JP3678331B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速でのデータ増幅が可能なデータ増幅回路とそれを用いた半導体記憶装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、CPUの高速化とアプリケーションの高性能化、及びシステム全体の高速化が進んでいることから、主記憶メモリのデータ転送の高速化と共に、ランダムアクセスの高速化が求められている。一方で、携帯情報端末機器では長時間のバッテリー駆動を可能にするため主記憶メモリの低消費電力化が強く求められている。これまでDRAMでは、内部素子の信頼性の確保や低消費電力化のために内部降圧電源VINTを用いて内部素子を動作させる方式が取られてきたが、この内部降圧電源VINTの低電圧化によって、データ増幅、特にセンスアンプの増幅速度が遅くなり、ランダムアクセスの高速化を妨げていた。
【0003】
これに対して、従来は以下のような方式を用いて対応してきた。
【0004】
第1の方式は、特開平9−204777号公報に開示されている方式であって、センスアンプの増幅動作の開始時に、センスアンプの電源電圧として一時的に内部降圧電位VINTの代わりに外部電源電位VDDを用いる方式である。
【0005】
これは、以下のような不具合を解消すべく提案された方式である。すなわち、センスアンプによるメモリセルからの読み出しデータを増幅する時には、多くの電流がこのセンスアンプ部において消費される。元々、センスアンプの電源電位としては低消費電力化のため内部降圧電源電位VINTが用いられているが、この内部降圧電源電位VINTの電流供給能力には限界がある。このため、上述のセンスアンプでのデータ増幅時には、電荷供給が不十分なことによる電圧降下が発生し、センスアンプのデータ増幅速度を遅くしてしまう。
【0006】
それに対し、上記特開平9−204777号公報に開示されている方式では、図16に示すように、各センスアンプ駆動回路の電源電位を内部高圧電源電位VINTと外部電源電位VDDとに切り換えるための電源電圧切り替え回路をセンスアンプブロック毎に設置して、データ増幅時に内部降圧電源電位VINTの代わりに電荷供給能力を充分もつ外部電源電位VDDを切り替えて供給するようにしている。この電源電位の切り替えにより、電荷供給不足によるセンスアンプのデータ増幅速度の遅れを防ぎ、高速化を実現していた。
【0007】
第2の方式は、特開平9−330591号公報や特開平10−125067号公報に開示されている方式であって、セルからの読み出しデータを一旦センスアンプへ取り込んだ後、このデータの増幅時にセンスアンプとビット線の間のスイッチングトランジスタ(シェアードスイッチ:SS)を完全に閉じる方式である。
【0008】
この方式は、下記のような不具合を解消すべく提案された方式である。通常、センスアンプが選択されていない場合はシェアードスイッチのゲート電位は外部電源電位VDDでる。センスアンプの選択時に選択されたメモリセル側のシェアードスイッチのゲート電位が再書き込み電位であるワード線昇圧電位VPPに遷移し、非選択側のシェアードスイッチのゲート電位は接地電位VSSに遷移してシェアードスイッチが閉じられる。ところが、センスアンプでデータを増幅する際にシェアードスイッチが完全に開いているために、このシェアードスイッチを介して、メモリセル側のビット線の容量及び抵抗がセンスアンプに対する負荷として働き、センスアンプの増幅動作を遅らせていた。
【0009】
これに対して、上述の特開平9−330591号公報や特開平10−125067号公報に開示されている方式では、図17(a)に示すように、ワード線が活性化されるとシェアードスイッチが開いてメモリセルからの読み出し電荷をセンスアンプへ取り込むが、その後、シェアードスイッチのゲート電位が外部電源電位VDDから接地電位VSSに下げられてシェアードスイッチが完全に閉じる。これにより、続いて行われるセンスアンプによるデータの増幅時には、シェアードスイッチを介してメモリセル側のビット線の容量及び抵抗がセンスアンプの負荷となることはなく、センスアンプのデータ増幅動作の高速化が実現できる。また、データの増幅後はシェアードスイッチのゲート電位が接地電位VSSから一気にワード線の電源電位VPPにまで上げられて、再書き込みが行なわれる。
【0010】
第3の方式は、論文[ISSCC-1997 DIGEST OF TECHNICAL PAPER P.66-67]に開示されている方式であって、センスアンプによるデータ増幅時におけるシェアードスイッチのゲート電位を、メモリセルからの微小読み出し電荷がセンスアンプに取り込まれるために必要かつ最低のレベルに低く抑える方式である。
【0011】
この方式では、図17(b)に示すように、センスアンプが選択されていない場合にはシェアードスイッチのゲート電位を接地電位VSSにして、シェアードスイッチを閉じることによりセンスアンプ側のビット線とメモリセル側のビット線とを完全に分離させる。また、この時のセンスアンプ側のビット線プリチャージ電位をメモリセル側のビット線プリチャージ電位よりも高い電位に設定しておく。センスアンプの選択時には、シェアードスイッチのゲート電位をメモリセルからの読み出し電荷がセンスアンプに取り込まれるために必要かつ最低のレベル(β+Vtn)(VtnはNMOSトランジスタのしきい値電圧)まで上げ、この状態でセンスアンプでのデータ増幅動作を行う。メモリセルへの再書き込みの際にも、このシェアードスイッチのゲート電位は変化せず、上述のメモリセルからの読み出し電荷がセンスアンプに取り込まれるために必要かつ最低のレベルを維持する。
【0012】
したがって、センスアンプ選択時には、センスアンプ側のビット線においてはメモリセル側のビット線に比べてそのプリチャージ電位が高いこととその容量が小さいことから、シェアードスイッチを開けて読み出し電荷をセンスアンプ内に取り込んだ際に、そのビット線対(BIT,/BIT)のビット線間電位差が先の読み出し時に比べて大きくなる(Low側の電位が降下してHi側との電位差が大きくなる)。これにより、センスアンプによるデータ増幅時にシェアードスイッチからメモリセル側のビット線の容量及び抵抗に起因するセンスアンプの負荷を低減することと、増幅動作の開始時の対をなすビット線間の電位差を大きくすることとにより、センスアンプのデータ増幅の高速化を実現しようとしていた。
【0013】
第4の方式は、センスアンプ起動のタイミング設定遅延素子として、容量を接続したインバータ・チェーンを使用する方式である。
【0014】
これは、図18に示すように、センスアンプの起動・停止タイミングの遅延特性を、ワード線の起動からこのワード線の立ち上がり,立ち下がり時間のRC遅延特性に合わせるために、センスアンプの起動・停止タイミングの遅延時間の設定を、容量を接続したインバータ・チェーンをその遅延回路として使用している方式である。これにより、温度変化に対応して必要とされたワード線の起動,停止タイミングに対するセンスアンプの起動・停止タイミングの余分な遅延時間を無くすことのできる回路構成になり、センスアンプの起動タイミングを早めて高速化を実現しようとしていた。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の方式についても、それぞれ以下のような不具合があった。
【0016】
第1の方式については、センスアンプによるデータ増幅時の供給電荷量は増加するものの、センスアンプブロックの選択時に同時に動作するセンスアンプでの消費電荷に対して電圧切り替え回路からの供給電荷が不足する事態を招いていた。このため、センスアンプの増幅能力を充分には上げられず、データ増幅速度の高速化効果が十分得られない。
【0017】
第2の方式については、シェアードスイッチのゲート電位を接地電位VSSへ降圧するタイミングを、メモリセルからの読み出し電荷をセンスアンプに取り込んだ後とするための調整が難しい。このタイミング設定には、電源電圧依存性、温度依存性、プロセスバラツキを考慮したタイミングマージンを加える必要が生じる。例えば電源電圧依存性については、以下の不具合がある。センスアンプの読み出しに要する時間は、電源電圧が高い場合にはそのタイミングは短くて済むが、電源電圧が低い場合にはそのタイミングは長くかかる。そのために、タイミングを低電圧時の読み出し特性に合わせて設定すると、高電圧時の読み出し時にはデータを取り込む前にシェアードスイッチが閉じてしまう。一方、タイミングを高電圧時の読み出し特性に合わせて設定すると、低電圧時の読み出し時にはデータが取り込まれてもなかなかシェアードスイッチが閉じず、これがセンスアンプの起動の遅れを生じさせる。すなわち、センスアンプの増幅動作自体の高速化は可能かもしれないが、タイミング調整を正確に行ないながら、センスアンプの起動,再書き込みを含めた動作速度を高速化するのが困難である。
【0018】
また、再書き込み時にシェアードスイッチのゲート電位を接地電位VSSから一気にワード線の電源電位にまで昇圧させるため、その電位発生回路であるワード線昇圧電位発生回路への負担が増え、このワード線昇圧電位発生回路の電荷供給能力を上げることによる発生回路自体での消費電力の増大と、ワード線昇圧電位の変動を減らす為の容量の増加によるチップ面積の増大とを併せて招く。
【0019】
第3の方式については、対をなすビット線間(BIT,/BIT)でのメモリセルからの読み出し電位差をデータ増幅時に大きくできるものの、このシェアードスイッチ電位制御方式のみではセルへの再書き込みは不十分となるため、センスアンプの構成を複雑なものにする必要がある。具体的には、Hi側データのレベルを十分あげるためのP型MOSトランジスタをシェアードスイッチのビット線側に設置する必要がある。しかしながら、この構成を採ると、通常のセンスアンプに比べて,P型MOSトランジスタが2つ多くなり、ウェルの分離を考慮するとセンスアンプ自体の面積増加を招くとともに構造も複雑となる。また、メモリセルデータを反転させる場合、シェアードスイッチを間に挟みながら、このP型MOSトランジスタを介してビット線間の電位差を取り込むデータに従って反転しなければならないので、異なるデータをメモリセルに書き込む動作の速度に遅れを生じる。
【0020】
第4の方式については、センスアンプの起動・停止タイミングの設定には、外部電源電圧の変化及びプロセスバラツキに対するセンスアンプ起動信号発生回路の遅延特性とワード線の起動からワード線の立ち上がりまでの時間、および、ワード線の停止から立ち下がりまでの時間の遅延特性の違いを考慮しなくてはならないため、ワード線の起動・停止のタイミングに対するセンスアンプの起動・停止のタイミングにマージンを持たせる必要性が生じ、センスアンプの起動タイミングに遅れを生じてしまう。
【0021】
本発明の主たる目的は、低電圧化,低消費電力化,小型化の要請に反することなく、読み出し動作速度の向上を図ることにある。
【0022】
より具体的には、センスアンプによるメモリセルのデータを増幅時に十分な電荷を供給すること、シェアードスイッチのゲート電位の電位切り替え制御を簡素化しながらデータ増幅時のセンスアンプの負荷を減らすこと、再書き込み時のワード線電位発生回路の負担を低減させ、あるいはメモリセルへの書き込み電位を十分確保しながらセンスアンプ起動・停止のタイミングをワード線の起動・停止の動作タイミングに合わせることなどを可能とする半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、情報を記憶するためのメモリセルを行列状に配置してなるメモリセルアレイと、上記メモリセルアレイの行に沿って延び、行に沿って配置された各メモリセルに接続されるワード線と、上記メモリセルアレイの列に沿って延び、列に沿って配置された各メモリセルに接続されるビット線と、上記メモリセルアレイのワード線に平行に配置され、上記ビット線に接続されてメモリセルに記憶された情報を増幅するための複数のセンスアンプにより構成される複数のセンスアンプ列と、上記センスアンプ列ごとに設けられ、各センスアンプにセンスアンプ駆動信号を供給する複数のセンスアンプ駆動回路と、複数の電源電圧を受け、出力を上記複数の電源電圧のうちのいずれか1つに切り替えて、この出力を上記センスアンプ駆動回路に電源電圧として供給する電源電圧制御回路とを備え、上記電源電圧制御回路は、上記ビット線に沿って並ぶセンスアンプ駆動回路群(4A、4B、4C)ごとに配置され、上記複数のセンスアンプ駆動回路にセンスアンプ駆動電源を供給するセンスアンプ駆動電源供給配線が上記ビット線に沿って延びている。
【0024】
これにより、同時に動作する複数のセンスアンプ駆動回路群に、それぞれ個別の電源電圧制御回路が接続されることになるので、各センスアンプへの電荷供給能力が向上する。これは、同時に動作するセンスアンプ数が少ないビット線方向に並ぶセンスアンプ駆動回路ごとに電源電圧制御回路が設けられているので、1つの電源電圧制御回路により供給するセンスアンプ数の低減により、メモリセルデータの増幅時にセンスアンプに十分な電荷供給を行うことができる。
【0025】
上記第1の半導体記憶装置において、上記複数の電源電位のうちの1つを内部降圧電位とし、上記電源電圧制御回路を、低消費電力モードのときには上記内部降圧電位のみを上記センスアンプ駆動回路に供給するように構成することにより、低消費電力モード時の動作(例えばCBRリフレッシュ,セルフリフレッシュなど)における消費電力が低減される。
【0026】
上記第1の半導体記憶装置において、上記複数の電源電位のうちの1つは内部降圧電位であり、上記ビット線とセンスアンプとの間に介設され、導通状態と非導通状態とに切り換わるスイッチングトランジスタと、上記スイッチングトランジスタの導通状態時における所定時間の間、上記スイッチングトランジスタのゲート電位を上記内部降圧電位に保持するセンスアンプ制御回路とをさらに備えることができる。
【0027】
これにより、センスアンプ制御回路によってセンスアンプの電源電圧がデータ増幅のために外部電源電位に切り替えられても、スイッチングトランジスタのゲート電位は内部降圧電位程度に抑えられるので、スイッチングトランジスタを挟むメモリセル側のビット線は外部電源電位まで昇圧されることなく内部降圧電源電位以下に抑えられることになる。
【0028】
上記第1の半導体記憶装置において、上記電源電圧制御回路を、上記メモリセルアレイの両側に配置することにより、同時に活性化されるワード線の数が多い場合にも電荷供給能力が高く維持される。
【0051】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明するが、以下の各実施形態における半導体記憶装置は、具体的にはいわゆるDRAMとして機能するものである。
【0052】
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0053】
−構成−
図1は、本実施形態に係る半導体記憶装置の概略構成を示す回路図である。
【0054】
