JP2000311489A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2000311489A
JP2000311489A JP11116521A JP11652199A JP2000311489A JP 2000311489 A JP2000311489 A JP 2000311489A JP 11116521 A JP11116521 A JP 11116521A JP 11652199 A JP11652199 A JP 11652199A JP 2000311489 A JP2000311489 A JP 2000311489A
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write
supply voltage
vii
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Yuichi Uzawa
裕一 鵜澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビット線対上の電位のディスターブやセンス
動作のノイズを抑制し、かつデータのライト動作時にお
ける消費電流を低減できる半導体記憶装置を簡単な構成
により実現できるようにする。 【解決手段】 ライトグローバルデータバス12,13
のプリチャージ電位として、周辺回路用電源電圧Viiよ
りトランジスタのしきい値電圧Vth分だけ小さい電位
を用いることにより、ビット線対18,19上の電位が
プリチャージ動作によってディスターブを受けるのを抑
制するとともに、周辺回路用電源電圧Viiよりしきい値
電圧Vthだけ低い電圧までプリチャージすれば済むよ
うにして、その分だけ消費電流を少なくすることができ
るようにする。さらに、センスアンプ用のコア用電源電
圧Viic を用いることなくプリチャージ電位を生成する
ことにより、センス動作への悪影響も回避できるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体記憶装置に関
し、例えば、DRAM等のメモリに用いて好適なもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、DRAMなどに代表されるメモリ
等の半導体記憶装置では、低消費電力のもとで高速に動
作することが要求されている。半導体記憶装置に関して
低消費電力化を実現するためには、例えばデータのライ
ト動作時における消費電流を低減することなどが考えら
れる。
【0003】図4にDRAMの一部構成を示す。DRA
Mは、チップ上に数多くのメモリセルアレイがマトリク
ス状に備えられており、各メモリセルアレイに対応して
複数のセンスアンプが夫々備えられている。図4は、幾
つかのセンスアンプとそれに対応するライトアンプとを
代表として示したものである。図4に示すように、セン
スアンプ10とライトアンプ20は、互いに相補関係に
あるライトグローバルデータバス(wgdb,/wgd
b)12,13を介して接続されている(/の記号は反
転信号であることを表している)。
【0004】上記センスアンプ10は、互いに相補関係
にあるビット線対(bl,/bl)18,19に接続さ
れた増幅部11と、アドレスに応じて該当するコラム線
(CL)15を選択するためのコラム選択トランジスタ
17と、アドレスに応じて該当するライトコラム線(W
riteCL)14を選択するためのライトコラム選択トラ
ンジスタ16とを有する。上記ライトコラム線14およ
びコラム線15は、コラム方向に並べて配置された複数
のセンスアンプ10内の各トランジスタ16,17のゲ
ートに共通に接続されている。
【0005】上記構成において、図示しないメモリセル
にデータの書き込みを行う場合、アドレス信号に基づい
てライトコラム選択トランジスタ16とコラム選択トラ
ンジスタ17のゲートに“H”レベルのデータが与えら
れることで、両トランジスタ16,17がONとなる。
これにより、ライトアンプ20で増幅された書き込みデ
ータがライトグローバルデータバス12,13を介して
センスアンプ10に入力され、各トランジスタ16,1
7を通してビット線対18,19上に伝達される。そし
て、このビット線対18,19と、上記アドレス信号に
基づき選択された図示しないワード線との交点に当たる
