓｓレベル、ソース電圧が電圧ＶＳＬ（Ｖｒｅｆ２）であり、ゲート−ソース間電圧が負電圧となり、またバックゲートの電位が電圧Ｖｓｓレベルであり、より強くオフ状態とされ、図２５に示す図から明らかなように、そのサブスレッショルド電流が大幅に低減される。
【００９３】
インバータｆ３においても、インバータｆ２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴから電源電位ＶｃｃレベルのＨレベルの信号が与えられ、インバータｆ３のｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴが、バックゲート電位の効果と合わせてより強いオフ状態とされ、そのサブスレッショルド電流が低減される。ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴは、オン状態となり、その出力ノードＯＵＴを接地電位ＶｓｓレベルのＬレベルに放電するとオフ状態とされる。したがって、インバータ列ｆ１〜ｆ３において、サブスレッショルド電流域で動作するＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間電圧はすべて負電圧とされており（ｎＭＯＳトランジスタについて）、強いオフ状態とされ、これによりサブスレッショルド電流が十分に抑制される。活性領域で動作するＭＯＳトランジスタは、その出力する信号の電圧レベルがソース電圧と等しくなるとオフ状態とされる。この状態においては、電流は流れない。したがって、この図６に示す構成により、スタンバイサイクル時におけるサブスレッショルド電流を十分に抑制することができる。
【００９４】
特に、差動増幅器５および６を用いてサブ電源線２上の電圧ＶＣＬおよびサブ接地線４上の電圧ＶＳＬを基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２に維持することにより、従来の図２６に示すような抵抗ＲａおよびＲｂを用いる構成と異なり、製造パラメータのばらつきの影響を受けることなく確実に所定の基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２のレベルに電圧ＶＣＬおよびＶＳＬを設定することができ、安定にスタンバイサイクル時にサブ電源線２およびサブ接地線４の電圧ＶＣＬおよびＶＳＬを設定することができる。また基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２を用いることにより、所望の電圧レベルに電圧ＶＳＬおよびＶＣＬを設定することができる。
【００９５】
アクティブサイクルにおいては、動作サイクル規定信号／φがＬレベルとされ、動作サイクル規定信号φがＨレベルとされる。それにより、ＭＯＳトランジスタＱ１およびＱ２がオン状態となり、メイン電源線１とサブ電源線２とが電気的に接続され、またメイン接地線３がサブ接地線４に電気的に接続される。このとき、基準電圧Ｖｒｅｆ１と電源電圧Ｖｃｃとの差は小さく、また電圧ＶＣＬは差動増幅器５およびＭＯＳトランジスタＱ３により安定に基準電圧Ｖｒｅｆ１の電圧レベルに維持されているため、サブ電源線２は高速に所定時間内に電源電位Ｖｃｃレベルに復帰する。同様に、基準電圧Ｖｒｅｆ２と接地電圧Ｖｓｓの差は小さく、また電圧ＶＳＬは差動増幅器６上およびＭＯＳトランジスタＱ４により基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧レベルに安定に保持されており、サブ接地線４の電圧ＶＳＬも高速で接地電位Ｖｓｓの電圧レベルに復帰する。また、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬは、それぞれ、基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２から電圧ＶｃｃおよびＶｓｓに復帰するため、従来のような抵抗素子を用いる構成に比べて、製造パラメータのばらつきの影響を受けることなくその電圧レベルが安定に保持されており、したがってスタンバイサイクルからアクティブサイクルへの移行時における電圧ＶＣＬおよびＶＳＬの電圧ＶｃｃおよびＶｓｓに復帰する時間を一定とすることができ、各回路の動作開始タイミングにマージンを設ける必要がなく、入力信号ＩＮを早いタイミングで変化させることができる。
【００９６】
［差動増幅器の構成］
図８は、図６に示す差動増幅器の構成の一例を示す図であり、図８（Ａ）に図６に示す差動増幅器５の構成の一例を示し、図８（Ｂ）に図６に示す差動増幅器６の構成の一例を示す。
【００９７】
図８（Ａ）において、差動増幅器５は、電源端子２０と内部ノードＮＤ１の間に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ１と、電源端子２０と内部ノードＮＤ２の間に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ２と、内部ノードＮＤ１と内部ノードＮＤ３の間に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ１と、内部ノードＮＤ２と内部ノードＮＤ３の間に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ２を含む。ＭＯＳトランジスタＰＱ１およびＰＱ２のゲート電極（制御電極ノード）はまた内部ノードＮＤ２に接続される。ＭＯＳトランジスタＮＱ１のゲート電極へ基準電圧Ｖｒｅｆ１が与えられ、ＭＯＳトランジスタＮＱ２のゲート電極がサブ電源線２に接続される。
【００９８】
差動増幅器５は、さらに、内部ノードＮＤ３と接地端子３０の間に接続される定電流源ＣＩ１を含む。電源端子２０および接地端子３０の代わりに、メイン電源線１およびメイン接地線３からそれぞれ電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓが与えられてもよい。内部ノードＮＤ１が、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ３のゲート電極に接続される。次にこの図８（Ａ）に示す差動増幅器５の動作について簡単に説明する。
【００９９】
サブ電源線２上の電圧ＶＣＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高いときには、ＭＯＳトランジスタＮＱ２のコンダクタンスがＭＯＳトランジスタＮＱ１のコンダクタンスよりも高くなり、ＭＯＳトランジスタＮＱ２を介して流れる電流は、ＭＯＳトランジスタＮＱ１を介して流れる電流よりも大きくなる。ＭＯＳトランジスタＮＱ２およびＮＱ１へは、それぞれＭＯＳトランジスタＰＱ２およびＰＱ１から電流が与えられる。ＭＯＳトランジスタＰＱ２およびＰＱ１はカレントミラー回路を構成しており、ＭＯＳトランジスタＰＱ１およびＰＱ２のサイズが等しい場合には、ＭＯＳトランジスタＰＱ２を介して流れる電流と同じ大きさの電流がＭＯＳトランジスタＰＱ１を介して流れる。したがって、ＭＯＳトランジスタＮＱ２のコンダクタンスが高くなり、応じてＭＯＳトランジスタＰＱ２およびＮＱ２を介して流れる電流が大きくなったときには、ＭＯＳトランジスタＮＱ１が放電する電流よりも大きな電流がＭＯＳトランジスタＰＱ１を介して流れる。これにより内部ノードＮＤ１の電位が上昇し、ＭＯＳトランジスタＱ３がオフ状態となる。
【０１００】
サブ電源線２上の電圧ＶＣＬが基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも低くなると、逆に、ＭＯＳトランジスタＮＱ２のコンダクタンスがＭＯＳトランジスタＮＱ１のコンダクタンスよりも小さくなり、ＭＯＳトランジスタＮＱ２を介して流れる電流がＭＯＳトランジスタＮＱ１を介して流れる電流よりも小さくなる。このとき、ＭＯＳトランジスタＰＱ２およびＰＱ１のカレントミラー回路により、ＭＯＳトランジスタＮＱ１へ与えられる電流が減少し、内部ノードＮＤ１の電位は低下する。これにより、ＭＯＳトランジスタＱ３のコンダクタンスは大きくなり、電源端子２０（またはメイン電源線１）からサブ電源線２へトランジスタＱ３を介して電流が供給され、電圧ＶＣＬのレベルが上昇する。これら一連の動作によりサブ電源線２の電圧ＶＣＬは、基準電圧Ｖｒｅｆ１の電圧レベルに維持される。
【０１０１】
差動増幅器６は、図８（Ｂ）に示すように、電源端子２０（またはメイン電源線１）と内部ノードＮＤ６の間に接続される定電流源ＣＩ２と、内部ノードＮＤ６と内部ノードＮＤ４の間に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ３と、内部ノードＮＤ６と内部ノードＮＤ５の間に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ４と、内部ノードＮＤ４と接地端子３０（またはメイン接地線３）の間に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ３と、内部ノードＮＤ５と接地端子３０（またはメイン接地線３）の間に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ４を含む。ＭＯＳトランジスタＰＱ３はそのゲート電極に基準電圧Ｖｒｅｆ２を受け、ＭＯＳトランジスタＰＱ５はそのゲート電極がサブ接地線４に接続される。ＭＯＳトランジスタＮＱ３およびＮＱ４のゲート電極は内部ノードＮＤ５に接続される。ＭＯＳトランジスタＮＱ３およびＮＱ４はカレントミラー回路を構成し、ＭＯＳトランジスタＮＱ３およびＮＱ４のサイズが等しい場合には、ＭＯＳトランジスタＮＱ４を介して流れる電流と同じ大きさの電流がＭＯＳトランジスタＮＱ３を介して流れる。次に動作について簡単に説明する。
【０１０２】