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態の半導体記憶装置は、多数のメモリセル9をマトリックス状に配置してなるメモリセルアレイ(同図にはメモリセルアレイを分割した1つのメモリセルブロック19のみ表示されている)と、センスアンプ5などを配設したセンスアンプブロック10と、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cとを備えている。センスアンプブロック10は、センスアンプ起動回路2と、センスアンプ制御回路3Xと、センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cと、多数のセンスアンプ5を配列してなるセンスアンプ列6A,6Bとを備えている。本実施形態では、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cが電源電圧制御回路として機能する。
【0055】
また、行方向に延びて各メモリセル9のゲート電極に接続される多数のワード線7と、列方向に延びて各メモリセル9のドレインに接続される多数のビット線8とが設けられている。メモリセル9は、メモリセルトランジスタと、メモリセルトランジスタのソースに接続されるメモリセルキャパシタとにより構成されている。センスアンプ5は、ビット線8に接続されて、メモリセルキャパシタが保持する電荷に応じてデータが”0”か”1”かを検知する。センスアンプ駆動回路4A,4b,4C及びセンスアンプ制御回路3Xは、各センスアンプ5の動作を制御するものである。また、センスアンプ起動回路2は各センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cの増幅動作の開始・停止を行なわせるものである。なお、メモリセルブロック19内には、多数のメモリセルがマトリックス状に配置されており、多数のワード線7と多数のビット線8とが存在していて、各センスアンプ5は、いずれも各ビット線に接続されているが、この構造は周知のメモリセルブロックの構造であるので、それらの表示が省略されている。さらに、図中左方にも多数のメモリセルブロックと19と、センスアンプブロックとが交互に配置されているが、図1ではそれらの表示が省略されている。
【0056】
ここで、本実施形態に係る半導体記憶装置の特徴は、外部電源電位VDDとこれよりも低い内部降圧電源電位VINTとを受ける電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cが、各センスアンプ列5ごとに設けられているセンスアンプ駆動回路4A,4B,4Cに対して個別に、例えば、各1個づつ設置されており、かつ、ビット線8に平行に延びる駆動電源供給配線12a,12B,12Cに電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cが接続されている点である。つまり、一般的な常識では、センスアンプの制御はセンスアンプブロック10単位で行なわれるのであるが、本実施形態では、複数のセンスアンプブロック10に跨ってビット線に沿って並ぶセンスアンプ駆動回路群、例えば各センスアンプブロック10中のセンスアンプ駆動回路4Aのみを抜き出したセンスアンプ駆動回路群ごとに電源電圧切り替え回路1Aを設けているのである。
【0057】
この電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cは、配線11を介して入力されるバンク選択信号Sbsを受けて、出力信号を外部電源電圧VDDと内部降圧電源電位VPPとに切り換えて、その出力信号を駆動電源供給配線12A,12B,12Cを介して各センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cにそれぞれ供給している。駆動電源供給配線12A,12B,12Cは電源接続配線13により互いに接続されているが、この電源接続配線13は必ずしも設ける必要がない。
【0058】
センスアンプ起動回路2は、配線14を介してアドレス選択信号Sasを受けたときに、当該アドレスのメモリセルデータの増幅動作を開始,停止させるセンスアンプ起動信号Ssaを出力し、このセンスアンプ起動信号Ssaは配線15を介してセンスアンプ駆動回路4A,4B,4Cに送り込まれる。
【0059】
図2は、センスアンプ5内の構成と、 センスアンプ制御回路3Xとの接続関係を示す回路図である。同図に示すように、センスアンプ5は、ビット線8に介設されるメモリセルデータ増幅回路24と、メモリセルデータ増幅回路24を挟んでビット線8に介設された1対のシェアードスイッチ25A,25B(スイッチング用MOSトランジスタ)とを備えている。各シェアードスイッチ25A,25Bの各ゲートは、それぞれ配線16A,16Bを介してセンスアンプ制御回路3Xに接続されている。つまり、図1には、センスアンプ制御回路3Xと各センスアンプ5との間を接続する配線16が1本ずつしか記載されていないが、実際には1対の配線となっている。
【0060】
センスアンプ制御回路3Xは、アドレス選択信号Sasを受け、配線16A,16Bから、シェアードスイッチ25A,25Bのゲート電位を制御するためのシェアードスイッチ制御信号SctA ,SctB を出力し、このシェアードスイッチ制御信号SctA ,SctB によりシェアードスイッチ25A,25Bのオン・オフが制御される。すなわち、一方のシェアードスイッチ25Aが開くと、メモリセル9のデータがビット線8を介してメモリセルデータ増幅回路24に取り込まれる。なお、他方のシェアードスイッチ25Bが開くと、図中左方に配置されているメモリセル(図示せず)のデータがメモリセルデータ増幅器24に取り込まれる。
【0061】
各センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cは、駆動電源供給配線12A,12B,12Cを介して供給される外部電源VDD又は内部降圧電位VINTと、センスアンプ起動信号Ssaとを受けて、センスアンプ駆動信号Ssdを出力し、このセンスアンプ駆動信号Ssdがセンスアンプ電源電位配線17を介して各センスアンプ列6A,6B内のセンスアンプ5に供給されている。
【0062】
なお、バンク選択信号Sbsは、CBRリフレッシュ動作,セルフフレッシュ動作などの低消費電力モードと外部アクセス動作モードとについて、その活性化を区別するための信号とすることもある。
【0063】
−回路動作−
次に、以上のような構成の半導体記憶装置の動作について説明する。
【0064】
まず、あるメモリセル9の選択動作時には、バンク選択信号Sbsによって、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cの出力が待機時の内部降圧電源電位VINTから外部電源電位VDDへと切り替えられる。これと並行して、メモリセルブロック19を挟んで選択されたセンスアンプブロック10においては、シェアードスイッチ25A(又は25B)のゲート電位を制御するシェアードスイッチ制御信号SctA (又はSctB )が活性化されて、ビット線8上に読み出されたメモリセルデータがセンスアンプ5に取り込まれる。メモリセルデータが取り込まれた後にセンスアンプ起動信号Ssaが活性化され、センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cが動作を開始する。そして、センスアンプ電源電位配線17の電位は、ビット線プリチャージレベルから外部電源電位VDDに切り替えられ、センスアンプ5がメモリセルデータの増幅動作を行う。
【0065】
このメモリセルデータの増幅時におけるセンスアンプ5の電源電圧の供給経路は、その配置場所によって異なる。すなわち、電源電圧がセンスアンプ駆動回路4A,駆動電源供給配線12Aを経由して電源電圧切り替え回路1Aから供給される経路と、電源電圧がセンスアンプ駆動回路4B,駆動電源供給配線12Bを経由して電源電圧切り替え回路1Bから供給される経路と、電源電圧がセンスアンプ駆動回路4C,駆動電源供給配線12Cを経由して電源電圧切り替え回路1Cから供給される経路とがある。
【0066】
メモリセルデータの増幅後一定時間が経過すると、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cにより、駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電位が外部電源電位VDDから内部降圧電源電位VINTに戻される。このタイミングに合わせてシェアードスイッチ制御信号Sctの電位が上昇して、シェアードスイッチ25A(又は25B)のゲート電位がワード線昇圧電位VPPに昇圧されると、再書き込み動作が開始される。このタイミングは、例えば上述のバンク選択信号Sbsが流れる配線11に遅延回路を用いて調整することができる。
【0067】
ここで、バンク選択信号SbsをCBRリフレッシュ,セルフリフレッシュ動作などの低消費電力モードと外部アクセス動作モードとで切り分けて、上記電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cによる電源電圧切り替え動作を低消費電力動作モードのときには行なわない構成を採ることが好ましい。その理由は、センスアンプ5のアクセス時に供給電圧を高くする理由は、アクセスに要する時間を短縮するにはコラムデコーダからのアドレス選択信号が入った後速やかにデータをセンスアンプ5から取り出す必要があり、そのためにはコラムデコーダからのアドレス選択信号Sasが入るまでにセンスアンプ5内でデータがすばやく増幅されている必要があるからである。ところが、CBRリフレッシュ,セルフリフレッシュ動作などは外部からのアクセスとは無関係に行なわれる動作であるので、上述のような高速化を図る必要はない。したがって、CBRリフレッシュ,セルフリフレッシュなどの外部からのアクセスとは無関係の動作を低消費電力モードとし、外部アクセス動作モードについてのみセンスアンプへの供給電圧を内部降圧電位VINTから外部電源電圧VDDに切り替える制御を行なうようにしてもよい。
【0068】
−効果−
以上のように、本実施形態の半導体記憶装置は、センスアンプの電源電圧供給源として、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cを、ビット線8に沿って並ぶセンスアンプ駆動回路4A,4B,4Cのそれぞれに対して個別に設置しているので、メモリセルデータの増幅の際、センスアンプ5でのデータ増幅に必要な電荷をこれら電圧切り替え回路1A,1B,1Cから供給することが可能となり、センスアンプ列6A,6B内のセンスアンプ5が一斉起動した時に発生していたHi側データ増幅に必要な電荷の供給不足を防げ、センスアンプのデータ増幅速度の高速化が図れる。
【0069】
特に、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cからビット線8に沿って延びる駆動電源供給配線12A,12B,12Cにより、各センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cを接続しているので、電荷の供給能力の向上効果が大きくなる。その理由は、ワード線7方向に沿って各センスアンプ駆動回路4A,AB,ACを接続する配線につながるセンスアンプの数が例えば1000個程度であるのに対し、本実施形態のごとく、駆動電源供給配線12A,12B,12Cによりビット線8方向に沿って各センスアンプ回路4A,4B,4Cを接続した場合には、各駆動電源供給配線12A,12B,12Cに接続されるセンスアンプの数はその1/9〜1/8程度に低減されるので、駆動電源供給配線12A,12B,12Cの負荷が大幅に小さくなるからである。
【0070】
また、CBRリフレッシュ,セルフリフレッシュ動作などの低消費電力モードつまりセンスアンプのデータ増幅動作の高速化を比較的必要としない場合には、バンク選択信号Sbsをこの動作モード時に発生させない制御構成にすることによって、この動作モードに限り、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cによる電源電圧の切り替え制御が行なわれないので、センスアンプ駆動回路4A,4B,4Cへの駆動電源供給配線12A,12B,12Cと、センスアンプ電源電位配線17との電位変化に伴う配線の充放電を無くすことができ、CBR電流,セルフリフレッシュ電流などを減らすことができる。
【0071】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0072】
−構成−
本実施形態においても、第1の実施形態で説明した図2に示すセンスアンプ5及びセンスアンプ制御回路3Xの構成を採っている。
【0073】
図3は、本実施形態に係るセンスアンプ制御回路3Xの具体的な構成を示す回路図である。図3に示すように、センスアンプ制御回路3Xは、シェアードスイッチ25A,25Bのゲートにワード線昇圧電位VPPを供給するPMOSトランジスタ28と、接地電位VSSおよび外部電源電位VDD(VDDmax =VPP−Vtn)を供給するインバータ29と、該インバータ29の出力をドレインに受けるNMOSトランジスタ30と、NMOSトランジスタ30のゲート(ノード2)電位を供給する電源電圧VPPのインバータ31とから構成されている。ここで、ノード1はインバータ29の出力側とNMOSトランジスタ30のドレインとの間のノードであり、ノード2はインバータ31の出力側とNMOSトランジスタ30のゲートとの間のノードであり、ノード3はPMOSトランジスタ28のゲートに繋がるノードである。
【0074】
−回路動作−
図4は、本実施形態に係る半導体記憶装置の読み出し動作時におけるシェアードスイッチ制御信号SctA ,SctB と、この制御信号SctA ,SctB を発生させるセンスアンプ制御回路3Xの動作のシーケンスを示すタイミングチャートである。
【0075】
同図に示すように、メモリセルブロック19のワード線が選択された時(図中のタイミングtws)、アドレス選択信号Sasの立ち上がりによって、インバータ29が駆動されると、待機時に接地電位VSSであった選択ワード線側のシェアードスイッチ25Aへのシェアードスイッチ制御信号SctA は、外部電源(電位VDD)によって、ノード1からNMOSトランジスタ30を介してノード1の電位で決まる値へ昇圧される。このとき、ノード3の電位はまだワード線昇圧電位VPPであるのでPMOSトランジスタ28はオフ状態にある。また、ノード2の電位は待機時ワード線昇圧電位VPPであるので、NMOSトランジスタ30はオン状態にある。したがって、シェアードスイッチ25Aのシェアードスイッチ制御信号SctA は、VDD≦VPP−Vtn(VtnはNMOSトランジスタ30のしきい値電圧)の場合には外部電源電位VDDに、VDD>VPP−Vtnの場合には電位(VPP−Vtn)に、それぞれ昇圧される。すなわち、外部電源電位VDDが低電圧の時にはその電位VDDまで、外部電源電位VDDが高電圧の時には電位(VPP−Vtn)まで昇圧される。
【0076】
続いて、センスアンプ起動信号Ssaが接地電位VSSから外部電源電位VDDに遷移すると(同図のタイミングtrw)、ノード2の電位が接地電位VSSに、続いてノード3の電位が同じく接地電位VSSに遷移する。このとき、NMOSトランジスタ30はオフ状態になり、PMOSトランジスタ28はオン状態になる。そして、シェアードスイッチ25Aへのシェアードスイッチ制御信号SctA は、PMOSトランジスタ28を介してメモリセルへのデータ再書き込みのためのワード線昇圧電位VPPへと昇圧される。
【0077】