メモリセルにデータが書き込まれる。
【0006】ここで、上記ビット線対18,19に出力
される“H”レベルのデータの電位には、コア用(セン
スアンプ用)電源電圧Viic が用いられている。また、
ライトコラム選択トランジスタ16およびコラム選択ト
ランジスタ17をONにするための電位、およびライト
グローバルデータバス12,13のプリチャージ電位に
は、上記コア用電源電圧Viic に比べて十分に大きい周
辺回路用電源電圧Viiが用いられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成にお
いて、ライト動作時における消費電流を低減するための
手法として、図5(a)に示すようにライトグローバル
データバス(wgdb,/wgdb)12,13のプリ
チャージ電位を周辺回路用電源電圧Viiの1/2の値に
設定することが考えられる。
【0008】このようにすれば、ライト動作後にライト
グローバルデータバス12,13をプリチャージ状態に
戻す際には、ライトグローバルデータバス12,13を
単にショートさせれば、互いの電荷が打ち消しあって1
/2Viiレベルに自然にプリチャージされる。よって、
この場合に主に使う電力は、プリチャージ状態からライ
ト動作に移るときに、プリチャージ電位(1/2Vii)
をライト動作用の駆動電位Viiまで引き上げるための電
力だけで済む。
【0009】ところが、ライトアンプ20においてデー
タのマスク動作を行わせる場合、つまり、データの書き
込みを禁止する行(ロウ)のライトアンプ20を非活性
状態にするように動作させる場合には、以下のような問
題が発生する。すなわち、コラム方向に並べられた複数
のセンスアンプ10内の各ライトコラム選択トランジス
タ16およびコラム選択トランジスタ17は、1組のラ
イトコラム線14およびコラム線15によってゲート共
通に接続されているので、そのゲートに与えられる信号
が“H”レベルのときは、何れのセンスアンプ10でも
各トランジスタ16,17はONの状態となる。
【0010】よって、あるセンスアンプ10内のライト
コラム選択トランジスタ16およびコラム選択トランジ
スタ17はONであるにも関わらず、対応するライトア
ンプ20が非活性となる状態が発生し得る。このような
場合にライトグローバルデータバス12,13がプリチ
ャージ状態になると、図5(b)に示すように、ビット
線対18,19上にコア用電源電圧Viic に基づき元々
生じていた電位21,22が非活性状態のライトアンプ
20の影響を受けて、双方ともビット線のプリチャージ
電位23に引かれて変動してしまう。この影響が大きい
場合には、それぞれの電位21,22が逆転してデータ
値が反転してしまうこともある。
【0011】そのために従来は、このようなビット線対
18,19の電位に対するディスターブの影響を小さく
するために、図6(a)に示すように、ライトグローバ
ルデータバス(wgdb,/wgdb)12,13のプ
リチャージ電位を周辺回路用電源電圧Viiに設定してい
た。このようにすれば、図6(b)に示すように、ビッ
ト線対18,19の電位31,32のディスターブは、
片方のビット線にしか発生せず、データ値が反転してし
まうこともなくなる。しかし、この場合はライトグロー
バルデータバス12,13を高電位の周辺回路用電源電
圧Viiまでプリチャージする必要があるために、消費電
流は大きくなってしまう。
【0012】そこで、ビット線対18,19の電位のデ
ィスターブを小さくし、かつ消費電流を低減する方法と
して、図7に示すように、DRAM内で周辺回路用電源
電圧Viiの他に使用されている電源であるコア用電源電
圧Viic をライトグローバルデータバス12,13のプ
リチャージ電位として使用することが考えられる。この
コア用電源電圧Viic は、周辺回路用電源電圧Viiより
も十分小さく、1/2Viiよりも大きい電圧値である。
【0013】このようにすれば、図5に示した1/2V
iiよりも大きい電圧値をライトグローバルデータバス1
2,13のプリチャージ電位として用いているので、ビ
ット線対18,19の電位のディスターブを小さくする
ことができ、しかも周辺回路用電源電圧Viiよりも十分
に小さいコア用電源電圧Viic までプリチャージすれば
良いので、その分消費電流を低減することができる。
【0014】しかしながら、コア用電源電圧Viic をプ