電圧ＶＳＬが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高いときには、ＭＯＳトランジスタＰＱ４のコンダクタンスは、ＭＯＳトランジスタＰＱ３のコンダクタンスよりも小さくなり、ＭＯＳトランジスタＮＱ４へ与えられる電流が低下する。一方、ＭＯＳトランジスタＰＱ３を介して流れる電流が多くなるが、ＭＯＳトランジスタＰＱ３は、このＭＯＳトランジスタＰＱ３から与えられる電流をすべて放電することができず、内部ノードＮＤ４の電圧レベルが上昇し、ＭＯＳトランジスタＱ４のコンダクタンスが高くなり、サブ接地線４からメイン接地線３を介して接地ノード端子３０へ電流が流れ、電圧ＶＳＬの電圧レベルが低下する。
【０１０３】
電圧ＶＳＬが基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低い場合には、ＭＯＳトランジスタＰＱ４のコンダクタンスがＭＯＳトランジスタＰＱ３のコンダクタンスよりも大きくなり、大きな電流がＭＯＳトランジスタＮＱ４へ与えられる。このときには、ＭＯＳトランジスタＰＱ３を流れる電流は小さくされ、ＭＯＳトランジスタＮＱ３は、このＭＯＳトランジスタＰＱ３から与えられる電流をすべて放電し、内部ノードＮＤ４の電圧レベルが低下し、ＭＯＳトランジスタＱ４がオフ状態とされる。これら一連の動作により、サブ接地線４上の電圧ＶＳＬは基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧レベルに維持される。
【０１０４】
以上のように、実施例１の構成に従えば、スタンバイサイクル時において、サブ電源線２およびサブ接地線４の電圧ＶＣＬおよびＶＳＬを基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２に設定することができ、製造パラメータのばらつきの影響を受けることなく、サブ電源線２およびサブ接地線４の電圧ＶＣＬおよびＶＳＬを一定電圧レベルに維持することができ、かつスタンバイサイクルからアクティブサイクルへの移行時においてサブ電源線２およびサブ接地線４の電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓへの復帰時間を所定の時間に設定することができ、回路の動作開始タイミングを早くすることができる。
【０１０５】
［実施例２］
図９は、図６に示す基準電圧発生回路１０の具体的構成を示す図である。図９において、基準電圧発生回路１０は、基準電圧Ｖｒｅｆ１を発生する第１の基準電圧発生回路１２と、基準電圧Ｖｒｅｆ２を発生する第２の基準電圧発生回路１４を含む。図９において基準電圧発生回路１２および１４へは、メイン電源線１およびメイン接地線３から電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓが与えられるように示される。これは電源端子２０および接地端子３０から別の配線を介してそれぞれ電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓが与えられる構成が利用されてもよい。
【０１０６】
まず、第１の基準電圧発生回路１２の構成および動作を説明し、次いで第２の基準電圧発生回路１４の構成および動作を説明する。
【０１０７】
第１の基準電圧発生回路１２は、メイン電源線１と内部ノードＮＤ６の間に直列に接続される抵抗Ｒａ、・・ＲｂおよびＲｃと、抵抗Ｒａ〜Ｒｂと並列に接続される溶断可能な低抵抗のリンク素子ＦＬａ〜ＦＬｂと、メイン電源線１と内部ノードＮＤ７の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ６に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ５と、内部ノードＮＤ６およびＮＤ８の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ７に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ６と、内部ノードＮＤ７とメイン接地線３の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ８に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ５と、内部ノードＮＤ８とメイン接地線３の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ８に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ６を含む。ＭＯＳトランジスタＰＱ５が、ＭＯＳトランジスタＮＱ５よりも大きな電流供給量（大きな相互コンダクタンスβ）を有している。同様に、ＭＯＳトランジスタＰＱ６と、ＭＯＳトランジスタＮＱ５およびＮＱ６よりも大きな電流動力を有している。
【０１０８】
第１の基準電圧発生回路１２は、さらに、メイン電源線１と内部ノードＮＤ９の間に直列に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱｂ、ＮＱｃ、…、ＮＱｄと、ＭＯＳトランジスタＮＱｃ〜ＮＱｄと並列に接続される溶断可能なリンク素子ＦＬｃ〜ＦＬｄと、内部ノードＮＤ９とメイン接地線３の間に接続され、そのゲートが内部ノードＮＤ８に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱａを含む。ＭＯＳトランジスタＮＱｂ〜ＮＱｄのゲート電極はメイン電源線１に接続され、これらＭＯＳトランジスタＮＱｂ〜ＮＱｄは抵抗素子として機能する。次に動作について説明する。
【０１０９】
ＭＯＳトランジスタＰＱ５はＭＯＳトランジスタＮＱ５よりも充分大きな電流駆動力を有しており、導通時にはゲート−ソース電圧がそのしきい値電圧の絶対値に設定される。すなわち、メイン電源線１と内部ノードＮＤ６の間の電圧はＶｔｈｐとなる。ここで、ＶｔｈｐはＭＯＳトランジスタＰＱ５のしきい値電圧の絶対値を示す。内部ノードＮＤ６へは抵抗Ｒａ〜Ｒｃとリンク素子ＳＬａ〜ＳＬｂにより電流が供給される。いま、この抵抗Ｒａ〜Ｒｃとリンク素子ＳＬａ〜ＳＬｂとの合成抵抗をＲとすると、内部ノードＮＤ６へ流れる電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖｔｈｐ／Ｒ
で与えられる。この内部ノードＮＤ６を流れる電流Ｉは、ＭＯＳトランジスタＰＱ６およびＮＱ６を介して流れる。このＭＯＳトランジスタＮＱ６を流れる電流のミラー電流はＭＯＳトランジスタＮＱ５およびＮＱａにそれぞれ流れる。ＭＯＳトランジスタＮＱａを流れる電流をＩｎとし、ＭＯＳトランジスタＮＱｂ〜ＮＱｄとリンク素子ＦＬｃ〜ＦＬｄとからなる部分の合成抵抗をＲｎとすると、基準電圧Ｖｒｅｆ１は次式で与えられる。
【０１１０】
Ｖｒｅｆ１＝Ｖｃｃ−Ｉｎ・Ｒｎ
電流Ｉｎは、電流Ｉのミラー電流であり、一定の電流であり、したがって電源電圧Ｖｃｃと基準電圧Ｖｒｅｆ１の差はＩｎ・Ｒｎの一定値となり、所望の大きさを維持する基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成することができる。
【０１１１】
ＭＯＳトランジスタＮＱ６を介して流れる電流ＩとＭＯＳトランジスタＮＱａを介して流れる電流Ｉｎとの比をｎとすると、基準電圧Ｖｒｅｆ１はまた、次式で与えられる。
【０１１２】
Ｖｒｅｆ１＝Ｖｃｃ−ｎ・Ｖｔｈｐ・Ｒｎ／Ｒ
抵抗値ＲおよびＲｎは、リンク素子ＦＬａ〜ＦＬｂおよびＦＬｃ〜ＦＬｄのプログラミング（溶断）により調節することができる。リンク素子ＦＬａ〜ＦＬｂを適当な数溶断すれば、抵抗値Ｒが大きくなり、基準電圧Ｖｒｅｆ１が高くなる。一方、リンク素子ＦＬｃ〜ＦＬｄの適当な数を溶断すれば、抵抗値Ｒｎが大きくなり、基準電圧Ｖｒｅｆ１が低下する。基準電圧Ｖｒｅｆ１の電圧レベルを、スタンバイサイクル時におけるリーク電流を最小とし、またスタンバイサイクルからアクティブサイクルへの移行時における電圧ＶＣＬの復帰時間を最小とするように最適化することができる。
【０１１３】
なお、ＭＯＳトランジスタＰＱ５およびＰＱ６、ＮＱ５およびＮＱ６よりなる回路部分による定電流発生動作をより詳しく説明すると以下のようになる。正常状態においては、ＭＯＳトランジスタＰＱ６およびＮＱ６を流れる電流のミラー電流がＭＯＳトランジスタＰＱ５およびＮＱ５を介して流れ、ＭＯＳトランジスタＰＱ５のゲート−ソース間電圧は一定値に保持される。ＭＯＳトランジスタＰＱ６およびＮＱ６を介して流れる電流が増加したとき、ＭＯＳトランジスタＰＱ５およびＮＱ５を介して流れる電流も増加する。このとき内部ノードＮＤ６の電圧レベルが低下するため、ＭＯＳトランジスタＰＱ５はＭＯＳトランジスタＮＱ５を介して流れる電流よりも大きな電流を供給し、ノードＮＤ７の電圧レベルが上昇する。これによりＭＯＳトランジスタＰＱ６を流れる電流が低下し、ノードＮＤ６の電圧レベルが所定の電圧レベルに復帰する。
【０１１４】
逆に、ＭＯＳトランジスタＰＱ６およびＮＱ６を介して流れる電流が低下したとき、同様にＭＯＳトランジスタＰＱ５およびＮＱ５を介して流れる電流も低下する。このときノードＮＤ６の電圧レベルは所定の電圧レベルよりも上昇するため、ＭＯＳトランジスタＰＱ５を介して流れる電流がより小さくされ、ノードＮＤ７はＭＯＳトランジスタＮＱ５を介して放電され、その電圧レベルが低下し、ＭＯＳトランジスタＰＱ６のコンダクタンスが大きくされ、ノードＮＤ６の電圧レベルが所定の電圧レベルに低下する。これにより、ＭＯＳトランジスタＰＱ５のゲート−ソース間電圧はその一定のしきい値電圧Ｖｔｈｐレベルに保持され、ＭＯＳトランジスタＰＱ５およびＮＱ６を介して流れる電流を一定値にする。
【０１１５】