一方、ワード線のリセット時(図中のタイミングtwr)には、アドレス選択信号Sasの立ち下がりによって、ノード3の電位がワード線昇圧電位VPPに遷移し(PMOSトランジスタ28がオフ状態に)、続くセンスアンプ起動信号Ssaのリセット(外部電源電位VDDから接地電位VSSへの立ち下がり)によって、ノード2の電位がワード線昇圧電位VPPに(NMOSトランジスタ30がオン状態に)なるので、シェアードスイッチ25Aのシェアードスイッチ制御信号SctA は、NMOSトランジスタ30を介して、ノード1の電位である接地電位VSSまで降圧される。
【0078】
なお、メモリセルへのデータ再書き込みのためのシェアードスイッチ制御信号SctA の昇圧タイミング(図中のタイミングtrw)は、図4の破線に示すように、センスアンプ起動信号Ssaの立ち上がりよりも一定時間遅いタイミングであっても構わない。あるいは、この再書き込みのためのシェアードスイッチ制御信号SctA の昇圧タイミングは、アドレス選択信号Sasの立ち上がりから一定時間遅いタイミングに設定されていても構わない。
【0079】
ここで、非選択側のメモリセルブロック(図2には図示されていないが、センスアンプ制御回路3Xの左方に存在するもの)のシェアードスイッチ25Bのシェアードスイッチ制御信号SctB は、上記動作の間、接地電位VSSに維持されている。
【0080】
−効果−
以上のように、本実施形態に係る半導体記憶装置では、センスアンプ5におけるメモリセルデータの増幅を行なう一定期間の間、シェアードスイッチ25Aのゲート電位(シェアードスイッチ制御信号SctA )が外部電源電位VDDに保持されているので、特に、外部電源電位VDDの低電圧時に、センスアンプ5によりシェアードスイッチ25Aからメモリセル側のビット線22に充放電するための電荷(負荷)が少なくなる。そして、この制御のために上記従来の公報の技術のごとくメモリセルデータのセンスアンプへの取り込み動作の途中でシェアードスイッチ25Aを閉じた状態から開く動作を行なう必要はないので、上記従来の技術のようなタイミング調整の困難を招くことはなく、センスアンプ5の起動をも含めた動作速度の高速化を図ることができる。
【0081】
また、データの再書き込み動作時(図4のタイミングtrw)は、すでに外部電源電位VDD(又はVPP−Vtn)まで昇圧されているシェアードスイッチ25Aのゲート電位(シェアードスイッチ制御信号SctA )をワード線昇圧電位VPPに昇圧させればよいだけであるので、ワード線昇圧電位発生回路(図示せず)が昇圧する必要のある電位差は、ワード線昇圧電位VPPと外部電源電位VDDとの差(VPP〜VDD)程度である。したがって、従来必要であった昇圧電位差(VPP〜VSS)に比べて昇圧電位差を大きく低減することが可能になり、ワード線昇圧電位発生回路の電荷供給能力を抑制することができる。よって、ワード線昇圧電位発生回路の低消費電力化と、その電荷供給能力を抑えることによる平滑容量低減によるチップ面積の縮小を図ることができる。
【0082】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0083】
−構成−
図5は、本実施形態に係る半導体記憶装置の概略構成を示す回路図である。
【0084】
同図に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、上記第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成に加えて、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cの出力信号(駆動電源供給配線12A,12B,12Cを介してセンスアンプ駆動回路4A,4B,4Cに供給される電源)を外部電源電位VDDと内部降圧電位VINTとに切り替えるタイミングを制御するための電圧切り替えタイミング発生回路18を備えている。本実施形態では、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cと電圧切り替えタイミング発生回路18とにより、電源電圧制御回路が構成されている。さらに、センスアンプ制御回路3の出力信号であるシェアードスイッチ制御信号Sct(シェアードスイッチ制御信号SctA ,SctB )は、センスアンプ5によるメモリセルデータの増幅時に、一定期間の間、内部降圧電源電位VINTとNMOSトランジスタ30(図3参照)のしきい値電圧(Vtn)の電位を加算した電位(VINT+Vtn)を保持するように構成されている。その他の構成は上記第1の実施形態に係る半導体記憶装置の構成と同じである。
【0085】
また、本実施形態では、電圧切り替えタイミング発生回路18は、配線11に接続されてバンク選択信号Sbsを入力信号として受けるものであるが、センスアンプ起動信号Ssaを出力する第1の実施の形態におけるセンスアンプ起動回路2と同一の回路構成を有している。
【0086】
図6は、本実施形態におけるセンスアンプ制御回路3Yの構成を示す回路図である。
【0087】
同図に示すように、本実施形態におけるセンスアンプ制御回路3Yは、上記第2の実施形態におけるセンスアンプ制御回路3Xの構成に加えて、ノード6の前段側に設けられたインバータ44と、インバータ31とNMOSトランジスタ30との間に介設されたNMOSトランジスタ46と、NMOSトランジスタ46とNMOSトランジスタ30との間のノード5に接続される電源供給ラインに介設された2つのNMOSトランジスタ47,48と、電源投入時の電位を決める回路49とを備えている。ただし、図3におけるノード1,2,3は、図6においてはノード4,5,6と表示されている。このNMOSトランジスタ47のドレインは内部降圧電源電位VINTを供給する電源に接続されている。
【0088】
−動作−
本実施形態に係る半導体記憶装置においては、メモリセルの選択動作時に、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cの電源電位切り替え動作が電圧切り替えタイミング発生回路18によって制御される。すなわち、駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電位が内部降圧電位VINTから外部電源電位VDDへ切り替えられる電圧切り替えと、メモリセルデータの増幅から所定時間経過した後に駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電位が外部電源電位VDDから内部降圧電源電位VINTへ切り替えられる電圧切り替えとが、センスアンプ5のデータ増幅動作に合わせて行われる。
【0089】
また、このセンスアンプ電源供給配線12A,12B,12Cの外部電源電圧VDDから内部降圧電源電位VINTへの電圧切り替えタイミングに合わせて、シェアードスイッチ制御信号Sctが電位(VINT+Vtn)からワード線昇圧電位VPPに昇圧され、データの再書き込み動作が行われる。
【0090】
図7は、本実施形態に係る半導体記憶装置の読み出し動作時におけるシェアードスイッチ制御信号Sctと、この信号Sctを発生させるセンスアンプ制御回路3Yの動作のシーケンスを示すタイミングチャートである。
【0091】
同図に示すように、メモリセルブロック19のワード線が選択された時(図中のタイミングtws)、アドレス選択信号Sasの立ち上がりによって、インバータ29が駆動されると、待機時に接地電位VSSであったシェアードスイッチ制御信号Sctは外部電源により駆動,昇圧される。この時、ノード5は待機時ワード線昇圧電位VPPとNMOSトランジスタ30のしきい値電圧Vtnの差の電位(VPP−Vtn)からNMOSトランジスタ30によるセルフブート効果によって昇圧される。しかし、ノード5の電位の最大値は、NMOSトランジスタ47とNMOSトランジスタ48により、内部降圧電位VINTと各NMOSトランジスタ47,48のしきい値電圧(いずれもVtnとする)とを加算した電位(VINT+2×Vtn)に設定される。このとき、PMOSトランジスタ28はオフ状態にあり、NMOSトランジスタ30はオン状態にある。このため、シェアードスイッチ制御信号Sctの電圧値は、ノード4,ノード5及びNMOSトランジスタ29によって、最大値電位(VINT+Vtn)に設定される。ただし、この最大値は、ノード4の外部電源電位VDDの値によって変わり、外部電源電位VDDが電位(VINT+Vtn)以下の場合には外部電源電位VDDになり、外部電源電圧VDDが電位(VINT+Vtn)以上の場合には電位(VINT+Vtn)になる。
【0092】
続いて、センスアンプ起動信号Ssaが接地電位VSSから外部電源電位VDDに遷移すると(同図のタイミングtrw)、ノード5の電位が接地電位VSSに、続いてノード6の電位が同じく接地電位VSSに遷移する。このとき、NMOSトランジスタ30はオフ状態になり、PMOSトランジスタ28はオン状態になる。そして、シェアードスイッチ25Aへのシェアードスイッチ制御信号SctA は、PMOSトランジスタ28を介してメモリセルへのデータ再書き込みのためのワード線昇圧電位VPPへと昇圧される。
【0093】
一方、ワード線のリセット時(図中のタイミングtwr)には、アドレス選択信号Sasの立ち下がりによって、ノード6の電位がワード線昇圧電位VPPに遷移し(PMOSトランジスタ28がオン状態に)、続くセンスアンプ起動信号Ssaのリセット(外部電源電位VDDから接地電位VSSへの立ち下がり)によって、ノード5の電位が電位(VPP−Vtn)に(NMOSトランジスタ30がオン状態に)なるので、シェアードスイッチ25Aのシェアードスイッチ制御信号SctA は、NMOSトランジスタ30を介して、ノード4の電位である接地電位VSSまで降圧される。
【0094】
なお、メモリセルへのデータ再書き込みのためのシェアードスイッチ制御信号Sctの昇圧タイミング(図中のタイミングtrw)は、図7の破線に示すように、センスアンプ起動信号Ssaの立ち上がりよりも一定時間遅いタイミングであっても構わない。あるいは、この再書き込みのためのシェアードスイッチ制御信号Sctの昇圧タイミングは、アドレス選択信号Sasの立ち上がりから一定時間遅遅いタイミングに設定されていても構わない。
【0095】
−効果−
以上のように、本実施形態の半導体記憶装置は、シェアードスイッチ制御信号Sctに一定期間、内部降圧電源電位VINTとNMOSトランジスタのしきい値電圧Vtnとを加算した電位(VDD+Vtn)を保持させるセンスアンプ制御回路3Yを設けることによって、センスアンプ5による読み出しデータの増幅時に、シェアードスイッチ25A,25Bのゲート電位を電位(VINT+Vtn)以下に抑制しておくことができる。これにより、第1及び第2の実施形態と同様に、センスアンプ5のビット線負荷はデータ増幅の際の一定期間の間低減されるので、上述の理由により、低電圧時におけるデータ増幅動作の高速化を図ることができる。
【0096】
加えて、本実施形態では、電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cによってセンスアンプ電源電位配線17の電位が外部電源電圧VDDに切り替わっていても、シェアードスイッチ25A,25Bを挟んでセンスアンプ5に接続されるメモリセル側のビット線8の電位を外部電源電圧VDDまで過剰に昇圧させることなく内部降圧電源電位VINT以下に抑えることができ、メモリセルトランジスタ9の信頼性の向上を図ることができる。
【0097】
その場合、電圧切り替えタイミング発生回路18の構成をセンスアンプ起動回路2と同一構成にすることにより、センスアンプ5によるデータの増幅時に、センスアンプ5でのメモリセルデータの増幅のタイミングに合わせた駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電位の外部電源電圧VDDから内部降圧電源電位VINTへの切り替えができる。そして、これにより、この駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電位を外部電源電圧VDDから内部降圧電源電位VINTに切り替えるタイミングと、シェアードスイッチ制御信号Sctの電位を電位(VINT+Vtn)からワード線昇圧電位VPPに切り替えるタイミングとを相対的に合わせるができるので、メモリセルトランジスタ9の信頼性を確保しながら再書き込み動作の高速化を図ることができる。
【0098】
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0099】
−構成−
図8は、本実施形態に係る半導体記憶装置の概略構成を示す回路図である。本実施形態に係る半導体記憶装置は、上記第3の実施形態に係る半導体記憶装置の構成とは、上述の電源電圧切り替え回路及び電圧切り替えタイミング発生回路をメモリセルアレイ,センスアンプなどを挟んで1対設けている点が異なる。
【0100】
すなわち、図8に示すように、メモリセルアレイ及びセンスアンプブロック10(図5には、その一部のメモリセルブロック19やセンスアンプブロック10が示されている)を含むメモリセルアレイ&センスアンプ部41を挟んで、電源電圧切り替え回路1AT,1BT,1CT及び1AB,1BB,1CBと、電圧切り替えタイミング発生回路18T,18Bとをそれぞれ配置してなる1対の電圧切り替え部52T,52Bが設けられている。ただし、メモリセルアレイ&センスアンプ部41の詳細な構造は図5から容易に理解できるので、図示を省略している。そして、電源電圧切り替え回路1ATと電源電圧切り替え回路1ABとの間、電源電圧切り替え回路1BTと電源電圧切り替え回路1BBとの間、電源電圧切り替え回路1CTと電源電圧切り替え回路1CBとの間は、それぞれその出力信号をセンスアンプ駆動回路4A,4B,4Cに供給するための駆動電源供給配線12A,12B,12Cによって接続されている。
【0101】
ここで、図8には図示されていないが、電圧切り替えタイミング発生回路18T,18Bには、バンク選択信号Sbsがその発信源からそれぞれ電圧切り替えタイミング発生回路18T、18Bに到達する時間の差を調整するための回路が配設されている。
【0102】
−動作−
本実施形態においても、駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電圧切り替わり動作は、第3の実施形態で説明した動作と同じである。ただし、メモリセルアレイを挟んで設置された電圧切り替え部52T,52Bでは、その起動信号であるバンク選択信号Sbsのそれぞれの回路への到達時間の差が電圧切り替えタイミング回路18T,18Bで調整され、駆動電源供給配線12A,12B,12Cの電位を切り替える動作は同じタイミングで行なわれる。
【0103】
加えて、本実施形態においても、電圧切り替えタイミング回路18T,18Bがセンスアンプ起動回路2と同じ構成をとることから、その切り替え動作はセンスアンプ5の起動,停止動作と相対的に同期した動作が行われる。
【0104】
−効果−
以上のように、本実施形態の半導体記憶装置は、メモリセルアレイ&センスアンプ部41を挟んで両側に電圧切り替えタイミング回路18T,18Bと電源電圧切り替え回路1AT〜1CT,1AB〜1CBとを設置することによって、記憶容量の増大に伴ってメモリセルアレイ当りの同時に選択されるワード線数が増えた場合でも、センスアンプによるデータ増幅時における電荷供給能力を高く維持することにより、センスアンプのデータ増幅速度の高速化を図ることができる。