リチャージ電位として用いた場合、周辺回路用電源電圧
Viiに比べて余力のないコア用電源電圧Viic の電位レ
ベルがプリチャージ動作によって変動を受け、この電源
を共有しているセンスアンプ10のセンス動作などにノ
イズ等の悪影響を及ぼすことがある。一方、このノイズ
対策のためにコア用電源電圧Viic の増強を行うことと
すると、電源回路の面積が増大し、チップサイズが大き
くなってしまうといった問題が生じる。
【0015】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたものであり、ビット線対上の電位のディスタ
ーブや、センスアンプのセンス動作のノイズ等を抑制
し、かつデータのライト動作時における消費電流を低減
できる半導体記憶装置を簡単な構成により実現できるよ
うにすることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、ライトグローバルデータバスのプリチャージ電位
に、コア用電源電圧より大きく周辺回路用電源電圧より
小さい電位を用いる。これにより、センスアンプに接続
されたビット線対上の電位のディスターブを抑制するこ
とが可能となるとともに、周辺回路用電源電圧までプリ
チャージ電位を上げる場合と比べて少ない消費電流でプ
リチャージを行うことが可能となる。
【0017】また、上記ライトグローバルデータバスの
プリチャージ電位として、上記周辺回路用電源電圧より
トランジスタのしきい値電圧分だけ低い電位を用いるこ
とにより、余力の少ないコア用電源電圧を用いることな
く、周辺回路用電源電圧から当該プリチャージ電位を生
成することが可能となる。さらに、このようなプリチャ
ージ電位を1個のトランジスタから容易に生成すること
が可能である。
【0018】本発明の他の態様では、センスアンプの増
幅部を構成するトランジスタのバックゲートの電位に、
ライトグローバルデータバスのプリチャージ電位より大
きい電位を用いる。これにより、ライトグローバルデー
タバスのプリチャージ動作時に、センスアンプに接続さ
れたビット線対に現れる電位よりバックゲートの電位の
方が低電位となることがなくなり、バックゲートを介し
て半導体基板に電流が流れてしまうことがなくなる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
【0020】図1は、本実施形態による半導体記憶装置
の一部であるセンスアンプ10の構成を示す図であり、
図4に示した構成要素と同じものには同一の符号を付し
ている。図1に示すように、本実施形態では、ライトグ
ローバルデータバス12,13のプリチャージ電位とし
て、周辺回路用電源電圧Viiよりもトランジスタのしき
い値電圧Vth分だけ低い電圧(Vii−Vth)を用い
る。
【0021】この図1において、ライトコラム選択トラ
ンジスタ16およびコラム選択トランジスタ17が両方
ともONになるときは、これらの各トランジスタ16,
17のゲートに接続されているライトコラム線14およ
びコラム線15の電位はViiであるので、ビット線対1
8,19に現れる電位は(Vii−Vth)となる。これ
は、従来のようにライトグローバルデータバス12,1
3のプリチャージ電位として周辺回路用電源電圧Viiを
用いたとしても同様である。
【0022】すなわち、ライトグローバルデータバス1
2,13のプリチャージ電位を従来のViiから本実施形
態の(Vii−Vth)に下げても、ビット線対18,1
9に現れる電位は(Vii−Vth)と変わらない。その
ため、プリチャージ電位を(Vii−Vth)としても、
ライトグローバルデータバス12,13のプリチャージ
速度が低下することはない。
【0023】本実施形態ではこのことに着目して、ライ
トグローバルデータバス12,13のプリチャージ電位
を、周辺回路用電源電圧Viiよりもトランジスタのしき
い値電圧Vth(ソースもしくはドレインとゲートとの
電位差)分だけ低い電位に設定している。これにより、
周辺回路用電源電圧Viiよりもトランジスタのしきい値
電圧Vthだけ低い電圧までプリチャージすれば良いの
で、その分だけ消費電流を小さくすることができる。ま
た、プリチャージ電位(Vii−Vth)の値が少なくと
もコア用電源電圧Viic より大きくなるようにしきい値
電圧Vthを設定すれば、ビット線対18,19上の電