第２の基準電圧発生回路１４は、内部ノードＮＤ１０とメイン電源線１の間に直列に接続される抵抗Ｒｄ、Ｒｅ…Ｒｆと、抵抗Ｒｅ〜Ｒｆと並列に接続される溶断可能なリンク素子ＦＬｅ〜ＦＬｆと、メイン電源線１とノードＮＤ１１の間に接続され、そのゲート電極がノードＮＤ１０に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ７と、ノードＮＤ１０と内部ノードＮＤ１２の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ１１に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱ８と、内部ノードＮＤ１２とメイン接地線３の間に接続され、そのゲートがまたノードＮＤ１２に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ７と、内部ノードＮＤ１１とメイン接地線３の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ１２に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱ７を含む。これらの抵抗Ｒｄ〜Ｒｆおよびリンク素子ＦＬｅ〜ＦＬｆおよびＭＯＳトランジスタＰＱ７、ＰＱ８、ＮＱ７およびＮＱ８からなる回路部分の構成は、第１の基準電圧発生回路１２に含まれる定電流を発生する回路部分と同じ構成を備え、同様に動作する。
【０１１６】
第２の基準電圧発生回路１４は、さらに、メイン電源線１と内部ノードＮＤ１３の間に接続され、そのゲート電極が内部ノードＮＤ１０に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱａと、内部ノードＮＤ１３とメイン接地線３の間に直列に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱｂ、ＰＱｃ、…ＰＱｄと、ＭＯＳトランジスタＰＱｃ〜ＰＱｄと並列に接続されるリンク素子ＦＬｇ〜ＦＬｈを含む。ＭＯＳトランジスタＰＱｂ〜ＰＱｄのゲート電極は、メイン接地線３に接続される。これらのＭＯＳトランジスタＰＱｂ〜ＰＱｄはすべて抵抗素子として動作する。次に動作について説明する。
【０１１７】
ノードＮＤ１０の電圧レベルは、第１の基準電圧発生回路１２の場合と同様、Ｖｃｃ−Ｖｔｈｐとなる。ここで、ＶｔｈｐはＭＯＳトランジスタＰＱ７のしきい値電圧の絶対値を示す。これによって、ＭＯＳトランジスタＰＱａも、そのノードＮＤ１０の電圧をゲート電極に受けており、一定の電流をメイン電源線１から供給する。このＭＯＳトランジスタＰＱａから供給される電流がＭＯＳトランジスタＰＱｂ〜ＰＱｄおよびリンク素子ＦＬｇ〜ＦＬｈの回路部分に与えられ、ノードＮＤ１３に一定の電圧が発生する。このノードＮＤ１３に発生する基準電圧Ｖｒｅｆ２は、ＭＯＳトランジスタＰＱａが供給する電流をＩａとし、ＭＯＳトランジスタＰＱｂ〜ＰＱｄおよびリンク素子ＦＬｇ〜ＦＬｈの回路部分が有する抵抗をＲｓとすると次式で与えられる。
【０１１８】
Ｖｒｅｆ２＝Ｉａ・Ｒｓ＋Ｖｓｓ
接地電位Ｖｓｓは０Ｖであり、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、Ｉａ・Ｒｓとなる。リンク素子ＦＬｇ〜ＦＬｈのうち溶断されるリンク素子の数が増加すると、このＭＯＳトランジスタＰＱｂ〜ＰＱｄにおける回路部分の抵抗値Ｒｓが増加し、基準電圧Ｖｒｅｆ２が上昇する。一方、電流Ｉａは、ＭＯＳトランジスタＰＱａのゲート電極がノードＮＤ１０に接続されており、このＭＯＳトランジスタＰＱ７と同様、抵抗Ｒｄ〜Ｒｆおよびリンク素子ＦＬｄ〜ＦＬｅによる回路部分を流れる電流により決定される。したがって、リンク素子ＦＬｅ〜ＦＬｓのうち溶断されるリンク素子の数が増加すれば、この部分の抵抗値が低下し、応じて電流が増加する。したがってリンク素子ＦＬｅ〜ＦＬｆの溶断されるリンク素子の数が増加すれば、基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧レベルが低下する。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆ２を適当な電圧レベルに設定することができる。
【０１１９】
上述したように、基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２の電圧レベルを適当な電圧レベルに調整する機能を設けることにより、所望の電圧レベルの基準電圧をサブ電源線２およびサブ接地線４へ印加することができまた、Ｖｃｃ−Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２−Ｖｓｓをともに一定とできる。この半導体記憶装置の製品テスト時において、スタンバイ電流をモニタして基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２の電圧レベルを設定することにより、最小のスタンバイ電流を実現しつつ基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２をそれぞれ電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓに近づけるようにすることができる。これにより、スタンバイサイクルからアクティブサイクルへの復帰時において、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬがそれぞれ電源電圧ＶｃｃおよびＶｓｓへ復帰する時間をできるだけ短くすることが可能となる。
【０１２０】
［実施例３］
図１０は、この発明の第３の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。図１０に示す構成においては、メイン電源線１とサブ電源線２とに対し、基準電圧Ｖｒｅｆａを発生する基準電圧発生回路４０と、この基準電圧発生回路４０からの基準電圧Ｖｒｅｆａをバックゲートに受け、その一方導通端子および制御電極ノードがメイン電源線１に接続され、その他方導通ノードがサブ電源線２に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ５が設けられる。また、メイン接地３とサブ接地線４に対し、基準電圧Ｖｒｅｆｂを生成する基準電圧発生回路５０と、この基準電圧発生回路５０からの基準電圧Ｖｒｅｆｂをバックゲートに受け、その一方導通ノードおよび制御電極ノードがメイン接地線３に接続され、その他方導通ノードがサブ接地線４に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ６が設けられる。
【０１２１】
図１０においても、インバータｆ１〜ｆ３のｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＴのバックゲートへはメイン電源線１上の電圧Ｖｃｃが印加され、各ｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＴのバックゲートへはメイン接地線３上の電圧Ｖｓｓが印加される。図６に示す構成と同様の効果の実現を図る。トランジスタＱ１およびＱ２のバックゲートはそれぞれメイン電源線１上の電圧Ｖｃｃおよびメイン接地線３上の電圧Ｖｓｓが印加される。
【０１２２】
基準電圧発生回路４０は、接地電圧Ｖｓｓを供給するノードと負電圧Ｖｂｂを供給するノードの各間に直列に接続される可変抵抗Ｒ１およびＲ２を含む。負電圧Ｖｂｂは、図１に示す負電圧発生回路２５０から与えられる。基準電圧発生回路５０は、高電圧Ｖｐｐを供給するノードと電源電圧Ｖｃｃを供給するノードとの間に直列に接続される可変抵抗Ｒ３およびＲ４を備える。可変抵抗Ｒ１とＲ２、および可変抵抗Ｒ３とＲ４の抵抗比をそれぞれ適当な値に設定することにより、基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂの値を調節することができる。
【０１２３】
ＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６はダイオードとして動作する。すなわち、ＭＯＳトランジスタＱ１のオフ状態のとき（スタンバイサイクル時）においては、サブ電源線２上の電圧ＶＣＬは、ＭＯＳトランジスタＱ５によりＶｃｃ−Ｖｔｈｎの電圧レベルに保持される。一方、サブ接地線４上の電圧ＶＳＬは、ＭＯＳトランジスタＱ２のオフ状態のとき（スタンバイサイクル時）においては、ＭＯＳトランジスタＱ６により、Ｖｔｈｐの電圧レベルに保持される。ここで、ＶｔｈｎはＭＯＳトランジスタＱ５のしきい値電圧を示し、Ｖｔｈｐは、ＭＯＳトランジスタＱ６のしきい値電圧の絶対値を示す。一般に、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧Ｖｔは、次式で与えられる。
【０１２４】
Ｖｔ＝Ａ＋Ｂ（Ｃ＋｜Ｖｓｕｂ｜）1/2 
ここで、Ａ、ＢおよびＣは、トランジスタの各種パラメータにより決定される定数である。またＶｓｕｂは、ＭＯＳトランジスタのバックゲート（基板領域）へ印加される基板バイアス電圧を示す。すなわち、基板バイアス電圧Ｖｓｕｂの絶対値が大きくされれば、しきい値電圧Ｖｔの絶対値が大きくされる。基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂは次式で与えられる。
【０１２５】
Ｖｒｅｆａ＝Ｒ１・Ｖｂｂ／（Ｒ１＋Ｒ２）
Ｖｒｅｆｂ＝（Ｒ３・Ｖｃｃ＋Ｒ４・Ｖｔｐ）／（Ｒ３＋Ｒ４）
ここで、接地電圧Ｖｓｓは０Ｖとしている。したがって、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値Ｒ１〜Ｒ４を適当に設定することにより、基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂの値を適当な値に設定することができ、応じてＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６のしきい値電圧ＶｔｈｎおよびＶｔｈｐを適当な値に設定することができる。
【０１２６】