【0105】
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0106】
−構成−
図9は、本実施形態に係る半導体記憶装置の概略構成を示す回路図である。
【0107】
本実施形態に係る半導体記憶装置は、上記第1の実施形態に示す半導体記憶装置と同様の構成を有する半導体記憶装置を前提としている。ただし、図1に示す電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cは必ずしも備えている必要はないし、あるいは、図1に示す位置に電源電圧切り替え回路が設けられていてもよい。また、センスアンプ制御回路やセンスアンプ駆動回路は図示されていないが、一般的にはこれらの回路も設けられている。
【0108】
図9に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、ワード線選択信号発生回路61と、ワード線駆動信号発生回路62と、ワード線駆動回路63と、センスアンプ起動回路2Xとを備えている。そして、本実施形態に係るセンスアンプ起動回路2Xは、ワード線選択信号発生回路61と同じ回路構成をとるダミーワード線選択信号発生回路67と、ワード線駆動信号発生回路62と同じ回路構成をとるダミーワード線駆動信号発生回路68と、ワード線駆動回路63と同じ回路構成をとるダミーワード線駆動回路69と、タイミング調整用の遅延回路70を備えている点が特徴である。なお、図9に示すワード線選択信号発生回路61と、ワード線駆動信号発生回路62と、ワード線駆動回路63とは上記各実施形態に係る半導体記憶装置にも備えられている。また、メモリセルトランジスタ64及びメモリセルキャパシタ65を配置したメモリセル9は図1に示すメモリセルブロック19内に配置されているものであるし、センスアンプ5は図1に示すセンスアンプ列6A,6Bに配置されているものであるが、ここでは、動作の理解を容易にするために孤立した状態で示している。
【0109】
また、74はワード線選択信号発生回路61の起動信号であるロウアドレス信号(ロウブロック選択信号)Srbが入力される配線、75はワード線起動信号Swaが入力される配線である。さらに、図1などに示す構成と同様に、ワード線7,ビット線8,ワード線7によるメモリセルデータの読み出し及びワード線の選択停止に合わせてセンスアンプを起動停止する信号であるセンスアンプ起動信号Ssaが流れる配線15などの配線が設けられている。
【0110】
−動作−
まず、ワード線のセット動作について説明する。
【0111】
ワード線起動信号Swaによってワード線駆動信号発生回路62が動作し、続いて、ロウアドレス信号Srbによってワード線選択信号発生回路61が動作し、このワード線駆動信号発生回路62の出力信号とワード線選択信号発生回路61の出力信号とによってワード線駆動回路63が駆動されてメモリセル選択用ワード線7が起動される。このメモリセル選択用ワード線7の起動により、メモリセル9からメモリセルトランジスタ64を通してビット線8に電荷が読み出される。メモリセル9から読み出された電荷は、センスアンプ起動信号Ssaによって起動されるセンスアンプ5によって増幅される。このワード線7のセット動作(メモリセルからの読み出し電荷がセンスアンプ5内に取り込まれる動作)完了後に、センスアンプ起動信号Ssaのセット動作が開始される。
【0112】
次に、ワード線のリセット動作について説明する。
【0113】
まず、ワード線起動信号Swaのリセットによってワード線駆動信号発生回路62がリセットされる。これにより、ワード線駆動回路63を介してワード線7の電位の接地電位VSSへのリセットが開始する。続いて、ワード線起動信号Swaのリセットによってワード線選択信号発生回路61がリセットされる。このワード線7のリセット動作完了後に、センスアンプ起動信号Ssaのリセット動作が開始される。
【0114】
次に、センスアンプ起動信号Ssaによるセット動作について説明する。
【0115】
まず、メモリセル選択用ワード線7の起動時と同様に、ワード線起動信号Swaによってダミーワード線駆動信号発生回路68が動作し、続いて、ロウアドレス信号Srbによってダミーワード線選択信号発生回路67が動作して、このダミーワード線駆動信号発生回路68の出力信号とダミーワード線選択信号発生回路67の出力信号とによってダミーワード線駆動回路69が起動される。そして、このダミーワード線駆動回路69の出力信号は、遅延回路70を介しセンスアンプ起動信号Ssaとして出力される。遅延回路70は、その際にメモリセル選択用ワード線7の立ち上がりタイミングに対するセンスアンプ起動信号Ssaのタイミングのずれが最適になるような遅延値を有する。すなわち、ワード線7の電位が立ち上がってメモリセル9からデータが出てきたときに、センスアンプ5を動作させてデータの増幅動作を開始するように、両者のタイミングが調整されている。
【0116】
次に、センスアンプ起動信号Ssaのリセット動作について説明する。
【0117】
ワード線7のリセット動作が完了した後に、ワード線起動信号Swaのリセットによってダミーワード線駆動信号発生回路68がリセットされる。これにより、ダミーワード線駆動回路69および遅延回路70を介してセンスアンプ起動信号Ssaによるリセット動作が開始する。続いて、ロウアドレス信号Srbのリセットによってワード線選択信号発生回路67がリセットされる。遅延回路70は、その際にメモリセル選択用ワード線72の立ち下がりタイミングに対するセンスアンプ起動信号Ssaの立ち下がりタイミングのずれが最適になるような遅延値を有する。
【0118】
−効果−
以上のように、本実施形態の半導体記憶装置は、メモリセル選択用ワード線7の選択から発生、および、非選択からリセットまでの動作を制御するための回路(ワード線選択信号回路61,ワード線駆動信号発生回路62,ワード線駆動回路63)と、センスアンプ起動信号Ssaの発生、および、リセットまでの動作を制御する回路(ダミーワード線選択信号回路67,ダミーワード線駆動信号発生回路68,ダミーワード線駆動回路69)を互いに同じ回路構成にすることによって、メモリセル選択用ワード線7の電位の電源電圧依存性,温度依存性,プロセスバラツキ依存性(例えばトランジスタのゲート長のバラツキ)と、センスアンプ5の起動・停止タイミングの電源電圧依存性,温度依存性,プロセスバラツキ依存性とを合わせることができる。すなわち、ワード線7の電位とセンスアンプ起動信号Ssaとが電源電圧,温度などの変化に応じてそのタイミングを変化させる方向及び変化の程度がほぼ共通化されるので、これらのパラメータの変化の影響を見込んだタイミングのマージンを最小限に抑制することができ、その結果、センスアンプによるデータ増幅の高速化を図ることができる。
【0119】
ただし、全体としてのタイミングが各パラメータの変化によって大きく崩れなければよいので、例えば、ダミーワード線選択信号発生回路67のみがワード線選択信号発生回路61と同一のレイアウトを有していてもよい。また、ダミーワード線駆動信号発生回路68がワード線駆動信号発生回路62と同一のレイアウトを有していなくてもよい。さらに、ダミーワード線駆動回路69がワード線駆動回路63と同一のレイアウトを有していなくてもよい。
【0120】
次に、図10は、本実施形態の変形例に係る半導体記憶装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、センスアンプ起動回路2Yは、図9に示すようなダミーワード線駆動信号発生回路68を備えておらず、ダミーワード線駆動回路69は、ワード線選択信号発生回路67の出力とワード線昇圧電位VPPとを受けてセンスアンプ起動信号Ssaを出力するように構成されている。この変形例の構成によっても、上述のような本実施形態の半導体記憶装置と同様の効果を発揮しながら回路構成の簡素化を図ることができる。
【0121】
なお、ここでワード線選択信号発生回路61の起動信号とワード線起動信号Swaとして、例えば冗長判定回路の出力信号である正規ワード線選択信号、あるいは、冗長ワード線選択信号を用いて、起動・停止のタイミングを共通化すれば、さらに回路構成の簡素化を図ることができる。すなわち、ワード線7の電位とセンスアンプ起動信号Ssaとが電源電圧,温度などの変化に応じてそのタイミングを変化させる方向及び変化の程度が共通化されるので、これらのパラメータの変化の影響を見込んだタイミングのマージンを最小限に押さえることができ、その結果、センスアンプによるデータ増幅の高速化を図ることができる。
【0122】
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0123】
−構成−
図11は本実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイの一部を示す回路図であり、図12は本実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルの構造を示す断面図である。本実施形態においても、図1に示す半導体記憶装置の構成を前提としている。ただし、図1に示す電源電圧切り替え回路1A,1B,1Cは配置されていない。そして、すでに説明した第5の実施形態における図9又は図10に示すワード線選択信号発生回路61と、ワード線駆動信号発生回路62と、ワード線駆動回路63と、センスアンプ起動回路2とを備えていることが前提である。
【0124】
図11に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、データのリードライトに使用されるメモリセル9と、各メモリセル9のメモリセルトランジスタのゲートとしても機能するメモリセル選択用ワード線7とを備えている。さらに、メモリセル9と同じ構造を有するメモリセルトランジスタ及びメモリセルキャパシタからなりデータのリードライトには通常使用されないダミーメモリセル82と、メモリセル選択用ワード線7と同じ材料により構成され、メモリセル領域とセンスアンプ部との段差緩和のために設けられ通常メモリセル選択には使用していないダミー配線81と、ダミー配線81のレベルを検知するためのレベル検知回路83とを備え、上記ダミー配線81とレベル検知回路83とによって、図9又は図10に示す遅延回路70が構成されている。レベル検知回路83は、論理しきい値をトランジスタサイズ等の比を変えることにより設定していることを特徴としている。なお、ビット線8とダミービット線86とを切り離すべく接地に接続された切り離し用ワード線84が設けられている。
【0125】
次に、本実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセル部の断面構造について説明する。図12に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、メモリセル9のメモリセルトランジスタのゲート電極となるメモリセル選択用ワード線7と、切り離し用ワード線84と、ダミーセル82のメモリセルトランジスタのワード線となるダミー配線81とが順に配置されている。このとき、ダミー配線81は、メモリセルアレイの端部に、つまり、メモリセル部とセンスアンプ部の境界に設けられており、基板上のメモリセル部とセンスアンプ部との間の段差を緩和するように構成されている。
【0126】
−動作−
図9又は図10に示すセンスアンプ起動回路2X(又は2Y)内のダミーワード線駆動回路69の出力信号であるセンスアンプ起動信号Ssaが遅延回路70に相当する本実施形態のダミー配線81及びレベル検知回路83に入力されると、以下の動作が行なわれる。すなわち、メモリ選択に使用するワード線7と同じ負荷82をもつダミー配線81を介してレベル検知回路83に伝わり、レベル検知回路83からセンスアンプ起動信号Ssaが出力される。この時、ダミー配線81の遅延時間を決定するRC特性は、メモリセル選択用ワード線7のそれと同一の特性を持っている。また、このレベル検知回路83にはヒステリシス特性を持たせ、論理しきい値を、ダミー配線81の立ち上り時には(ビット線プリチャージ電位)+(メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vtn)+(バックバイアス効果分)に、立ち下がり時には(メモリセルトランジスタのしきい値電圧VtnLow )に設定している。ただし、VtnLow とはソース基板間電圧が小さいときのしきい値電圧である。これにより、レベル検知回路83からは、立ち上り、立ち下がりのタイミングが、それぞれメモリセルトランジスタのゲートが開閉するタイミングに合ったセンスアンプ起動信号Ssaが出力される。
【0127】
−効果−
以上のように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、データのリードライトに使用されるメモリセル選択用ワード線7と同じ負荷をもつダミー配線81と、ヒステリシス特性をもつレベル検知回路83とにより、センスアンプ起動回路2内の遅延回路70を構成するようにしたので、センスアンプ起動信号Ssaの出力タイミングをメモリセル選択用ワード線7のRC特性、メモリセルデータの読み出し、および、メモリセルトランジスタのゲートの開閉タイミングに合わせることが可能になり、センスアンプ5の動作のタイミングの最適化による(特に低電圧においての)センスアンプ5の増幅動作の高速化を図ることができる。
【0128】
また、半導体記憶装置の断面構造において、一般に、メモリセル部とセンスアンプ部との間において段差を有している。これは、メモリセルにはストレージノードや容量膜やセルプレート等のメモリセルキャパシタを構成するために必要な部材が存在するのに対し、センスアンプ部にはこのようなメモリセルキャパシタに相当する部材は存在していないからである。ここで、本実施形態のメモリセルにおいては、図12に示すように、ダミー配線81及びダミービット線86をメモリセル部の端部に配置しているので、上記段差をできるだけ緩和することができる。(注:切り離し用ワード線84を設けた効果はありませんか。)
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0129】
−構成−
図13は、本実施形態に係る半導体記憶装置内の遅延回路を構成する配線構造を示す平面図である。本実施形態の半導体記憶装置は、図11に示すようなダミー配線81と、ダミーセル82と、レベル検知回路83と、切り離し用ワード線84とを有する回路と同様の回路構成を有している。
【0130】
すなわち、図13に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、メモリセル選択用ワード線7と同じ材料(例えばポリシリコン)で構成されるダミー配線91と、ダミー配線91をゲートとするNMOSトランジスタ92と、ダミー配線91の信号を入力としそのレベルを検知するレベル検知回路93と、メモリセル選択用ワード線7と同じ材料により構成され、接地電位VSSにレベルが固定された配線94,95とからなる遅延回路を備えたセンスアンプ起動回路を有している。また、95はNMOSトランジスタ92のソース・ドレインに電位を供給する配線であり、96は配線95とNMOSトランジスタ92のソース・ドレインとを接続するコンタクトホールである。配線95は、ビット線と同一の材料(例えばアルミニウム合金,ポリサイド等)により構成されており、コンタクトホール96は、ビット線とメモリセルトランジスタのソース・ドレインとを接続するコンタクトホールと同じ開口面積及び深さを有するものである。