位のディスターブも抑制できる。
【0024】また、本実施形態のプリチャージ電位(V
ii−Vth)は、周辺回路用電源電圧Viiからトランジ
スタ1段で発生可能な電位である。しかも、周辺回路用
電源電圧Viiは周辺回路用電源として元から存在する余
力のある電源電圧であり、コア用電源電圧Viic を使用
する場合と異なり、センスアンプ用電源電圧を増強した
り、または新たな電源電圧を用意する必要がない。よっ
て、回路面積を増大することなく上述の消費電流の低減
を実現することができる。さらに、本実施形態ではライ
トグローバルデータバス12,13のプリチャージ電位
としてセンスアンプ10用のコア用電源電圧Viic を使
用しないので、センス動作への悪影響も回避することが
できる。
【0025】図2は、上記図1中に示される増幅部11
の詳細な構成を示す図である。図2に示すように、増幅
部11は、2つのPチャンネルトランジスタ41により
構成されるインバータと、2つのNチャンネルトランジ
スタ42により構成されるインバータとのフリップフロ
ップ構成になっている。Pチャンネルトランジスタ41
のバックゲート43は、半導体基板(ウェル)に接続さ
れている。
【0026】このような構成において、Pチャンネルト
ランジスタ41のバックゲート43の電圧がコア用電源
電圧Viic となっていると、ライトグローバルデータバ
ス12,13のプリチャージ時にビット線対18,19
の電位は(Vii−Vth)となり、バックゲート43の
方が低電位となる。この場合、Pチャンネルトランジス
タ41のp−nジャンクションが順方向となるので、半
導体基板に電流が流れ込んでしまうことが起こり得る。
【0027】そこで、本実施形態においては、Pチャン
ネルトランジスタ41のバックゲート43の電位を、ラ
イトグローバルデータバス12,13のプリチャージ時
にビット線対18,19に現れる電位(Vii−Vth)
よりも大きい周辺回路用電源電圧Viiに設定する。この
ようにすれば、Pチャンネルトランジスタ41のp−n
ジャンクションが順方向となることはなく、基板に電流
が流れてしまう不都合を回避することができる。
【0028】図3は、以上に述べた本実施形態の内容を
実現する具体的な回路構成の例を示す図である。図3に
おいて、図1および図2に示した構成要素と同じものに
は同一の符号を付している。この図3では、特にライト
アンプ20の詳細な構成を示している。
【0029】図3に示すように、ライトアンプ20は、
複数のPチャンネルトランジスタおよび複数のNチャン
ネルトランジスタにより構成される増幅部51と、この
増幅部51を通過したデータをプリチャージ動作時とラ
イト動作時とでスイッチングするスイッチ部52とを有
している。また、端子59は外部データwdbを図示し
ないライトデータバスよりライトアンプ20に入力する
端子であり、もう1つの端子60はプリチャージ制御信
号/wepを入力する端子である。
【0030】上記増幅部51は、上記プリチャージ制御
信号/wepに応じてON/OFFするPチャンネルト
ランジスタ53およびNチャンネルトランジスタ54を
備えている。ライト動作時においては、プリチャージ制
御信号/wepが“H”となることにより、Pチャンネ
ルトランジスタ53がOFFになるとともに、Nチャン
ネルトランジスタ54がONとなる。これにより増幅部
51は、端子59より入力される外部データwdbを増
幅して次段のスイッチ部52へと供給する。
【0031】一方、プリチャージ動作時においては、プ
リチャージ制御信号/wepが“L”となることによ
り、Pチャンネルトランジスタ53がONになるととも
に、Nチャンネルトランジスタ54がOFFとなる。こ
れにより、外部データwdbの増幅は行われず、次段の
スイッチ部52には周辺回路用電源電圧Viiレベルの
“H”データが強制的に送られる。
【0032】また、上記スイッチ部52は、NANDゲ
ート55およびインバータ56と、これらの出力をそれ
ぞれゲートで受ける2つのNチャンネルトランジスタ5
7,58とから成る構成を、相補関係にある2つのライ
トグローバルデータバス12,13用に2組備えてい
る。
【0033】本実施形態では、上記Nチャンネルトラン
ジスタ57のソースもしくはドレインをライトグローバ
ルデータバス12,13に接続している。ここで、Nチ