図１１は、図１０に示す基準電圧発生回路４０および５０の一般的構成の一例を示す図である。図１１において、基準電圧発生回路５０に含まれる可変抵抗Ｒ３は、高電圧Ｖｐｐ印加ノードと出力ノードＮＤｂの間に直列に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＭ１ａ〜ＮＭｍａと、ＭＯＳトランジスタＮＭ１ａ〜ＮＭｎａと並列に設けられるリンク素子Ｆａ１〜Ｆａｎを含む。可変抵抗Ｒ４は、電源電圧Ｖｃｃ印加ノードと出力ノードＮＤｂの間に直列に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＭ１ａ〜ＰＭｎａと、ＭＯＳトランジスタＰＭ１ａ〜ＰＭｎａと並列に接続されるリンク素子Ｆｂ１〜Ｆｂｎを含む。ＭＯＳトランジスタＮＭ１ａ〜ＮＭｍａのゲート電極は高電圧Ｖｐｐ印加ノードに接続され、これらＭＯＳトランジスタＮＭ１ａ〜ＮＭｍａは抵抗素子として作用する。ＭＯＳトランジスタＰＭ１ａ〜ＰＭｍａのゲート電極が、接地電圧Ｖｓｓ供給ノードに接続され、これらのＭＯＳトランジスタＰＭ１ａ〜ＰＭｍａが抵抗素子として作用する。リンク素子Ｆａ１〜ＦａｎおよびＦｂ１〜Ｆｂｎは、導通時には対応のＭＯＳトランジスタを短絡しており、したがってこれらのリンク素子Ｆａ１〜ＦａｎおよびＦｂ１〜Ｆｂｎを適当に溶断することにより、可変抵抗Ｒ３およびＲ４の抵抗値を適当な値に設定することができ、応じて基準電圧Ｖｒｅｆｂの電圧レベルを所望の電圧レベルに設定することができる。リンク素子Ｆａ１〜Ｆａｎを溶断することにより、基準電圧Ｖｒｅｆｂの電圧レベルが低下し、リンク素子Ｆｂ１〜Ｆｂｎを溶断することにより、基準電圧Ｖｒｅｆｂの電圧レベルが上昇する。
【０１２７】
基準電圧発生回路４０において、可変抵抗Ｒ１は、接地電位Ｖｓｓ供給ノードと出力ノードＮＤａの間に直列に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＭ１ｂ〜ＮＭｍｂと、ＭＯＳトランジスタＮＭ１ｂ〜ＮＭ１ｂと並列に接続されるリンク素子Ｆｃ１〜Ｆｃｎを含む。リンク素子Ｆｃ１〜Ｆｃｎは、導通時対応のＭＯＳトランジスタを短絡する。ＭＯＳトランジスタＮＭ１ｂ〜ＮＭｍｂのゲート電極は電源電圧Ｖｃｃ印加ノードに接続され、ＭＯＳトランジスタＮＭ１ｂ〜ＮＭｍｂは抵抗として作用する。
【０１２８】
可変抵抗Ｒ２は、負電圧Ｖｂｂ印加ノードと出力ノードＮＤａの間に直列に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＭ１ｂ〜ＰＭｍｂと、ＭＯＳトランジスタＰＭ１ｂ〜ＰＭｎｂと並列に接続される溶断可能な低抵抗のリンク素子Ｆｄ１〜Ｆｄｎを含む。ＭＯＳトランジスタＰＭ１ｂ〜ＰＭｍｂのゲート電極は負電位Ｖｂｂを受けるように接続される。リンク素子Ｆｃ１〜Ｆｃｎを溶断することにより、可変抵抗Ｒ１の抵抗値が増加する。また、リンク素子Ｆｄ１〜Ｆｄｎを溶断することにより、可変抵抗Ｒ２の抵抗値が増加する。リンク素子Ｆｃ１〜Ｆｃｎを選択的に溶断することにより基準電圧Ｖｒｅｆａの電圧レベルを低下させ、一方、リンク素子Ｆｄ１〜Ｆｄｎを溶断することにより、基準電圧Ｖｒｅｆａの電圧レベルを上昇させる。
【０１２９】
図１１に示すように、リンク素子Ｆａ１〜Ｆａｎ、Ｆｂ１〜Ｆｂｎ、Ｆｃ１〜ＦｃｎおよびＦｄ１〜Ｆｄｎにより基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂの電圧レベルを調節することにより、製造パラメータのばらつきにより、図１０に示すＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６のしきい値電圧が変動しても、容易にそのしきい値電圧の変動を補償し、所定の電圧レベルに電圧ＶＣＬおよびＶＳＬを設定することができる。また、チップテスト時スタンバイサイクル時における消費電流をモニタし、リンク素子Ｆａ１〜Ｆｄｎの選択的溶断を実行することより、スタンバイ電流を低減しかつ電圧ＶＣＬおよびＶＳＬをできるだけ電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓに近い値に設定することができ、スタンバイサイクルからアクティブサイクル移行時における電圧ＶＣＬおよびＶＳＬの復帰時間を短くすることができる。
【０１３０】
図１２は、図１０に示すＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６の断面構造を概略的に示す図である。図１２において、ＭＯＳトランジスタＱ５は、Ｐ型半導体基板６０の表面に形成されるＮ型ウェル８０の表面に形成されたＰ型ウェル８１内に形成される。ＭＯＳトランジスタＱ５は、このＰ型ウェル８１の表面に間をおいて形成される高不純物濃度のＮ（Ｎ＋）型不純物領域８２および８３と、不純物領域８２および８３の間の領域（チャネル領域）上にゲート絶縁膜（図示せず）を介して形成されるゲート電極８５を備える。Ｐ型ウェル８１はこのＭＯＳトランジスタＱ５のバックゲートとして作用し、高不純物濃度のＰ型不純物領域８４を介して基準電圧Ｖｒｅｆａを受ける。ゲート電極層８５および不純物領域８３がメイン電源線１に接続される。ＭＯＳトランジスタＱ５の不純物領域８２はサブ電源線２に接続される。Ｎ型ウェル８０には、高不純物濃度ドのＮ型不純物領域８６を介して電源電圧Ｖｃｃが印加される。これにより、Ｐ型ウェル８１とＮ型ウェル８０の間のＰＮ接合を逆バイアス状態とし、Ｐ型ウェル８１から基板６０へのリーク電流の発生を防止する。Ｐ型基板６０へ負電圧Ｖｂｂが印加される構成が利用されてもよい。
【０１３１】
ＭＯＳトランジスタＱ６は、Ｐ型半導体基板６０の表面に形成されたＮ型ウェル７０内に形成される。ＭＯＳトランジスタＱ６は、Ｎ型ウェル７０の表面に間をおいて形成される高不純物濃度のＰ型不純物領域７１および７２と、不純物領域７１および７２の間の領域（チャネル領域）上にゲート絶縁膜（図示せず）を介して形成されるゲート電極層７４を含む。Ｎ型ウェル７０は、ＭＯＳトランジスタＱ６のバックゲートとして作用し、高不純物濃度のＮ型不純物領域７３を介して基準電圧Ｖｒｅｆｂを受ける。ゲート電極層７４および不純物領域７１がメイン接地線３に接続される。不純物領域７２がサブ接地線４に接続される。
【０１３２】
図１２に示すように、トリプルウェル構造（Ｎ型ウェルおよびＰ型ウェル両者を用いる）とすることにより、ＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６に対し、それぞれ互いに悪影響を及ぼし合うことなく所定の基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂを印加することができる。このＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６にはそれぞれ近接してスイッチングトランジスタＱ１およびＱ２が配置されるが、これらの互いに導電型の異なるスイッチングトランジスタＱ１およびＱ２に対しても影響を及ぼすことなく基板バイアス電圧を印加することができる。
【０１３３】
図１３は、第１ないし第３の実施例の効果を説明するための図である。図１３に示すように、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬが電圧レベルＶＣＬ１およびＶＳＬ１のときには、比較的短時間（Ｔ１）で電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓレベルに復帰する。一方、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬが電圧レベルＶＣＬ２およびＶＳＬ２のとき、このサブ電源線およびサブ接地線は、同じ速度で充放電されるものの、所定の電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓレベルに復帰するまでに時間Ｔ２が必要とされる。したがって、スタンバイサイクルからアクティブサイクルの移行時において、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬはそれぞれＶＣＬ１とＶＳＬ１と設定すれば、アクティブサイクルにおいて、関連の回路を早いタイミングで動作状態とすることができる。しかしながらこの場合には、電圧レベルＶＣＬ２およびＶＳＬ２の場合よりもサブスレッショルド電流が少し増加する。したがって第１ないし第３の実施例のように、基準電圧のレベルを調整することにより、この動作速度およびサブスレッショルド電流の最適化を図ることができる。
【０１３４】
［実施例４］
図１４は、この発明の第４実施例である半導体集積回路の要部の構成を概略的に示す図である。図１に示すメモリセルアレイ１００または図４に示すメモリセルアレイ１０４において不良メモリセルが存在した場合、この不良メモリセルを冗長メモリセルで置換えることにより不良メモリセルを実効的に救済することが行なわれる。この不良メモリセルの置換えのために冗長回路が設けられる。図１４においては、このような冗長回路として、行を置換えるための冗長回路の構成を示す。図１４において、行冗長回路は、不良メモリセルの存在するアドレス（不良アドレス）を記憶し、与えられたアドレス信号Ｘ１〜Ｘｎが不良行を指定するとき活性化されて対応のスペアワード線ＳＷＬを活性状態とするスペアデコーダ９１を含む。スペアワード線ＳＷＬには、不良メモリセルが存在する１行のメモリセルと置換えられるための１行の冗長メモリセルが接続される。また、冗長回路とは別にアドレス信号Ｘ１〜Ｘｎをデコードし、メモリセルアレイ内の対応の１行のメモリセルを選択するノーマルデコーダ９４が設けられる。ノーマルデコーダ９４は、このスペアデコーダ９１の活性化時に非活性状態とされる。
【０１３５】
スペアデコーダ９１は、不良行アドレスを記憶しかつ与えられたアドレス信号Ｘ１〜Ｘｎが不良行アドレスを指定するときに活性状態の信号を生成するプログラム回路９３と、このプログラム回路９３からの活性信号に応答してスペアワード線ＳＷＬを活性状態へ駆動するスペアドライバ９２を含む。プログラム回路９３は、プリチャージ信号ＰＲに応答して内部ノードＮｘを電源電圧Ｖｃｃレベルにプリチャージするプリチャージトランジスタ９３ａと、互いに並列に設けられ、それぞれのゲート電極にアドレス信号Ｘ１〜Ｘｎを受けるｎチャネルＭＯＳトランジスタ９３ｂ、９３ｃ、…９３ｍと、ＭＯＳトランジスタ９３ｂ〜９３ｍと内部ノードＮｘの間にそれぞれ設けられる溶断可能なリンク素子Ｌ１〜Ｌｎを含む。プリチャージ信号ＰＲはスタンバイサイクル時にＬレベルとされ、プリチャージトランジスタ９３ａをオン状態とする。リンク素子Ｌ１〜Ｌｎのプログラムはたとえば以下のようにして行なわれる。不良行アドレスに対応するアドレス信号を受けるＭＯＳトランジスタに対して設けられたリンク素子が溶断される。不良行アドレスが指定された場合、内部ノードＮｘに接続する（リンク素子を介して）ＭＯＳトランジスタのゲートへ与えられる信号はすべてＬレベルである。不良行アドレスと異なる行アドレスが指定されたとき、このプログラム回路９３へ与えられるアドレス信号のうち、非溶断リンク素子に接続するＭＯＳトランジスタのゲートへ与えられる信号の１つはＨレベルとされる。したがって、アクティブサイクルにおいて、アドレス信号Ｘ１〜Ｘｎが与えられ、不良行アドレスを指定しているとき、内部ノードＮｘに接続されるＭＯＳトランジスタがすべてオフ状態となり、この内部ノードＮｘがプリチャージされた電圧レベルＶｃｃレベル（または高電圧Ｖｐｐが用いられてもよい）の電圧レベルに維持される。一方、不良行アドレスと異なる行アドレスが指定された場合、内部ノードＮｘに接続するＭＯＳトランジスタのうち少なくとも１つがオン状態となり、内部ノードＮｘは接地電圧レベルへ放電される。これにより、不良行アドレスが指定されたか否かの識別が行なわれる。