【0131】
このダミー配線91は、メモリ選択用ワード線7とほぼ同じ厚みと幅(ゲート長)と長さとを有し、また、NMOSトランジスタ92は、1つの共通のメモリセル選択用ワード線7をゲートとする多数のメモリセル9のNMOSトランジスタの全チャネル領域とほぼ同じチャネル領域を有するように、蛇行して形成されている。また、ダミー配線91は、配線94と配線95との間に層間絶縁膜を挟み、しかも、実際のメモリセル選択用ワード線7が非選択状態のワード線7から受ける隣接配線間容量と同等の容量を持つような距離を隔てて隣接するように形成されている。また、上述の第6の実施形態と同様に、レベル検知回路93の論理しきい値は、(ビット線プリチャージ電位)+(メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vtn)+(バックバイアス効果分)に設定されている。
【0132】
−動作−
図9又は図10に示すセンスアンプ起動回路2X(又は2Y)内のダミーワード線駆動回路69の出力信号であるセンスアンプ起動信号Ssaが遅延回路70に相当する本実施形態のダミー配線91及びレベル検知回路93に入力されると、以下の動作が行なわれる。すなわち、ダミー配線91は、電位が接地電位VSSに固定されている配線94,95に挟まれ、かつ、メモリセル選択用ワード線7と同様のトランジスタのゲート容量を有しているので、メモリセル選択用ワード線7とほぼ同じ配線負荷を有している。そして、このダミー配線91を介してセンスアンプ起動信号Ssaがレベル検知回路93に伝わる。これにより、ダミー配線91への入力から出力までに要する時間(遅延時間)は、実際のメモリセル選択用ワード線7と同一のRC特性を有することになる。また、上述の第6の実施形態と同様に、レベル検知回路93の論理しきい値は、(ビット線プリチャージ電位)+(メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vtn)+(バックバイアス効果分)に設定されており、メモリセル選択用ワード線7の特性に加えてメモリセルからのデータ読み出しタイミングに合わせてセンスアンプ起動信号Ssaが出力される。また、このレベル検知回路93にヒステリシス特性を持たせ、論理しきい値をダミー配線91の立ち上り時には(ビット線プリチャージ電位)+(メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vtn)+(バックバイアス効果分)に、立ち下がり時にはメモリセルトランジスタのしきい値電圧VtnLow レベルに設定することによって、立ち上り、立ち下がり両方にタイミングを合わせてセンスアンプ起動信号73を出力させる。ただし、VtnLow とはソース基板間電圧が小さいときのしきい値電圧である。
【0133】
−効果−
以上のように、本実施形態の半導体記憶装置には、データのリードライトが行なわれるメモリセル選択用ワード線7がもつゲート容量、及び、隣接配線間容量と同等の配線負荷を持ったダミー配線91を有する遅延回路を備えたセンスアンプ起動回路が配置されている。これによって、センスアンプ起動信号Ssaの出力タイミングをメモリセル選択用ワード線7のRC特性、および、メモリセルデータの読み出しタイミングに合わせることが可能になり、(特に低電圧において)センスアンプ5の動作のタイミングの最適化によるセンスアンプ5の増幅動作の高速化を図ることができる。
【0134】
(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0135】
−構成−
図14は、本実施形態に係る半導体記憶装置のセンスアンプ起動回路内の遅延回路の構成を示す回路図である。
【0136】
同図に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置のセンスアンプ起動回路内の遅延回路には、PMOSトランジスタのドレインに抵抗R1をNMOSトランジスタのドレインに抵抗R2をそれぞれ挿入して構成されるインバータ素子101と、ソース−ドレイン間が短絡されたPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのゲート同士を接続して構成されるゲート容量負荷素子102とを交互に複数組直列に接続した遅延素子列100が設けられている。ただし、配線104からは、図9,図10に示す起動回路2内のダミーワード線駆動回路69の出力信号が入力される。また、この遅延素子列100の出力のレベルを検知するレベル検知回路103が設けられており、上記遅延素子列100とレベル検知回路103とにより、図9又は図10に示す遅延回路70に相当する遅延回路が構成されている。ここで、遅延素子列100中のインバータ素子101及びゲート容量負荷素子102の電源電圧として、ワード線昇圧電位VPPの外部電源電圧VDD依存性と同じVDD依存性を有する電源電圧である内部降圧電位VINTが用いられている。また、このレベル検知回路103の論理しきい値は、トランジスタサイズ等の比を変えることにより設定されている。
【0137】
−動作−
センスアンプ起動回路内のダミーワード線91の出力信号は配線104から遅延素子100を介してレベル検知回路103に伝わる。そのとき、PMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタのドレインに挿入した抵抗素子R1,R2の抵抗値は、PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタの抵抗に比べて十分大きく、また、一定値を採りうることから電荷充放電時の時間T(=RC)は一定に保たれるので、電荷充放電能力の電源電圧依存性は小さい。つまり、抵抗としても機能するトランジスタと抵抗素子を直列に接続してなる部分の電気的抵抗については、抵抗素子の抵抗値をトランジスタの抵抗値よりも大幅に大きくしておくと、トランジスタの抵抗値の電源電圧依存性は全体の抵抗値にあまり寄与しない。そして、この抵抗素子R1,R2はポシシリコンで形成されており抵抗値の温度依存性は小さいので、インバータ素子101のトランジスタを含めた抵抗も温度依存性は小さい。これにより、PMOSトランジスタ,NMOSのトランジスタの能力の電源電圧依存性、温度依存性が起因となる遅延時間の変化は抑えられ、インバータ素子101の特性を電源電圧依存性、温度依存性が小さいメモリセル選択用ワード線72のRC遅延特性に合うようにしている。遅延素子列100の遅延時間をメモリセル選択用ワード線72の電位の立ち上がり時と立ち下がり時とで変えるには、互いに逆論理となる奇数番目のインバータ素子101と偶数番目のインバータ素子101とでメモリセル選択用ワード線72の立ち上がり/立ち下がり時間の比に合わせて抵抗素子R1と抵抗素子R2の抵抗値の比を変えればよい。
【0138】
また、このレベル検知回路103は、第6,第7の実施形態と同様に、論理しきい値の変更とヒステリシス特性とを有している。
【0139】
−効果−
以上のように、本実施形態の半導体記憶装置は、第6,第7の実施形態と同様に、センスアンプ起動信号Ssaの出力タイミングをデータのリードライトに使用されるメモリセル選択用ワード線7のRC特性、および、メモリセルデータの読み出しタイミングに合わせることが可能になり、(特に低電圧において)センスアンプ5の動作のタイミングの最適化によるセンスアンプ5の増幅動作の高速化を図ることができる。
【0140】
(第9の実施形態)
次に、本発明の第9の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照しながら説明する。
【0141】
−構成−
図15は、本実施形態に係る半導体記憶装置のセンスアンプ起動回路内の遅延回路(図9,図10における遅延回路70に相当するもの)の概略構成を示す回路図である。同図に示すように、本実施形態に係る遅延回路は、多数のインバータ素子が配列された遅延素子列113及び114と、入力信号の立ち上りエッジと立ち下がりエッジそれぞれに対してこの遅延素子列113,114の出力の一方を通過させるように切り替える論理回路部115と、出力レベルを内部降圧電位VINTから外部電源電位VDDに変更するレベルシフタ116とを備えている。ただし、配線104からは、図9,図10に示す起動回路2内のダミーワード線駆動回路69の出力信号が入力される。そして、遅延素子列113,114には、PMOSトランジスタとドレインに抵抗素子R3が挿入されたNMOSトランジスタとにより構成されるインバータ素子111と、ドレインに抵抗素子R4が挿入されたPMOSトランジスタとNMOSトランジスタとにより構成されるインバータ素子112とが交互にかつ直列に配置されている。
【0142】
−動作−
第6の実施形態で説明したように、メモリセル選択用ワード線7の立ち上り、立ち下がりに合わせてセンスアンプ起動回路2内のダミーワード線駆動回路69の出力信号はHiレベル、Lowレベルにそれぞれ遷移する。このとき、ワード線の立ち上がり時と立ち下がり時では、電源電圧依存性を含めて、タイミングの遅延特性が異なる。
【0143】
センスアンプの起動時、ダミーワード線駆動回路69の出力信号はHiレベルへの遷移タイミングをワード線7の立ち上りに合わせる必要があるので、遅延素子列114は遅延回路としては動作させず、遅延素子列113のみを遅延回路として動作させる。
【0144】
遅延素子列113は、一段目のPMOSトランジスタと抵抗素子R3の接続部を出力とし、次段においてはこの逆のNMOSトランジスタと抵抗素子R4の接続部を出力とする。ここで、遅延素子列113においては、立ち上がり時にHiレベルの信号が入力される一段目のインバータ素子111のうちオン状態となるNMOSトランジスタのドレインに抵抗素子R3が挿入されていればよく、オフ状態となるPMOSトランジスタのドレインには電流が流れないので抵抗素子を挿入しておく必要はない。同様に、立ち上がり時にLowレベルの信号が入力される二段目のインバータ素子112においては、オン状態となるPMOSトランジスタのドレインにのみ抵抗素子R4を挿入しておけばよい。このような構成により、遅延素子列113の抵抗素子R3、R4を介して電荷の充放電を行なって信号を遅延させる。
【0145】
また、センスアンプの停止時、配線104から入力されるダミーワード線駆動回路69の出力信号は、Lowレベルへの遷移タイミングをワード線7の立ち下がりに合わせる必要があるので、遅延素子列113は遅延回路としては動作させず、遅延素子列114のみを遅延回路として動作させる。
【0146】
遅延素子列114は、遅延素子列113と同様に、一段目のインバータ素子111においてはNMOSトランジスタのドレインのみに抵抗素子R3が挿入され、次段のインバータ素子112においてはPMOSトランジスタのドレインにのみ抵抗素子R4が挿入されて構成されている。すでに説明した遅延素子列113と同様に、立ち下がり時に、Hiレベルの信号が入力される一段目のインバータ素子111のNMOSトランジスタと、Lowレベルの信号が入力される二段目のPMOSトランジスタとに抵抗素子が挿入されていればよいからである。すなわち、遅延素子列114の抵抗素子R3、R4を介して電荷の充放電を行なって信号を遅延させる。
【0147】
ここで、センスアンプ起動時の遅延素子列114、及び、停止時の遅延素子列113は、抵抗素子R3、R4を介さず入力信号を転送するので、リセットされるまでの時間は短く、次サイクルの動作への影響はない。
【0148】
−効果−
以上のように、本実施形態に係る半導体記憶装置は、遅延素子列を構成するインバータ素子において、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのうち信号の遷移時にオン状態となるトランジスタのドレインにのみ抵抗素子を挿入し、出力ノードを、NMOSトランジスタのドレインとPMOSトランジスタのドレインとに交互に切り替えるようにしたインバータ素子を組み合わせてなる遅延素子列113,114を有する遅延回路を形成し、ワード線の立ち上り、立ち下がりに対するセンスアンプ起動・停止のタイミングをそれぞれ個別に設定する構成を採っている。これによって、第6〜第8の実施形態と同様に、センスアンプ起動信号Ssaの出力タイミングを、データのリードライトに使用されるメモリセル選択用ワード線7のRC特性に合わせることが可能になり、(特に低電圧においての)センスアンプの動作タイミングの最適化によってセンスアンプ増幅動作の高速化を図ることができる。加えて、同じ遅延時間を得るのに必要な抵抗素子数を低減することができ、かつ、メモリセル選択用ワード線7の立ち上がり、立ち下がり個別のタイミングの設定も容易となる。
【0149】
【発明の効果】
本発明の第1の半導体記憶装置によれば、センスアンプ駆動信号を供給する複数のセンスアンプ駆動回路の出力を複数種類に切り替える電源電圧制御回路を、ビット線に沿って並ぶセンスアンプ駆動回路群ごとに配置することにより、センスアンプへの電荷供給が不十分となる事態の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第1及び第2の実施形態におけるセンスアンプの構成を示す回路図である。
【図3】本発明の第2の実施形態におけるセンスアンプ制御回路の構成を示す回路図である。
【図4】本発明の第2の実施形態におけるセンスアンプ制御回路の動作シーケンスを示すタイミングチャート図である。
【図5】本発明の第3の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図6】本発明の第3の実施形態におけるセンスアンプ制御回路の構成を示す回路図である。
【図7】本発明の第3の実施形態におけるセンスアンプ制御回路の動作シーケンスを示すタイミングチャート図である。
【図8】本発明の第4の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図9】本発明の第5の実施形態における半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図10】本発明の第5の実施形態における半導体記憶装置の変形例の構成を示す回路図である。
【図11】本発明の第6の実施形態における遅延回路を構成するダミーセル及びメモリセルアレイの一部を示す回路図である。
【図12】本発明の第6の実施形態における半導体記憶装置のメモリセル部の断面図である。
【図13】本発明の第7の実施形態におけるセンスアンプ起動回路内に配置される遅延回路を構成する配線構造を示す平面図である。
【図14】本発明の第8の実施形態におけるセンスアンプ起動回路内に配置される遅延回路の構成を示す回路図である。
【図15】本発明の第9の実施形態におけるセンスアンプ起動回路内に配置される遅延回路の構成を示す回路図である。
【図16】センスアンプの電源電位を切り替える手段を設けた従来の半導体記憶装置の構成を示す回路図である。
【図17】読み出し動作時にシェードスイッチをオンオフする動作を行なう従来のセンスアンプ制御回路の動作シーケンスを示すタイミングチャート図、及び読み出し動作時にシェードスイッチのゲート電位を低電位に制御する別の従来のセンスアンプ制御回路の動作シーケンスを示すタイミングチャート図である。