ャンネルトランジスタ57のゲートと上記ソースもしく
はドレインとの間のしきい値電圧Vthは、コラム選択
トランジスタ17のしきい値電圧Vth’と同じ値に設
定するのが好ましい。ただし、必ずしも一致させる必要
はない。
【0034】例えば、ライトグローバルデータバス1
2,13のプリチャージ電位(Vii−Vth)が、Vii
c <(Vii−Vth)<Viiとなる関係を満たせば、N
チャンネルトランジスタ57のしきい値電圧Vthはコ
ラム選択トランジスタ17のしきい値電圧Vth’と必
ずしも一致する必要はない。なお、この場合でも、Vt
h>Vth’となるようにするのが好ましい。
【0035】上記増幅部51から供給されるデータは、
NANDゲート55の一方の入力端子に入力されるとと
もに、インバータ56を介してNチャンネルトランジス
タ58のゲートに入力される。また、上記NANDゲー
ト55の他方の入力端子には、上記プリチャージ制御信
号/wepが入力される。これにより、プリチャージ制
御信号/wepが“L”となってライトグローバルデー
タバス12,13のプリチャージが行われるときには、
NANDゲート55の出力は必ず“H”(周辺回路用電
源電圧Viiレベル)となる。
【0036】このとき、NANDゲート55の出力をゲ
ートで受けるNチャンネルトランジスタ57のソースも
しくはドレインは、ライトグローバルデータバス12,
13に接続されているので、ライトグローバルデータバ
ス12,13は、周辺回路用電源電圧ViiよりもNチャ
ンネルトランジスタ57のしきい値電圧Vth分だけ低
い電位(Vii−Vth)にプリチャージされる。
【0037】なお、ライトコラム選択トランジスタ16
およびコラム選択トランジスタ17のゲートが“H”レ
ベル、すなわち周辺回路用電源電圧Viiレベルのとき、
これらの各トランジスタ16,17はONとなるが、ビ
ット線対18,19には(Vii−Vth)の電位がその
まま現れる。
【0038】また、センスアンプ10内の増幅部11に
関しては、上記図2に示したのと同様に、Pチャンネル
トランジスタ41のバックゲート43の電位を上記プリ
チャージ電位(Vii−Vth)よりも大きい周辺回路用
電源電圧Viiに設定しているので、ライトグローバルデ
ータバス12,13のプリチャージ時にビット線対1
8,19の電位が(Vii−Vth)となっても、Pチャ
ンネルトランジスタ41のp−nジャンクションが順方
向となることはなく、基板に電流が流れるのを防ぐこと
ができる。
【0039】なお、上記に示した実施形態は、本発明を
実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎ
ず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈
されてはならないものである。すなわち、本発明はその
精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様
々な形で実施することができる。
【0040】例えば、上記実施形態では、周辺回路用電
源電圧Viiよりもトランジスタのしきい値電圧Vth分
だけ低い電圧をプリチャージ電位として設定したが、V
iic<V<Viiなる関係を満たす電圧Vであれば、必ず
しもトランジスタのしきい値電圧Vthを用いてプリチ
ャージ電位を生成する必要はない。また、当該プリチャ
ージ電位を必ず周辺回路用電源電圧Viiから作る必要も
なく、例えば半導体記憶装置の外部電源電圧や、半導体
記憶装置が通常備える昇圧回路で昇圧された電圧を用い
るようにしても良い。
【0041】また、上記実施形態では、センスアンプ1
0内のPチャンネルトランジスタ41のバックゲート4
3の電位に周辺回路用電源電圧Viiを用いているが、
(Vii−Vth)よりも大きな電圧であれば、必ずしも
この周辺回路用電源電圧Viiを用いる必要はない。ただ
し、周辺回路用電源電圧Viiは周辺回路用電源として元
から存在する電源電圧であるから、これを用いた場合に
は(Vii−Vth)よりも大きな電圧を特に作り出す必
要がなく、回路構成が簡単である。
【0042】
【発明の効果】本発明は上述したように、ライトグロー
バルデータバスのプリチャージ電位として、コア用電源
電圧より大きく周辺回路用電源電圧より小さい電位を用
いたので、センスアンプに接続されたビット線対上の電