【０１３６】
なお、上述の構成に代えて、不良行アドレス信号と異なるアドレス信号に対応して設けられたＭＯＳトランジスタに関連するリンク素子が溶断される構成が利用されてもよい。また、このプログラム回路は、メイン電源線１からの電源電圧Ｖｃｃではなく、高電圧Ｖｐｐを受けてもよい。
【０１３７】
基準電圧活性回路１０は、所定の基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２（またはＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂ）を発生する基準電圧発生部９５と、この基準電圧発生部９５が発生する基準電圧の電圧レベルを調整するレベル調整回路９６を含む。図１４においては、このレベル調整回路９６に含まれるリンク素子ＬＬ１〜ＬＬｎを代表的に示す。プログラム回路９３における不良行アドレスのプログラムは、半導体集積回路装置における不良メモリセルの存在の有無を調べるテストが行なわれた後に実行される。一方、基準電圧発生回路１０においては、基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２（またはＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂ）のレベルを調整するために、レベル調整部９６に含まれるリンク素子ＬＬ１〜ＬＬｎの選択的溶断が行なわれる。このリンク素子ＬＬ１〜ＬＬｎとプログラム回路９３に含まれるリンク回路Ｌ１〜Ｌｎを同一材料（たとえばポリシリコンまたはシリサイドなどの低抵抗かつ溶断な材料）でさらに好ましくは同一形状に構成する。これにより、プログラム回路９３に含まれるリンク素子Ｌ１〜Ｌｎのプログラムと、レベル調整部９３に含まれるリンク素子ＬＬ１〜ＬＬｎの溶断（プログラム）とを同じ工程で行なうことができ、基準電圧発生回路１０が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２（またはＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂ）のレベルを調整するためのレベル調整時間を実質的に無視することができ、工程を簡略化することができる。このとき、スタンバイ電流をモニタしつつ、レベル調整部９６のリンク素子ＬＬ１〜ＬＬｎの選択的溶断を行なうことができない。したがって、この場合には、スタンバイサイクルにおいて消費電流（サブスレッショルド電流）の大きさを測定し、その測定された消費電流と溶断すべきリンク素子とをテーブルの形式に予め準備しておき、このテーブルに従ってレベル調整部９６のリンク素子ＬＬ１〜ＬＬｎの選択的溶断を実行する。これにより、リンク素子Ｌ１〜ＬｎおよびＬＬ１〜ＬＬｎに対したとえばレーザを用いて同一の照射条件で連続的に実行することができる。
【０１３８】
以上のように、この第４の実施例の構成に従えば、基準電圧のレベル調整に要する時間をほぼ無視することが可能となり、応じて半導体集積回路装置の製造時間が短くなり、製造コストが低減される。
【０１３９】
［実施例５］
図１５は、この発明の第５の実施例による半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。図１５において、基準電圧発生回路１０が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆａ）およびＶｒｅｆ２（Ｖｒｅｆｂ）の電圧レベルをデータ保持モード時に変更するために、信号／ＲＡＳ、／ＣＡＳ、／ＷＥおよび特定のアドレス信号Ａｄに従ってパワーダウンモードを検出するパワーダウンモード検出回路３０１と、パワーダウンモード検出回路３０１からの検出信号ＰＤＭおよび／ＰＤＭに従って基準電圧発生回路１０の発生する基準電圧Ｖｒｅｆ１（Ｖｒｅｆａ）およびＶｒｅｆ２（Ｖｒｅｆｂ）の電圧レベルを変更するレベル変更回路３０２が設けられる。パワーダウンモードは、データ保持モードを示し、このモードでは半導体記憶装置において、単に内部でデータの保持を行なう（セルフリフレッシュモードにより所定時間間隔でリフレッシュが行なわれる）だけである。このパワーダウンモードにおいては、できるだけ消費電流を低減することが望まれる（一般にパワーダウンモードは、電池駆動型のパーソナルコンピュータなどの記憶装置の動作モードとして用いられ、電池寿命を長くするためにできるだけ消費電流を低減することが望まれる）。このパワーダウンモード時に基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２（またはＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂ）の電圧レベルをそれぞれ低下および上昇させ、スタンバイサイクル時におけるサブスレッショルド電流をより小さくする。パワーダウンモードにおいては、内部でリフレッシュ動作が行なわれるだけであり、外部からは何らアクセスは行なわれないため、高速アクセスは要求されない。何ら動作特性に悪影響を及ぼすことなく消費電流を低減することができる。
【０１４０】
なお図１５に示す構成においては、パワーダウンモード検出回路３０１は信号／ＲＡＳ、／ＣＡＳ、および／ＷＥと特定のアドレス信号ＡｄによるいわゆるＷＣＢＲ条件と特定のアドレスキーとからパワーダウンモードを検出している。これは特定のパワーダウンモードを指定する信号が専用に与えられる構成が利用されてもよい。また、用語パワーダウンモードは、単にデータ保持を行なう動作が半導体記憶装置において行なわれる動作モードまたは低消費電流モードを一般的に示すものとしてここでは用いる。
【０１４１】
［具体的構成１］
図１６は、図１５に示すレベル変更回路３０２の具体的構成を示す図である。図１６においては、図９に示す基準電圧発生回路１２および１４の出力部の構成が一例として示される。図９に示す構成と対応する部分には同一の参照番号を付す。基準電圧発生回路１２は、図９に示す構成に加えて、さらにＭＯＳトランジスタＮＱｃとＭＯＳトランジスタＮＱｂの間に設けられるＭＯＳトランジスタＮＱｘを含む。このｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱｘのゲート電極は電源電圧Ｖｃｃを受けるように接続される。このＭＯＳトランジスタＮＱｘと並列にそのゲート電極にパワーダウンモード検出回路３０１からのパワーダウンモード検出信号／ＰＤＭを受けるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＱｙが設けられる。
【０１４２】
基準電圧発生回路１４においては、図９に示す構成に加えて、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱｂとＭＯＳトランジスタＰＱｃの間にｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱｘがさらに設けられる。レベル変更回路３０２は、このＭＯＳトランジスタＰＱｘと並列に設けられ、そのゲート電極にパワーダウンモード検出信号ＰＤＭを受けるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＱｙを含む。次に、この図１６に示す構成の動作をその動作波形図である図１７を参照して説明する。
【０１４３】
ノーマルモード時（パワーダウンモードと異なるモードであり、半導体集積回路装置の外部アクセスが可能となる動作モード）においては、パワーダウンモード検出回路３０１からのパワーダウンモード検出信号ＰＤＭはＬレベルにある。この状態においては、ＭＯＳトランジスタＮＱｙがオン状態、ＭＯＳトランジスタＰＱｙがオン状態とされる。この状態において、それぞれ所定の電圧レベルの基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２が発生され、図６に示す差動増幅器５および６へそれぞれ与えられる。
【０１４４】
パワーダウンモードが指定されると、パワーダウンモード検出回路３０１からのパワーダウンモード検出信号ＰＤＭがＨレベルとされ、一方その相補信号／ＰＤＭはＬレベルとされる。それにより、ＭＯＳトランジスタＮＱｙはオフ状態とされ、ＭＯＳトランジスタＮＱｘの抵抗値はＭＯＳトランジスタ列が有する抵抗値に付け加えられる。それにより、電源電圧Ｖｃｃ供給ノード（メイン電源線または電源ノード）と出力ノードＮＤ９の間の電圧降下が大きくなり、基準電圧Ｖｒｅｆ１の電圧レベルはノーマルモード時よりも低くなる。
【０１４５】
一方、基準電圧発生回路１４においては、ＭＯＳトランジスタＰＱｙはオフ状態とされ、出力ノードＮＤ１３と接地電圧Ｖｓｓ供給ノード（接地ノードまたはメイン接地線）の間の抵抗値がＭＯＳトランジスタＰＱｘの抵抗値によりノーマルモード時よりも大きくなる。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧レベルがノーマルモード時よりも上昇する。
【０１４６】