【図18】インバーとチェーンを利用した従来のセンスアンプ起動信号発生用遅延回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1 電源電圧切り替え回路
2 センスアンプ起動回路
3 センスアンプ制御回路
4 センスアンプ駆動回路
5 センスアンプ
6 センスアンプ列
7 ワード線
8 ビット線
9 メモリセル
10 センスアンプブロック
11 バンク選択信号
12 駆動電源供給配線
13 電源接続線
14〜18 配線
17 センスアンプ電源電位配線
19 メモリセルブロック
Sas アドレス選択信号
Sbs バンク選択信号
Ssa センスアンプ起動信号
Sct シェアードスイッチ制御信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a data amplification circuit capable of high-speed data amplification and a semiconductor memory device using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the speeding up of CPUs, the performance of applications, and the speeding up of the entire system have progressed, and therefore, the speed of random access is demanded in addition to the speed of data transfer in the main memory. On the other hand, portable information terminal devices are strongly required to reduce the power consumption of the main memory in order to enable long-time battery operation. Until now, in DRAMs, a method of operating an internal element using an internal step-down power supply VINT has been taken in order to ensure the reliability of the internal element and reduce power consumption. The data amplification, especially the amplification speed of the sense amplifier, has been slowed down, which has prevented the speeding up of random access.
[0003]
Conventionally, this has been dealt with using the following method.
[0004]
The first method is a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-204777. At the start of the amplification operation of the sense amplifier, the external power supply is temporarily used as the power supply voltage of the sense amplifier instead of the internal step-down potential VINT. In this method, the potential VDD is used.
[0005]
This is a method proposed to solve the following problems. That is, when the data read from the memory cell by the sense amplifier is amplified, a large amount of current is consumed in the sense amplifier section. Originally, the internal step-down power supply potential VINT is used as the power supply potential of the sense amplifier to reduce power consumption, but the current supply capability of the internal step-down power supply potential VINT is limited. For this reason, at the time of data amplification in the above-described sense amplifier, a voltage drop due to insufficient charge supply occurs, and the data amplification speed of the sense amplifier is slowed down.
[0006]
On the other hand, in the method disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 9-204777, as shown in FIG. 16, the power supply potential of each sense amplifier drive circuit is switched between the internal high voltage power supply potential VINT and the external power supply potential VDD. A power supply voltage switching circuit is provided for each sense amplifier block so that an external power supply potential VDD having sufficient charge supply capability is switched and supplied instead of the internal step-down power supply potential VINT at the time of data amplification. By switching the power supply potential, a delay in the data amplification speed of the sense amplifier due to insufficient charge supply is prevented, and a high speed is realized.
[0007]
The second method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-330591 and 10-1225067, in which read data from a cell is once taken into a sense amplifier and then amplified. In this method, the switching transistor (shared switch: SS) between the sense amplifier and the bit line is completely closed.
[0008]
This method is a method proposed to solve the following problems. Normally, when the sense amplifier is not selected, the gate potential of the shared switch is the external power supply potential VDD. The gate potential of the shared switch on the memory cell side selected at the time of selection of the sense amplifier transits to the word line boosted potential VPP which is the rewrite potential, and the gate potential of the non-selected side shared switch transits to the ground potential VSS. The switch is closed. However, since the shared switch is fully open when the data is amplified by the sense amplifier, the capacity and resistance of the bit line on the memory cell side act as a load on the sense amplifier through this shared switch, and the sense amplifier The amplification operation was delayed.
[0009]
On the other hand, in the systems disclosed in the above-mentioned JP-A-9-330591 and JP-A-10-1225067, as shown in FIG. 17A, when a word line is activated, a shared switch is used. Is opened, and the read charge from the memory cell is taken into the sense amplifier. Thereafter, the gate potential of the shared switch is lowered from the external power supply potential VDD to the ground potential VSS, and the shared switch is completely closed. As a result, at the time of subsequent data amplification by the sense amplifier, the capacity and resistance of the bit line on the memory cell side do not become a load of the sense amplifier via the shared switch, and the data amplification operation of the sense amplifier is accelerated. Can be realized. After data amplification, the gate potential of the shared switch is raised from the ground potential VSS to the power supply potential VPP of the word line all at once, and rewriting is performed.
[0010]
The third method is a method disclosed in the paper [ISSCC-1997 DIGEST OF TECHNICAL PAPER P.66-67], in which the gate potential of the shared switch at the time of data amplification by the sense amplifier is set to a minute value from the memory cell. In this method, the read charge is suppressed to a minimum level necessary for being taken into the sense amplifier.
[0011]
In this system, as shown in FIG. 17B, when the sense amplifier is not selected, the gate potential of the shared switch is set to the ground potential VSS, and the shared switch is closed, thereby closing the bit line and the memory on the sense amplifier side. The bit line on the cell side is completely separated. At this time, the bit line precharge potential on the sense amplifier side is set to a potential higher than the bit line precharge potential on the memory cell side. When the sense amplifier is selected, the gate potential of the shared switch is raised to the minimum level (β + Vtn) (Vtn is the threshold voltage of the NMOS transistor) that is necessary for reading charges from the memory cell into the sense amplifier. The data amplification operation is performed by the sense amplifier. When rewriting to the memory cell, the gate potential of the shared switch does not change, and the necessary and minimum level is maintained because the read charge from the memory cell is taken into the sense amplifier.