位のディスターブを抑制することができるとともに、周
辺回路用電源電圧よりも低い電圧までプリチャージすれ
ば良く、その分だけ消費電流を少なくすることができ
る。
【0043】また、本発明では、ライトグローバルデー
タバスのプリチャージ電位として、周辺回路用電源電圧
よりトランジスタのしきい値電圧分だけ低い電位を用い
るようにしたので、センスアンプ用の余力の少ないコア
用電源電圧を用いることなく、余力のある周辺回路用電
源電圧から当該プリチャージ電位を生成することがで
き、センス動作への悪影響も回避することができる。
【0044】さらに、このようなプリチャージ電位を、
元から存在する周辺回路用電源電圧と1個のトランジス
タとを用いて作り出すことができるので、センスアンプ
用電源電圧を増強したり、または新たな電源電圧を用意
する必要がなく、回路面積を増大させることなく消費電
流の低減を実現することができる。
【0045】本発明の他の態様では、センスアンプの増
幅部を構成するトランジスタのバックゲートの電位に、
ライトグローバルデータバスのプリチャージ電位より大
きい電位を用いるようにしたので、ライトグローバルデ
ータバスのプリチャージ動作時に、バックゲートを介し
て半導体基板に電流が流れてしまう不都合を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態による半導体記憶装置の一部である
センスアンプの構成例を示す図である。
【図2】図1中に示される増幅部の詳細な構成を示す図
である。
【図3】本実施形態による半導体記憶装置の具体的な回
路構成例を示す図である。
【図4】DRAMの一部構成を示す図である。
【図5】ライトグローバルデータバスおよびビット線対
の電位の変化の例を示す図である。
【図6】ライトグローバルデータバスおよびビット線対
の電位の変化の他の例を示す図である。
【図7】ライトグローバルデータバスのプリチャージ電
位にコア用電源電圧を用いた従来の例を示す図である。
【符号の説明】
10 センスアンプ 11 増幅部 12,13 ライトグローバルデータバス 14 ライトコラム線 15 コラム線 16 ライトコラム選択トランジスタ 17 コラム選択トランジスタ 18,19 ビット線対 20 ライトアンプ 41 Pチャンネルトランジスタ 43 Pチャンネルトランジスタのバックゲート 57 Nチャンネルトランジスタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 センスアンプとライトアンプとがライト
    グローバルデータバスを介して接続された半導体記憶装
    置であって、 上記ライトグローバルデータバスのプリチャージ電位
    に、コア用電源電圧より大きく周辺回路用電源電圧より
    小さい電位を用いることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 上記ライトグローバルデータバスのプリ
    チャージ電位に、上記周辺回路用電源電圧よりトランジ
    スタのしきい値電圧分だけ小さい電位を用いることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 上記センスアンプの増幅部を構成するト
    ランジスタのバックゲートの電位に、上記ライトグロー
    バルデータバスのプリチャージ電位より大きい電位を用
    いることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体
    記憶装置。
  4. 【請求項4】 上記センスアンプの増幅部を構成するト
    ランジスタのバックゲートの電位に、上記周辺回路用電
    源電圧を用いることを特徴とする請求項3に記載の半導
    体記憶装置。
  5. 【請求項5】 センスアンプとライトアンプとがライト
    グローバルデータバスを介して接続された半導体記憶装
    置であって、 上記ライトグローバルデータバスのプリチャージ動作時
    に、周辺回路用電源電圧よりも自己のしきい値電圧分だ
    け小さい電位を上記ライトグローバルデータバスに出力
    するトランジスタを上記ライトアンプ内に備えることを
    特徴とする半導体記憶装置。
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