この基準電圧Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２は、スタンバイサイクルにおいてサブ電源線上の電圧ＶＣＬおよびサブ接地線上の電圧ＶＳＬを規定している。したがって、ノーマルモード時におけるスタンバイサイクル時よりもパワーダウンモードのスタンバイサイクル時において電圧ＶＣＬが低下し、電圧ＶＳＬが上昇し、サブスレッショルド領域で動作するトランジスタをより強いオフ状態にし、それによりサブスレッショルド電流をより低減する。パワーダウンモードにおけるアクティブサイクル（リフレッシュ動作）においては、図６に示すスイッチングトランジスタＱ１およびＱ２がオン状態とされ、メモリセルデータのリフレッシュが実行される。
【０１４７】
［レベル変更回路の具体的構成２］
図１８は、図１５に示すレベル変更回路の第２の具体的構成を示す図である。図１８に示す構成においては、図１０に示す基準電圧発生回路４０および５０に対するレベル変更回路の構成を示す。図１８において、基準電圧発生回路４０は、接地電圧Ｖｓｓ供給ノードと基準電圧Ｖｂｂ供給ノードとの間に直列に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＲａ〜ＮＲｈと、ＭＯＳトランジスタＮＲａ〜ＮＲｃおよびＮＲｇ〜ＮＲｈに並列に設けられる溶断可能なリンク素子ＦＮａ〜ＦＮｃおよびＦＮｆ〜ＦＮｈを含む。ＭＯＳトランジスタＮＲａ〜ＮＲｈのゲート電極は共通に電源電圧Ｖｃｃ供給ノードに接続され、これらのＭＯＳトランジスタＮＲａ〜ＮＲｈはすべて抵抗として作用する。リンク素子ＦＮａ〜ＦＮｃおよびＦＮｆ〜ＦＮｈは、適当に溶断され、基準電圧Ｖｒｅｆａの電圧レベルを調整する。ＭＯＳトランジスタＮＲｄおよびＮＲｅの接続ノードＮＤａから基準電圧Ｖｒｅｆａが出力される。電圧変更回路は、ＭＯＳトランジスタＮＲｆと並列に接続されるｎチャネルＭＯＳトランジスタＮＲｙを含む。ＭＯＳトランジスタＮＲｙはそのゲート電極にパワーダウンモード検出信号ＰＤＭを受ける。
【０１４８】
基準電圧発生回路５０は、高電圧Ｖｐｐ供給ノードと電源電圧Ｖｃｃ供給ノードの間に直列に接続されるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＲａ〜ＰＲｈと、ＭＯＳトランジスタＰＲａ〜ＰＲｃおよびＰＲｆ〜ＰＲｈにそれぞれ並列に設けられる溶断可能なリンク素子ＦＰａ〜ＦＰｃおよびＦＰｇ〜ＦＰｈを含む。ＭＯＳトランジスタＰＲａ〜ＰＲｈのゲート電極は接地電圧Ｖｓｓ供給ノードに接続され、これらのＭＯＳトランジスタＰＲａ〜ＰＲｈは抵抗素子として作用する。ＭＯＳトランジスタＰＲｅおよびＰＲｆの接続ノードＮＤｂから基準電圧Ｖｒｅｆｂが出力される。
【０１４９】
レベル変更回路は、ＭＯＳトランジスタＰＲｂと並列に設けられ、そのゲート電極にパワーダウンモード検出信号／ＰＤＭを受けるｐチャネルＭＯＳトランジスタＰＲｙを含む。基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂは、それぞれ図１０に示すＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６のバックゲートへ印加される。次にこの図１８に示す回路の動作をその動作波形図である図１９を参照して説明する。
【０１５０】
ノーマルモード時においては、パワーダウンモード検出信号ＰＤＭおよび／ＰＤＭはそれぞれＬレベルおよびＨレベルにある。その状態においては、ＭＯＳトランジスタＮＲｙはオフ状態、ＭＯＳトランジスタＰＲｙもオフ状態にある。予め設定された電圧レベルの基準電圧ＶｒｅｆａおよびＶｒｅｆｂが図１０に示すＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６のバックゲートへ印加され、それぞれが所定のしきい値電圧を与える。このノーマルモードにおけるスタンバイサイクルにおいては、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬはそれぞれＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６のしきい値電圧により決定される電圧レベルに維持される。
【０１５１】
パワーダウンモードが指定されると、パワーダウンモード検出信号ＰＤＭおよび／ＰＤＭがそれぞれＨレベルおよびＬレベルとされ、ＭＯＳトランジスタＮＲｙおよびＰＲｙがともにオン状態とされる。基準電圧発生回路４０においては、ＭＯＳトランジスタＮＲｆが電気的に短絡され、ノードＮＤａと負電圧Ｖｂｂ供給ノードの間の抵抗値が低下する。これにより、ノードＮＤａから出力される基準電圧Ｖｒｅｆａの電圧レベルが低下し、より負電圧Ｖｂｂに近い電圧レベルとされる。それによりｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ５のしきい値電圧が上昇し、応じて電圧ＶＣＬの電圧レベルがノーマルモードのスタンバイサイクル時におけるそれよりも低下する。
【０１５２】
一方、基準電圧発生回路５０においては、ＭＯＳトランジスタＰＲｄが電気的に短絡され、高電圧Ｖｐｐ供給ノードとノードＮＤｂの間の抵抗値が低下し、基準電圧Ｖｒｅｆｂの電圧レベルが上昇する。それにより、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ６のしきい値電圧がより負となり（その絶対値が大きくなる）、電圧ＶＳＬが、ノーマルモードのスタンバイサイクル時におけるそれよりも高くなる。それにより、パワーダウンモードにおけるスタンバイサイクルにおいてサブスレッショルド領域で動作するＭＯＳトランジスタをより強くオフ状態とすることができ、サブスレッショルド電流による消費電流を低減することができる。パワーダウンモードにおいては前述のごとく、リフレッシュが行なわれるだけであり、外部アクセスが行なわれないため、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬがそれぞれ電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓに復帰する時間が少し長くなっても、何ら問題は生じない。
【０１５３】
以上のように、この第５の実施例の構成に従えば、データ保持モードにおいて、電圧ＶＣＬと電源電圧Ｖｃｃとの差および電圧ＶＳＬと接地電位Ｖｓｓの差をノーマルモード時よりも大きくしたため、スタンバイサイクル時における消費電流をより小さくすることができる。
【０１５４】
［実施例６］
図２０は、この発明の第６の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。図２０において、半導体集積回路装置は、外部信号ｅｘｔ．Ｉを受け、バッファ処理して内部信号ＯＵＴｅを生成する入力バッファ３００と、入力信号ＩＮａを受けて所定の論理処理を施して出力信号ＯＵＴａを生成する内部回路３０１と、入力信号ＩＮｂに所定の論理処理を施して内部出力信号ＯＵＴｂを生成する内部回路３０２を含む。入力バッファ３００は、メイン電源線１上の電源電圧Ｖｃｃとメイン接地線３上の接地電圧Ｖｓｓを両動作電源電圧として動作する。内部回路３０２に含まれるトランジスタのバックゲートへは電圧ＶｃｃまたはＶｓｓが与えられる。
【０１５５】
内部回路３０１に対しては、サブ電源線２ａおよびサブ接地線４ａが設けられる。サブ電源線２ａとメイン電源線１の間には、動作サイクル規定信号／φに応答して導通し、メイン電源線１とサブ電源線２ａを電気的に接続するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１ａと、スタンバイサイクル時におけるこのサブ電源線２ａ上の電圧ＶＣＬ１の電圧レベルを設定する電圧設定部３１０が設けられる。サブ接地線４ａに対しては、動作サイクル規定信号φに応答してサブ接地線４ａをメイン接地線３に電気的に接続するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２ａと、スタンバイサイクル時において、このサブ接地線４ａ上の電圧ＶＳＬ１の電圧レベルを設定する電圧設定部３１２が設けられる。電圧設定部３１０および３１２は、基準電圧発生回路と、差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力に応答して導通するＭＯＳトランジスタを含むか、または基準電圧発生回路と基準電圧発生回路の基準電圧をバックゲートに受けるＭＯＳトランジスタを含む。
【０１５６】
内部回路３０２に対しては、サブ電源線２ｂおよびサブ接地線４ｂが設けられる。サブ電源線２ｂに対しては、動作サイクル規定信号／φに応答してメイン電源線１とサブ電源線２ｂを電気的に接続するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１ｂと、スタンバイサイクル時におけるこのサブ電源線２ｂ上の電圧ＶＣＬ２の電圧レベルを設定する電圧設定部３１４が設けられる。サブ接地線４ｂに対しては、動作サイクル規定信号φに応答してサブ接地線４ｂをメイン接地線３に電気的に接続するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２ｂと、スタンバイサイクル時におけるこのサブ接地線４ｂ上の電圧ＶＳＬの電圧レベルと設定する電圧設定部３１６が設けられる。この電圧設定部３１４および３１６は、それぞれ電圧設定部３１０および３１２と同様の構成を備える。
【０１５７】
図２０に示す構成において、内部回路３０１はサブ電源線２ｂ上の電圧ＶＣＬ１およびサブ接地線４ｂ上の電圧ＶＳＬ１を両動作電源電圧として動作するように示される。しかしながら実際には、この入力信号ＩＮａおよび出力信号ＯＵＴａのスタンバイサイクル時における電圧レベルに応じてメイン電源線１およびメイン接地線３上の電圧をも利用する。図２０においては、電圧ＶＣＬ１およびＶＳＬ１の電圧レベルを問題とするため、便宜上、内部回路３０１がサブ電源線２ａおよびサブ接地線４ａ上の電圧を動作電源電圧として動作するように示される。なお、内部回路３０１は、スタンバイサイクル時において出力ハイインピーダンス状態とされる場合には、このサブ電源線２ａ上の電圧ＶＣＬ１およびサブ接地線４ａ上の電圧ＶＳＬ１を両動作電源電圧として利用する構成が利用されてもよい。なお、この接続構成は、また内部回路３０２についても同様である。