[0012]
Therefore, when the sense amplifier is selected, the bit line on the sense amplifier side has a higher precharge potential and a smaller capacity than the bit line on the memory cell side. When the data is taken in, the potential difference between the bit lines of the bit line pair (BIT, / BIT) becomes larger than that in the previous reading (the potential on the Low side drops and the potential difference from the Hi side increases). This reduces the load on the sense amplifier caused by the capacitance and resistance of the bit line on the memory cell side from the shared switch during data amplification by the sense amplifier, and the potential difference between the paired bit lines at the start of the amplification operation. By increasing the size, it was attempted to increase the data amplification speed of the sense amplifier.
[0013]
The fourth method is a method using an inverter chain connected with a capacitor as a timing setting delay element for starting a sense amplifier.
[0014]
As shown in FIG. 18, in order to match the delay characteristics of the start / stop timing of the sense amplifier with the RC delay characteristics of the rise and fall times of the word line from the start of the word line, In this method, the delay time of the stop timing is set using an inverter chain connected with a capacitor as the delay circuit. As a result, it becomes a circuit configuration that can eliminate the extra delay time of the start / stop timing of the sense amplifier with respect to the start / stop timing of the word line required corresponding to the temperature change, and the start timing of the sense amplifier is advanced. I was trying to achieve high speed.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional methods also have the following problems.
[0016]
With respect to the first method, although the amount of charge supplied at the time of data amplification by the sense amplifier increases, the supply charge from the voltage switching circuit is insufficient with respect to the charge consumed by the sense amplifier operating simultaneously when the sense amplifier block is selected. A situation was invited. For this reason, the amplification capability of the sense amplifier cannot be sufficiently increased, and the effect of increasing the data amplification speed cannot be obtained sufficiently.
[0017]
Regarding the second method, it is difficult to adjust the timing for reducing the gate potential of the shared switch to the ground potential VSS after taking the read charge from the memory cell into the sense amplifier. In this timing setting, it is necessary to add a timing margin in consideration of power supply voltage dependency, temperature dependency, and process variation. For example, the power supply voltage dependency has the following problems. The time required for reading from the sense amplifier may be short when the power supply voltage is high, but long when the power supply voltage is low. For this reason, if the timing is set in accordance with the readout characteristics at the time of low voltage, the shared switch is closed before data is taken in at the time of readout at the time of high voltage. On the other hand, if the timing is set in accordance with the read characteristic at the time of high voltage, the shared switch is not easily closed even when data is taken in at the time of read at low voltage, which causes a delay in starting the sense amplifier. In other words, it may be possible to increase the speed of the amplification operation of the sense amplifier itself, but it is difficult to increase the operation speed including the activation and rewriting of the sense amplifier while accurately adjusting the timing.
[0018]
In addition, since the gate potential of the shared switch is boosted from the ground potential VSS to the power supply potential of the word line at the time of rewriting, the burden on the word line boosted potential generating circuit, which is the potential generating circuit, increases. An increase in power consumption in the generation circuit itself by increasing the charge supply capability of the generation circuit and an increase in chip area due to an increase in capacitance to reduce fluctuations in the word line boost potential are caused.
[0019]
In the third method, although the read potential difference from the memory cell between the paired bit lines (BIT, / BIT) can be increased during data amplification, rewriting to the cell is not possible only with this shared switch potential control method. Therefore, the configuration of the sense amplifier needs to be complicated. Specifically, it is necessary to install a P-type MOS transistor on the bit line side of the shared switch for sufficiently raising the level of Hi side data. However, when this configuration is adopted, two P-type MOS transistors are added as compared with a normal sense amplifier, and the area of the sense amplifier itself is increased and the structure is complicated when well separation is taken into consideration. Also, when inverting the memory cell data, it is necessary to invert according to the data that captures the potential difference between the bit lines via the P-type MOS transistor with the shared switch in between, so the operation of writing different data to the memory cell Cause a delay in speed.
[0020]
As for the fourth method, the sense amplifier start / stop timing is set by setting the delay characteristics of the sense amplifier start signal generation circuit to changes in the external power supply voltage and process variations, and the time from the start of the word line to the rise of the word line. Because the difference in the delay characteristics of the time from the stop to the fall of the word line must be taken into account, it is necessary to provide a margin for the start / stop timing of the sense amplifier with respect to the start / stop timing of the word line This causes a delay in the activation timing of the sense amplifier.
[0021]
The main object of the present invention is to improve the read operation speed without violating the demand for lower voltage, lower power consumption and smaller size.
[0022]
More specifically, supplying sufficient charges when amplifying the memory cell data by the sense amplifier, reducing the load of the sense amplifier during data amplification while simplifying the potential switching control of the gate potential of the shared switch, It is possible to reduce the burden of the word line potential generation circuit at the time of writing, or to match the timing of starting and stopping the sense amplifier with the timing of starting and stopping the word line while ensuring a sufficient writing potential to the memory cell. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention Half of The conductor storage device includes a memory cell array in which memory cells for storing information are arranged in a matrix, and a word extending along a row of the memory cell array and connected to each memory cell arranged along the row A line, a bit line extending along the column of the memory cell array and connected to each memory cell arranged along the column, and a word line of the memory cell array and connected to the bit line. A plurality of sense amplifier arrays configured by a plurality of sense amplifiers for amplifying information stored in the memory cells, and a plurality of sense amplifiers provided for each of the sense amplifier arrays and supplying a sense amplifier drive signal to each sense amplifier An amplifier driving circuit and a plurality of power supply voltages are received, an output is switched to one of the plurality of power supply voltages, and the output is switched to the sense amplifier drive. And a power supply voltage control circuit for supplying a power supply voltage to the circuit, the power supply voltage control circuit, a sense amplifier driving circuits arranged along the bit line (4A, 4B, 4C) Arranged in each Sense amplifier drive power supply wiring for supplying sense amplifier drive power to the plurality of sense amplifier drive circuits extends along the bit line. .
[0024]
As a result, individual power supply voltage control circuits are connected to a plurality of sense amplifier drive circuit groups operating simultaneously, so that the charge supply capability to each sense amplifier is improved. This is because a power supply voltage control circuit is provided for each sense amplifier drive circuit arranged in the direction of the bit line with a small number of sense amplifiers operating at the same time. A sufficient charge can be supplied to the sense amplifier when the cell data is amplified.
[0025]
In the first semiconductor memory device, one of the plurality of power supply potentials is set as an internal step-down potential, and the power supply voltage control circuit is configured to use only the internal step-down potential as the sense amplifier drive circuit in the low power consumption mode. By configuring so that power is supplied, power consumption in an operation (for example, CBR refresh, self-refresh, etc.) in the low power consumption mode is reduced.
[0026]
In the first semiconductor memory device, one of the plurality of power supply potentials is an internal step-down potential, and is interposed between the bit line and the sense amplifier, and switches between a conductive state and a non-conductive state. A switching transistor and a sense amplifier control circuit that holds the gate potential of the switching transistor at the internal step-down potential for a predetermined time when the switching transistor is in a conductive state can be further provided.
[0027]
As a result, even if the power supply voltage of the sense amplifier is switched to the external power supply potential for data amplification by the sense amplifier control circuit, the gate potential of the switching transistor is suppressed to about the internal step-down potential, so the memory cell side sandwiching the switching transistor This bit line is suppressed to the internal step-down power supply potential or lower without being boosted to the external power supply potential.
[0028]
In the first semiconductor memory device, by arranging the power supply voltage control circuit on both sides of the memory cell array, the charge supply capability is maintained high even when the number of word lines activated simultaneously is large.
[0051]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. A semiconductor memory device in each of the following embodiments specifically functions as a so-called DRAM.
[0052]
(First embodiment)
First, a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0053]
−Configuration−
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the semiconductor memory device according to the present embodiment.
[0054]
As shown in FIG. 1, the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention has a memory cell array in which a large number of
[0055]
A number of
[0056]
Here, the semiconductor memory device according to the present embodiment is characterized in that the power supply
[0057]
The power supply
[0058]
When the sense
[0059]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a connection relationship between the configuration in the
[0060]
The sense
[0061]
Each sense
[0062]
The bank selection signal Sbs may be a signal for distinguishing activation between a low power consumption mode such as a CBR refresh operation and a self-fresh operation and an external access operation mode.
[0063]
-Circuit operation-
Next, the operation of the semiconductor memory device having the above configuration will be described.
[0064]
First, during the selection operation of a
[0065]
The supply path of the power supply voltage of the
[0066]
When a certain time elapses after the memory cell data is amplified, the power supply
[0067]
Here, the bank selection signal Sbs is divided into a low power consumption mode such as CBR refresh and self refresh operation and an external access operation mode, and the power supply voltage switching operation by the power supply
[0068]
-Effect-
As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the power supply
[0069]
In particular, the sense
[0070]
Further, when a relatively low power consumption mode such as CBR refresh or self-refresh operation, that is, a relatively high speed data amplification operation of the sense amplifier is relatively unnecessary, a control configuration in which the bank selection signal Sbs is not generated in this operation mode is adopted. Therefore, only in this operation mode, power supply voltage switching control by the power supply
[0071]
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0072]
−Configuration−
Also in this embodiment, the configuration of the
[0073]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific configuration of the sense
[0074]
-Circuit operation-
FIG. 4 is a timing chart showing the sequence of operations of the shared switch control signals SctA and SctB and the sense
[0075]
As shown in the figure, when the word line of the
[0076]
Subsequently, when the sense amplifier activation signal Ssa transitions from the ground potential VSS to the external power supply potential VDD (timing trw in the figure), the potential of the
[0077]
On the other hand, at the time of resetting the word line (timing twr in the figure), the potential of the node 3 transitions to the word line boosted potential VPP (the
[0078]
It should be noted that the boosting timing (timing trw in the figure) of the shared switch control signal SctA for rewriting data to the memory cell is delayed by a certain time from the rise of the sense amplifier activation signal Ssa, as shown by the broken line in FIG. It may be timing. Alternatively, the boost timing of the shared switch control signal SctA for rewriting may be set to a timing that is later than the rising edge of the address selection signal Sas by a certain time.
[0079]
Here, the shared switch control signal SctB of the shared
[0080]
-Effect-
As described above, in the semiconductor memory device according to the present embodiment, the gate potential (shared switch control signal SctA) of the shared
[0081]
In the data rewrite operation (timing trw in FIG. 4), the gate potential (shared switch control signal SctA) of the shared
[0082]
(Third embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0083]
−Configuration−
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the semiconductor memory device according to the present embodiment.
[0084]
As shown in the figure, in addition to the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment, the semiconductor memory device according to the present embodiment outputs signals from the power supply
[0085]
In this embodiment, the voltage switching
[0086]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the sense
[0087]
As shown in the figure, in addition to the configuration of the sense
[0088]
-Operation-
In the semiconductor memory device according to the present embodiment, the power supply potential switching operation of the power supply
[0089]
The shared switch control signal Sct is changed from the potential (VINT + Vtn) to the word line boosted potential VPP in accordance with the voltage switching timing from the external power supply voltage VDD to the internal step-down power supply potential VINT of the sense amplifier
[0090]
FIG. 7 is a timing chart showing the shared switch control signal Sct during the read operation of the semiconductor memory device according to the present embodiment and the operation sequence of the sense
[0091]
As shown in the figure, when the word line of the
[0092]
Subsequently, when the sense amplifier activation signal Ssa transitions from the ground potential VSS to the external power supply potential VDD (timing trw in the figure), the potential of the
[0093]
On the other hand, at the time of resetting the word line (timing twr in the figure), the potential of the
[0094]
Note that the boosting timing (timing trw in the figure) of the shared switch control signal Sct for data rewriting to the memory cell is delayed by a certain time from the rising edge of the sense amplifier activation signal Ssa, as shown by the broken line in FIG. It may be timing. Alternatively, the boosting timing of the shared switch control signal Sct for rewriting may be set to a timing that is delayed for a certain time from the rising edge of the address selection signal Sas.