【０１５８】
図２０に示すように、内部回路３０１および３０２は、それぞれ別々の電源線構成とすることにより、サブ電源線２ａおよび２ｂならびにサブ接地線４ａおよび４ｂの電圧変動（ノイズ）を抑制する。次にこの図２０に示す構成の動作についてその動作波形図である図２１を参照して説明する。
【０１５９】
スタンバイサイクルにおいて、動作サイクル規定信号φはＨレベルであり、ＭＯＳトランジスタＱ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ１ｂおよびＱ２ｂはすべてオフ状態にある。この状態において、電圧ＶＣＬ１、ＶＳＬ１、ＶＣＬ２およびＶＳＬ２は、それぞれ電圧設定部３１０、３１２、３１４および３１６により所定の電圧レベルに設定される。今、電圧設定部３１０および３１４は同じ電圧レベルに電圧ＶＣＬ１およびＶＣＬ２を設定し、また電圧設定部３１２および３１６は同じ電圧レベルに電圧ＶＳＬ１およびＶＳＬ２を設定するとする。
【０１６０】
アクティブサイクルが始まると動作サイクル規定信号φはＨレベルとされ、ＭＯＳトランジスタＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、およびＱ２ｂがオン状態とされ、電圧ＶＣＬ１、ＶＣＬ２が電源電圧Ｖｃｃレベルへ復帰し、また電圧ＶＳＬ１およびＶＳＬ２が接地電圧Ｖｓｓレベルへ復帰する。このとき、電源線２ａおよび２ｂに付随する負荷容量または寄生容量が異なり、同じ電圧レベルにスタンバイサイクル時に維持されていても、電源線２ａおよび２ｂが電源電圧Ｖｃｃレベルにまで復帰するのに時間差が生じる。図２１において、電圧ＶＣＬ２の復帰時間が早くなるように示される。これは、また電圧ＶＳＬ１およびＶＳＬ２についても同様である。入力バッファ３００は、メイン電源線１およびメイン接地線３上の電圧ＶｃｃおよびＶｓｓを両動作電源電圧として動作している。したがって、アクティブサイクルが始まると、即座に外部からの信号ｅｘｔ．Ｉを取込み、所定の処理を施して内部信号ＯＵＴｅを生成することができる。半導体記憶装置において内部制御信号発生回路は、その入力信号および出力信号の発生順序は予め定められており、所定の時間順序をもつ活性状態とされる。内部回路３０１が、サブ電源線２ａおよびサブ接地線４ａ上の電圧ＶＣＬ１およびＶＳＬ１がそれぞれ所定の電圧ＶｃｃおよびＶｓｓレベルに設定した後に、その入力信号ＩＮａがアクティブ状態にされて動作を実行する。内部回路３０２も同様に、電圧ＶＣＬ２およびＶＳＬ２が電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓに復帰した後に、入力信号ＩＮｂがアクティブ状態にされて動作を実行する。入力バッファ３００から内部回路３０１および３０２への信号伝播には所定の時間が必要とされる。したがって、入力バッファ３００をメイン電源線１およびメイン接地線３上の電圧ＶｃｃおよびＶｓｓを両電源電圧として動作させることにより、アクティブサイクル開始後即座に外部信号ｅｘｔ．Ｉを取込んで内部動作を開始させることができ、アクセス時間を大幅に低減することができる。
【０１６１】
すなわち、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬが電源電圧ＶｃｃおよびＶｓｓの電圧レベルに復帰する前に動作する回路部分（入力信号が確定状態とされる回路）については、メイン電源線１およびメイン接地線３上の電圧ＶｃｃおよびＶｓｓを動作電源として動作させ、できるだけ早いタイミングで動作を実行させ、アクセス遅延の増加を防止する。いずれの回路に対して、メインおよびサブの電源構造を備える階層電源線構成とし、いずれの回路に対してメイン電源線１およびメイン接地線３のみを電源線として利用するかは、アクティブサイクル時における各サブ電源線およびサブ接地線の電圧の復帰時間を測定し、そこへ与えられる信号の確定タイミングとの関係から決定される。図３に示す／ＲＡＳバッファ２００、／ＣＡＳバッファ２１０、／ＷＥバッファ、およびロウアドレスバッファ１０１は、外部からの信号をできるだけ早いタイミングで取込み、内部信号を生成する必要があり、この図２０に示す入力バッファ３００と同様メイン電源線１およびメイン接地線３のみの非階層電源構造とする。階層電源線構成とする部分は、比較的遅いタイミングで動作を行なう回路であればよく、たとえば図４に示すロウデコーダ２３０がメイン電源線およびサブ電源線とメイン接地線およびサブ接地線の階層電源構成とされる。コラム系回路については、アクティブサイクルが始まってから所定時間経過後（コラムインターロック期間経過後）活性状態とされるため、メイン／サブ電源線およびメイン／サブ接地線の階層電源構造がとられてもよい。
【０１６２】
以上のように、この第６の実施例の構成に従えば、電圧ＶＣＬおよびＶＳＬが電源電圧Ｖｃｃおよび接地電圧Ｖｓｓに復帰するよりも早いタイミングで動作する必要のある回路に対しては、メイン電源線およびメイン接地線のみを設けることにより、これらの回路を早いタイミングで動作を開始させることができ、アクセス遅延の増大を防止することができる。
【０１６３】
［実施例７］
図２２は、この発明の第７の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。図２２においては、内部回路３２０および３２２を代表的に示す。内部回路３２０は、入力信号ＩＮ０に所定の論理処理を施して内部出力信号ＯＵＴ０を生成する。内部回路３２２は、入力信号ＩＮ１に所定の論理処理を施して内部出力信号ＯＵＴ１を生成する。内部回路３２０に対しては、サブ電源線２ａおよびサブ接地線４ａが設けられ、内部回路３２２に対しては、サブ電源線２ｂおよびサブ接地線４ｂが設けられる。サブ電源線２ａに対しては、動作サイクル規定信号／φに応答してメイン電源線１とサブ電源線２ａを電気的に接続するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１ａと、基準電圧ＶＲＨ１に従って、スタンバイサイクル時におけるサブ電源線２ａの電圧ＶＣＬ１を所定の電圧レベルに設定する電圧設定部３２４が設けられる。この電圧設定部３２４は、差動増幅器とこの差動増幅器の出力信号に応答して導通するＭＯＳトランジスタを含むか、または基準電圧ＶＲＨ１をバックゲートに受けるＭＯＳトランジスタを含む。
【０１６４】
サブ接地線４ａに対しては、動作サイクル規定信号φに応答してサブ接地線４ａとメイン接地線３を電気的に接続するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２ａと、基準電圧ＶＲＬ１に従ってこのサブ接地線４ａ上の電圧ＶＳＬ１のレベルをスタンバイサイクル時に設定する電圧設定部３２６が設けられる。電圧設定部３２６は、また差動増幅器と、この差動増幅器の出力をゲート電極に受けるＭＯＳトランジスタで構成されるか、または基準電圧ＶＲＬ１をバックゲートに受けるＭＯＳトランジスタで構成される。内部回路３２０は、メイン電源線１、サブ電源線２ａ、メイン接地線３およびサブ接地線４ａ上の電圧をすべて受けて動作するように示される。しかしこれは内部回３２０の内部構成により適当な電源線／接地線が選択されて利用される。内部回路３２０および３２２のＭＯＳトランジスタのバックゲートへは電圧ＶｃｃまたはＶｓｓが与えられる。
【０１６５】
内部回路３２２に対しては、サブ電源線２ｂおよびサブ接地線４ｂが設けられる。サブ電源線２ｂに対しては、動作サイクル規定信号／φに応答してメイン電源線１とサブ電源線２ｂとを電気的に接続するｐチャネルＭＯＳトランジスタＱ１ｂと、基準電圧ＶＲＨ２に従ってスタンバイサイクル時におけるこのサブ電源線２ｂ上の電圧ＶＣＬ２の電圧レベルを設定する電圧設定部３２５が設けられる。電圧設定部３２５も、また差動増幅器およびＭＯＳトランジスタ，または基準電圧をバックゲートに受けるＭＯＳトランジスタの構成を備える。サブ接地線４ｂに対しては、動作サイクル規定信号φに応答してサブ接地線４ｂをメイン接地線３に電気的に接続するｎチャネルＭＯＳトランジスタＱ２ｂと、スタンバイサイクル時に基準電圧ＶＲＬ２に従ってサブ接地線４ｂ上の電圧ＶＳＬ２の電圧レベルを設定する電圧設定部３２７が設けられる。この電圧設定部３２７も同様、差動増幅器およびＭＯＳトランジスタ，またはＭＯＳトランジスタの構成を備える。基準電圧は以下の関係を満足する。
【０１６６】
Ｖｃｃ＞ＶＲＨ１＞ＶＲＨ２
ＶＲＬ２＞ＶＲＬ１＞Ｖｓｓ
したがって、以下の関係がスタンバイサイクルにおいて満たされる。
【０１６７】
Ｖｃｃ＞ＶＣＬ１＞ＶＣＬ２
ＶＳＬ２＞ＶＳＬ１＞Ｖｓｓ
すなわち、スタンバイサイクルにおいて、内部回路３２０においてサブスレッショルド領域で動作するＭＯＳトランジスタよりも、内部回路３２２においてサブスレッショルド領域で動作するＭＯＳトランジスタがより強いオフ状態とされる。次に、この図２２に示す構成の動作をその動作波形図である図２３を参照して説明する。
【０１６８】
スタンバイサイクルにおいて、動作サイクル規定信号φはＨレベルであり、ＭＯＳトランジスタＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、およびＱ２ｂはそれぞれオフ状態である。この状態において、電圧ＶＣＬ１、ＶＣＬ２、ＶＳＬ１、およびＶＳＬ２は、それぞれ、基準電圧ＶＲＨ１、ＶＲＨ２、ＶＲＬ１、およびＶＲＬ２に従って所定の電圧レベルに設定される。
【０１６９】
アクティブサイクルが始まると、動作サイクル規定信号φがＬレベルとなり、ＭＯＳトランジスタＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、およびＱ２ｂはそれぞれオフ状態とされる。これにより、サブ電源線２ａおよび２ｂ上の電圧ＶＣＬ１およびＶＣＬ２は電源電圧Ｖｃｃレベルに復帰し、サブ接地線４ａおよび４ｂ上の電圧ＶＳＬ１およびＶＳＬ２は接地電圧Ｖｓｓレベルに復帰する。このとき、電圧ＶＣＬ１は電圧ＶＣＬ２よりも高いため、サブ電源線２ａ上の電圧ＶＣＬ１は、サブ電源線２ｂ上の電圧ＶＣＬ２よりも早い時刻ｔ１において電源電圧Ｖｃｃレベルに復帰し、同様に、電圧ＶＳＬ１もＶＳＬ２よりも早い時刻ｔ１において接地電圧Ｖｓｓに復帰する。したがって内部回路３２０に与えられる入力信号ＩＮ０は時刻ｔ１以降の早いタイミングで活性状態とされ、内部回路３２０からの出力信号ＯＵＴ０を早いタイミングで確定状態とすることができる。内部回路３２２については、電圧ＶＣＬ２およびＶＳＬ２が時刻ｔ２において電圧ＶｃｃおよびＶｓｓに復帰するため、この時刻ｔ２より遅い後のタイミングで入力信号ＩＮ１が確定状態とされる。
【０１７０】
上述のように、早いタイミングで動作すべき内部回路に対しては、サブ電源線上の電圧を電源電圧Ｖｃｃレベルに近い電圧レベルに設定し、かつサブ接地線上の電圧ＶＳＬを接地電圧Ｖｓｓレベルに近い電圧レベルに設定する。これにより、スタンバイサイクル時におけるサブスレッショルド電流に起因する消費電流を低減しつつ動作開始タイミングの遅れを低減することができ、高速動作する半導体集積回路装置またはアクセス遅延の少ない半導体記憶装置が実現される。比較的遅いタイミングで動作してもよい内部回路に対しては、サブ電源線上の電圧ＶＣＬを比較的低い電圧レベルに設定し、一方、サブ接地線上の電圧ＶＳＬを比較的高い電圧レベルに設定することにより、サブスレッショルド電流を十分に抑制して、消費電流を低減する。これにより、何ら動作速度／アクセス時間に悪影響を及ぼすことなく低消費電流で動作する半導体集積回路装置が実現される。
【０１７１】
なお、基準電圧ＶＲＨ１、ＶＲＬ１、ＶＲＨ２、ＶＲＬ２は、それぞれ先の実施例において図９および図１１において示した構成を利用することができる。これは１つの回路からその出力ノードを別々とすることにより、２種類の基準電圧が発生される構成が利用されてもよく、また別々に基準電圧を発生する構成が利用されてもよい。
【０１７２】
この内部回路３２０としては、図２０に示す構成と同様、外部信号を受ける入力バッファ、すなわち、／ＲＡＳバッファ、／ＣＡＳバッファ、／ＷＥバッファおよびロウアドレスバッファなどが適用され、内部回路３２２は、ロウデコーダなどの回路を含む。
【０１７３】
［その他の変更例］
図１０に示すＭＯＳトランジスタＱ５およびＱ６は、それぞれｐチャネルＭＯＳトランジスタおよびｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いることができる。基準電圧の極性が切換えられればよく、またその接続も応じて変更される。動作モードに応じて基準電圧を変更する場合においても、その変更方向が逆とされる。これにより、図１０に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【０１７４】
また図１１に示す基準電圧発生回路においては、ｐチャネルＭＯＳトランジスタとｎチャネルＭＯＳトランジスタが用いられているが、一方の導電形式のＭＯＳトランジスタのみで構成されてもよい。
【０１７５】
【発明の効果】
以上のように、この発明に従えば、低消費電流で、アクセス遅延が十分に抑制される半導体集積回路装置を実現することができる。
【０１７７】
請求項１に係る発明に従えば、メイン電源電圧線とサブ電源電圧線の間にバックゲートに基準電圧を受けるダイオード接続された絶縁ゲート型電界効果トランジスタを用いたため、サブ電源電圧線上の電圧をスタンバイサイクル時に所望の電圧レベルに保持することができる。
【０１７８】
また、基準電圧を調節可能としたため、製造パラメータのばらつきに影響を受けることなく確実に所望の電圧レベルの基準電圧を発生することができ、応じてサブ電源電圧線上の電圧をスタンバイサイクル時に所望の電圧レベルに保持することができる。
【０１７９】
請求項２に係る発明に従えば、パワーダウンモード時において基準電圧のレベルを変更するように構成したため、このパワーダウンモード時においてサブ電源電圧線の電圧レベルを変更することができ、より消費電流を低減することができる。
【０１８０】
請求項３に係る発明に従えば、基準電圧レベルを調整するための手段として不良メモリセルを救済するための不良アドレスプログラム用の溶断可能なリンク素子と同じ材料で構成されるリンク素子を利用したため、この不良アドレスのプログラムと同一のプロセスにおいて基準電圧のレベル調整を行なうことができ、基準電圧のレベル調整の時間をほぼ無視することができ、製造時間を短縮することができる。
【０１８１】
請求項４に係る発明に従えば、外部信号を受ける入力バッファはメイン電源電圧線の電圧のみを動作電源電圧として動作するように構成し、少なくともロウアドレスデコーダはメイン／サブ電源電圧線の階層電源構造としたため、スタンバイサイクルからアクティブサイクル移行時において早いタイミングで外部信号を取込んで内部信号を発生することができ、アクセス遅延の増大を防止することができる。
【０１８３】
請求項６に係る発明に従えば、第２の論理ゲートのサブ電源線に対して基準電圧と電圧レベルの異なる第２の基準電圧をバックゲートに受ける、メイン電源電圧線とサブ電源電圧線の間に接続されたＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）を設けたため、第２の論理ゲートをスタンバイサイクル時におけるサブ電源電圧線の電圧と論理ゲートのサブ電源電圧線上のスタンバイサイクル時における電圧レベルを異ならせることができ、応じて論理ゲートの動作条件に従って最適な電圧レベルに各サブ電源電圧線上の電圧を設定することができスタンバイサイクル時における消費電流を低減しつつスタンバイサイクルからアクティブサイクル移行時における動作開始タイミングの遅れを最小とすることができ、高速動作する低消費電流の半導体集積回路装置を得ることができる。
【０１８５】
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施例である半導体集積回路装置の全体の構成を概略的に示す図である。
【図２】  図１に示す半導体集積回路装置の動作を示す信号波形図である。
【図３】  図１に示す半導体集積回路装置の周辺回路の構成をより詳細に示す図である。
【図４】  図１に示す半導体集積回路装置の周辺回路の構成をより詳細に示す図である。
【図５】  図３および図４に示す半導体集積回路装置の周辺回路の動作を示す信号波形図である。
【図６】  この発明の第１の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。
【図７】  図６に示す半導体集積回路装置の動作を示す信号波形図である。
【図８】  図６に示す差動増幅器の構成の一例を示す図である。
【図９】  この発明の第２の実施例である半導体集積回路装置に用いられる基準電圧発生回路の構成を示す図である。
【図１０】  この発明の第３の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。
【図１１】  図１０に示す基準電圧発生回路の構成の一例を示す図である。
【図１２】  図１０に示す絶縁ゲート型電界効果トランジスタの断面構造を概略的に示す図である。
【図１３】  第２および第３の実施例の効果を説明するための図である。
【図１４】  この発明の第４の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。
【図１５】  この発明の第５の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を概略的に示す図である。
【図１６】  図１５に示すレベル変更回路の構成の一例を示す図である。
【図１７】  図１６に示す回路の動作を示す信号波形図である。
【図１８】  図１５に示すレベル変更回路の他の構成を示す図である。
【図１９】  図１８に示す回路の動作を示す信号波形図である。
【図２０】  この発明の第６の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。
【図２１】  図２０に示す半導体集積回路装置の動作を示す信号波形図である。
【図２２】  この発明の第７の実施例である半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。
【図２３】  図２２に示す半導体集積回路装置の動作を示す信号波形図である。
【図２４】  従来のＣＭＯＳインバータの構成を示す図である。
【図２５】  従来のＣＭＯＳインバータの問題点を説明するための図である。
【図２６】  従来の半導体集積回路装置の要部の構成を示す図である。
【図２７】  図２６に示す従来の半導体集積回路装置の動作を示す信号波形図である。
【符号の説明】
１  メイン電源線、２，２ａ，２ｂ  サブ電源線、３  メイン接地線、４，４ａ，４ｂ  サブ接地線、１０  基準電圧発生回路、２０  電源端子、３０  接地端子、４０  基準電圧発生回路、５０  基準電圧発生回路、５，６  差動増幅器、Ｑ３，Ｑ４  スイッチングトランジスタ、Ｑ５，Ｑ６  ＭＯＳトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  可変抵抗、Ｌ１〜Ｌｎ，ＬＬ１〜ＬＬｎ  リンク素子、９１  スペアデコーダ、１００  メモリセルアレイ、１０２  アドレスバッファ、１０４  行選択回路、１０６  列選択回路、１０８  入出力回路、１１０制御回路、１２０  電源電圧記憶回路、１３０  接地電圧集積回路、２００  ／ＲＡＳバッファ、２０１  行アドレスバッファ、２１０  ／ＣＡＳバッファ、２１２  ／ＷＥバッファ、２３０  ロウデコーダ、２２０  Ｖｂｂ発生器、２５５Ｖｃｃ／２発生器、２５６  Ｖｐｐ発生器、１２，１４  レベル調整機能付基準電圧発生回路、３００  入力バッファ、３０１，３０２，３２０，３２２  内部回路、３１０，３１２，３１４，３１６，３２４，３２５，３２６，３２７
電圧設定部。
【図１】
0003645593.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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