[0095]
-Effect-
As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment holds the potential (VDD + Vtn) obtained by adding the internal step-down power supply potential VINT and the threshold voltage Vtn of the NMOS transistor to the shared switch control signal Sct for a certain period. By providing the
[0096]
In addition, in this embodiment, even if the potential of the sense amplifier power
[0097]
In this case, by making the configuration of the voltage switching
[0098]
(Fourth embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0099]
−Configuration−
FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the semiconductor memory device according to the present embodiment. The semiconductor memory device according to the present embodiment is different from the semiconductor memory device according to the third embodiment in that the power supply voltage switching circuit and the voltage switching timing generation circuit described above are paired with a memory cell array, a sense amplifier, and the like interposed therebetween. The difference is that it is provided.
[0100]
That is, as shown in FIG. 8, a memory cell array &
[0101]
Here, although not shown in FIG. 8, the voltage switching
[0102]
-Operation-
Also in the present embodiment, the voltage switching operation of the drive
[0103]
In addition, also in this embodiment, since the voltage switching
[0104]
-Effect-
As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the voltage switching
[0105]
(Fifth embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0106]
−Configuration−
FIG. 9 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the semiconductor memory device according to the present embodiment.
[0107]
The semiconductor memory device according to the present embodiment is premised on a semiconductor memory device having the same configuration as the semiconductor memory device shown in the first embodiment. However, the power supply
[0108]
As shown in FIG. 9, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes a word line selection
[0109]
[0110]
-Operation-
First, the word line setting operation will be described.
[0111]
The word line drive
[0112]
Next, the word line reset operation will be described.
[0113]
First, the word line drive
[0114]
Next, the setting operation by the sense amplifier activation signal Ssa will be described.
[0115]
First, similarly to the activation of the memory cell
[0116]
Next, the reset operation of the sense amplifier activation signal Ssa will be described.
[0117]
After the reset operation of the
[0118]
-Effect-
As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment is a circuit (word line
[0119]
However, since it is sufficient that the timing as a whole is not greatly changed by the change of each parameter, for example, only the dummy word line selection
[0120]
Next, FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a modification of the present embodiment. As shown in the figure, the sense amplifier activation circuit 2Y does not include the dummy word line drive
[0121]
Here, as the activation signal of the word line selection
[0122]
(Sixth embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0123]
−Configuration−
FIG. 11 is a circuit diagram showing a part of the memory cell array of the semiconductor memory device according to this embodiment, and FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of the memory cell of the semiconductor memory device according to this embodiment. This embodiment also assumes the configuration of the semiconductor memory device shown in FIG. However, the power supply
[0124]
As shown in FIG. 11, the semiconductor memory device according to this embodiment includes a
[0125]
Next, the cross-sectional structure of the memory cell portion of the semiconductor memory device according to this embodiment will be described. As shown in FIG. 12, the semiconductor memory device according to the present embodiment has a memory cell
[0126]
-Operation-
In this embodiment, the sense amplifier activation signal Ssa, which is an output signal of the dummy word
[0127]
-Effect-
As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes the
[0128]
Further, in the cross-sectional structure of the semiconductor memory device, there is generally a step between the memory cell portion and the sense amplifier portion. This is because a memory cell has members necessary for configuring a memory cell capacitor such as a storage node, a capacitor film, and a cell plate, whereas the sense amplifier unit has a member corresponding to such a memory cell capacitor. Because it does not exist. Here, in the memory cell of this embodiment, as shown in FIG. 12, since the
(Seventh embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0129]
−Configuration−
FIG. 13 is a plan view showing a wiring structure constituting a delay circuit in the semiconductor memory device according to the present embodiment. The semiconductor memory device of this embodiment has a circuit configuration similar to a circuit having a
[0130]
That is, as shown in FIG. 13, the semiconductor memory device according to the present embodiment uses a
[0131]
The
[0132]
-Operation-
In this embodiment, the sense amplifier activation signal Ssa, which is the output signal of the dummy word
[0133]
-Effect-
As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the dummy capacitance having the gate capacitance of the memory cell
[0134]
(Eighth embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0135]
−Configuration−
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a delay circuit in the sense amplifier starting circuit of the semiconductor memory device according to the present embodiment.
[0136]
As shown in the figure, the delay circuit in the sense amplifier activation circuit of the semiconductor memory device according to this embodiment is configured by inserting a resistor R1 into the drain of the PMOS transistor and a resistor R2 into the drain of the NMOS transistor. There is provided a
[0137]
-Operation-
An output signal of the
[0138]
Further, the
[0139]
-Effect-
As described above, in the semiconductor memory device according to the present embodiment, the output line of the sense amplifier activation signal Ssa is used for data read / write as in the sixth and seventh embodiments. The RC characteristic and the read timing of the memory cell data can be matched, and the amplification operation of the
[0140]
(Ninth embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a ninth embodiment of the invention is described with reference to the drawings.
[0141]
−Configuration−
FIG. 15 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a delay circuit (corresponding to the
[0142]
-Operation-
As described in the sixth embodiment, the output signal of the dummy word
[0143]
When the sense amplifier is activated, the output signal of the dummy word
[0144]
The
[0145]
In addition, when the sense amplifier is stopped, the output signal of the dummy word
[0146]
Similarly to the
[0147]
Here, since the
[0148]
-Effect-
As described above, in the semiconductor memory device according to the present embodiment, in the inverter element configuring the delay element array, the resistance element is inserted only into the drain of the transistor that is turned on at the time of signal transition among the PMOS transistor and the NMOS transistor. A delay circuit having
[0149]
【The invention's effect】
According to the first semiconductor memory device of the present invention, the sense amplifier drive circuit group in which the power supply voltage control circuits for switching the outputs of the plurality of sense amplifier drive circuits that supply the sense amplifier drive signal to a plurality of types are arranged along the bit lines. By arranging each, it is possible to prevent a situation in which the charge supply to the sense amplifier becomes insufficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a sense amplifier in the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a sense amplifier control circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart illustrating an operation sequence of a sense amplifier control circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a sense amplifier control circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a timing chart illustrating an operation sequence of a sense amplifier control circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a modification of the semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a part of a dummy cell and a memory cell array constituting a delay circuit in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a memory cell portion of a semiconductor memory device in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing a wiring structure constituting a delay circuit arranged in a sense amplifier starting circuit in a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a delay circuit arranged in a sense amplifier starting circuit in an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of a delay circuit arranged in a sense amplifier starting circuit in a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional semiconductor memory device provided with means for switching the power supply potential of the sense amplifier.
FIG. 17 is a timing chart showing an operation sequence of a conventional sense amplifier control circuit that performs an operation of turning on and off a shade switch during a read operation, and another conventional sense that controls the gate potential of the shade switch to a low potential during a read operation; FIG. 6 is a timing chart illustrating an operation sequence of an amplifier control circuit.
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional sense amplifier starting signal generating delay circuit using invar and chain.
[Explanation of symbols]
1 Power supply voltage switching circuit
2 Sense amplifier starting circuit
3 Sense amplifier control circuit
4 Sense amplifier drive circuit
5 sense amplifiers
6 sense amplifiers
7 Word line
8-bit line
9 Memory cells
10 sense amplifier block
11 Bank selection signal
12 Drive power supply wiring
13 Power connection line
14-18 wiring
17 Sense amplifier power supply potential wiring
19 Memory cell block
Sas address selection signal
Sbs Bank selection signal
Ssa Sense amplifier start signal
Sct Shared switch control signal
Claims (8)
上記メモリセルアレイの行に沿って延び、行に沿って配置された各メモリセルに接続されるワード線と、
上記メモリセルアレイの列に沿って延び、列に沿って配置された各メモリセルに接続されるビット線と、
上記メモリセルアレイのワード線に平行に配置され、上記ビット線に接続されてメモリセルに記憶された情報を増幅するための複数のセンスアンプにより構成される複数のセンスアンプ列と、
上記センスアンプ列ごとに設けられ、各センスアンプにセンスアンプ駆動信号を供給する複数のセンスアンプ駆動回路と、
複数の電源電圧を受け、出力を上記複数の電源電圧のうちのいずれか1つに切り替えて、この出力を上記センスアンプ駆動回路に電源電圧として供給する電源電圧制御回路とを備え、
上記電源電圧制御回路は、上記ビット線に沿って並ぶセンスアンプ駆動回路群(4A、4B、4C)ごとに配置され、上記複数のセンスアンプ駆動回路にセンスアンプ駆動電源を供給するセンスアンプ駆動電源供給配線が上記ビット線に沿って延びていることを特徴とする半導体記憶装置。A memory cell array in which memory cells for storing information are arranged in a matrix;
A word line extending along a row of the memory cell array and connected to each memory cell arranged along the row;
A bit line extending along a column of the memory cell array and connected to each memory cell arranged along the column;
A plurality of sense amplifier rows that are arranged in parallel to the word lines of the memory cell array and are connected to the bit lines to amplify information stored in the memory cells;
A plurality of sense amplifier drive circuits that are provided for each sense amplifier row and supply a sense amplifier drive signal to each sense amplifier;
A power supply voltage control circuit that receives a plurality of power supply voltages, switches an output to any one of the plurality of power supply voltages, and supplies the output as a power supply voltage to the sense amplifier drive circuit;
The power supply voltage control circuit is arranged for each sense amplifier drive circuit group (4A, 4B, 4C) arranged along the bit line, and supplies sense amplifier drive power to the plurality of sense amplifier drive circuits. A semiconductor memory device, characterized in that a supply wiring extends along the bit line .
上記複数の電源電位のうちの1つが内部降圧電位であり、
上記電源電圧制御回路は、低消費電力モードのときには上記内部降圧電位のみを上記センスアンプ駆動回路に供給するように構成されていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device according to claim 1.
One of the plurality of power supply potentials is an internal step-down potential,
The semiconductor memory device, wherein the power supply voltage control circuit is configured to supply only the internal step-down potential to the sense amplifier drive circuit in the low power consumption mode.
上記複数の電源電位のうちの1つは内部降圧電位であり、
上記ビット線とセンスアンプとの間に介設され、導通状態と非導通状態とに切り換わるスイッチングトランジスタと、
上記スイッチングトランジスタの導通状態時における所定時間の間、上記スイッチングトランジスタのゲート電位を上記内部降圧電位に保持するセンスアンプ制御回路と
をさらに備えていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device according to claim 1 or 2,
One of the plurality of power supply potentials is an internal step-down potential,
A switching transistor interposed between the bit line and the sense amplifier and switching between a conductive state and a non-conductive state;
And a sense amplifier control circuit for holding the gate potential of the switching transistor at the internal step-down potential for a predetermined time when the switching transistor is in a conductive state.
上記電源電圧制御回路は、上記メモリセルアレイの両側に配置されていることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor memory device, wherein the power supply voltage control circuit is disposed on both sides of the memory cell array.
上記ビット線と上記センスアンプとの間に介設され、導通状態と非導通状態とに切り換わるスイッチングトランジスタと、
上記スイッチングトランジスタのゲート電位を制御するための制御回路とを備え、
上記スイッチングトランジスタは、待機時には非導通状態であり、
上記制御回路は、上記スイッチングトランジスタの導通状態時におけるゲート電位を、第1の電源電位とした後、所定時間が経過したときに上記第1の電源電位よりも高い第2の電源電位に上昇させることを特徴とする半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1.
A switching transistor interposed between the bit line and the sense amplifier and switching between a conductive state and a non-conductive state;
A control circuit for controlling the gate potential of the switching transistor,
The switching transistor is non-conductive during standby,
The control circuit raises the gate potential in the conductive state of the switching transistor to the second power supply potential higher than the first power supply potential when a predetermined time has elapsed after setting the first power supply potential to the gate potential. A semiconductor memory device.
上記第1の電源電位は内部降圧電位または外部電源電位であり、
上記第2の電源電位は昇圧電位であることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device according to claim 5.
The first power supply potential is an internal step-down potential or an external power supply potential,
The semiconductor memory device, wherein the second power supply potential is a boosted potential.
上記第1の電源電位は内部降圧電位であり、
上記第2の電源電位は外部電源電位または昇圧電位であることを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device according to claim 6.
The first power supply potential is an internal step-down potential,
The semiconductor memory device, wherein the second power supply potential is an external power supply potential or a boosted potential.
上記制御回路は、接地電位,外部電源電位及び昇圧電位のうちのいずれか1つを切り替えて、上記スイッチングトランジスタのゲート電位として供給することを特徴とする半導体記憶装置。The semiconductor memory device according to claim 5.
The semiconductor memory device, wherein the control circuit switches any one of a ground potential, an external power supply potential, and a boosted potential and supplies the switching potential as a gate potential of the switching transistor.
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