JP2001006365A - 下位ワードライン駆動回路及びこれを利用した半導体メモリ装置 - Google Patents

下位ワードライン駆動回路及びこれを利用した半導体メモリ装置

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JP2001006365A
JP2001006365A JP2000177294A JP2000177294A JP2001006365A JP 2001006365 A JP2001006365 A JP 2001006365A JP 2000177294 A JP2000177294 A JP 2000177294A JP 2000177294 A JP2000177294 A JP 2000177294A JP 2001006365 A JP2001006365 A JP 2001006365A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二つのNMOSトランジスタのみを用いて下
位ワードラインを駆動させることにより、レイアウト面
積を低減させた下位ワードライン駆動回路及びこれを利
用した半導体メモリ装置を提供することにある。 【解決手段】 本発明は階層的ワードライン構造を有
し、下位ワードラインを駆動させるための下位ワードラ
イン駆動回路及びこれを利用した半導体メモリ装置に関
する。本発明の下位ワードライン駆動回路は、二つのN
MOSトランジスタのみで構成され下位ワードラインを
駆動させることにより、ギガビット(Gigabit)級の超高
集積メモリ製品に適用することになる場合、全体メモリ
素子の面積を低減させることができる。さらに、ブート
ストラッピング過程で要求される駆動信号の間のディレ
イによる時間損害がないため動作速度が速く、素子の信
頼性側面でも有利な効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は階層的ワードライン
構造を有する半導体メモリ装置に関し、特にレイアウト
(Layout)面積が小さいながらも高速動作が可能な下位
ワードライン駆動回路及びこれを利用した半導体メモリ
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、階層的ワードライン構造はワー
ドラインのメタルストラッピング(Metal Strapping)で
発生する厳しいメタルデザインルール(Metal Design Ru
le) を緩めるために用いられる。メタルストラッピング
はポリ−シリコン(Poly-Silicon)で作られるワードラ
インの抵抗を低減させるため、メタルラインをワードラ
インピッチ(Pitch) でセルアレイの上部に配列し、ポリ
−シリコンのワードラインに連結することにより、ワー
ドラインの抵抗を減らして駆動時間を速くする。(ここ
で“ピッチ”とは規則的に配列されたライン等でライン
幅 (Line Width)+スペース(Space) を合わせたことを
指す。)このようなメタルストラッピング方法は、メモ
リ素子の集積度が増加するに従いワードラインピッチが
低減するため、メタル工程の欠陥(Failure) 比が増加し
て歩留り(Yield) が減少する。従って、64M級ディラ
ム(DRAM)製品からは階層的ワードライン構造が必
須的に適用されている。
【0003】本発明は、メモリ製品に適用される階層的
ワードライン構造で下位ワードラインを駆動する部分に
用いられる。
【0004】階層的ワードライン構造に用いられる通常
の下位ワードライン駆動回路は一般に3個のエヌモス
(NMOS)型トランジスタで構成されており、ダブル
ブートストラッピング(Double Bootstrapping)過程を
介して下位ワードラインを昇圧された電圧レベルである
高電位(Vpp)で駆動する。このようなダブルブートスト
ラッピングは非常に高い電圧がかかるノード(Node)が
あって素子の信頼性に問題を発生させ、駆動信号間に要
求される遅延(Delay)により駆動時間が長びく問題点が
ある。さらに、下位ワードライン駆動回路のレイアウト
面積は全体のメモリ素子の面積に及ぼす影響が大きいの
でできるだけ少ない面積のレイアウトが要求される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図1は、通常の下位ワ
ードライン駆動回路の詳細回路図であり、真偽上位ワー
ドライン(MWL)及びノード(N1)の間に接続され
ゲートで電位信号(Vx)が印加されるNMOSトラン
ジスタ(MN3)と、動作信号(px)を入力するノー
ド(N2)及び下位ワードライン(SWL)の間に接続
されゲートがノード(N1)に連結されたNMOSトラ
ンジスタ(MN1)と、下位ワードライン(SWL)及
び接地電圧(Vss)の間に接続されゲートが補数上位
ワードライン(/MWL)に連結されたNMOSトラン
ジスタ(MN2)で構成されている。
【0006】上位プルアップトランジスタ(MN1)は
下位ワードライン(SWL)をVppレベルでプルアッ
プさせ、プルダウントランジスタ(MN2)は‘0V’
(グラウンド)でプルダウンさせる役割を果たす。そし
て、NMOSトランジスタ(MN3)はノード(N1)
をプリチャージしブートストラッピングされた後に電位
がそのまま維持されるようにするスイッチ役割を果た
す。即ち、大部分の場合Vx=Vccになりノード(N
1)をVx−Vt(Vtはしきい値電圧)でプリチャー
ジした後、所定時間(Td)遅延後pxが‘Vpp’で
活性化するに従いノード(N1)はVpp+Vt以上の
電圧でブートストラッピングされるためpxの電圧‘V
pp’がプルアップトランジスタ(MN1)を介して下
位ワードラインにそのまま伝達される。
【0007】図2は、図1に示す下位ワードラインを駆
動するために適用されるタイミング図である。
【0008】通常の下位ワードライン駆動回路はTdデ
ィレイ(Delay) 程度の時間損害があり、高い電圧に上っ
ていくノード(N1)によりプルアップトランジスタ
(MN1)の信頼性に悪い影響を与えることになる。
【0009】従って、本発明の目的は二つのNMOSト
ランジスタのみを用いて下位ワードラインを駆動させる
ことにより、レイアウト面積を低減させた下位ワードラ
イン駆動回路及びこれを利用した半導体メモリ装置を提
供することにある。
【0010】本発明の他の目的は、ブートストラッピン
グ過程で要求される駆動信号の間のディレイによる時間
損害を除去することにより、動作速度を向上させた下位
ワードライン駆動回路及びこれを利用した半導体メモリ
装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の下位ワードライン駆動回路はpxi及び下
位ワードラインの間に接続されゲートが上位ワードライ
ンに連結されたプルアップドライバ手段と、下位ワード
ライン及び接地電圧の間に接続されゲートが上位ワード
ラインバーに連結されたプルダウンドライバ手段を備え
ている。
【0012】前記目的を達成するため、本発明の他の下
位ワードライン駆動回路では上位ワードライン及び下位
ワードラインの間に接続されゲートがpxi電位に連結
されたプルアップドライバ手段と、下位ワードライン及
び接地電圧の間に接続されゲートが/pxi電位に連結
されたプルダウンドライバ手段を備えている。
【0013】前記目的を達成するため、本発明の下位ワ
ードライン駆動回路を利用した半導体メモリ装置では各
セルアレイをカラム方向にn個下位セルブロックに分
け、各下位セルブロックの下位ワードラインを2m個ず
つ分けて各下位ワードライングループごとに2m個の下
位ワードライン駆動回路があり、上位ワードラインと上
位ワードラインバーがロー方向にある階層的ワードライ
ン構造に対し、一部分のローアドレスを入力で受け、上
位ワードラインと上位ワードラインバーを出力するロー
デコーダ手段と、残りのm個のローアドレスを入力で受
け2m個のpxiを生成するpx発生手段、上位ワード
ライン及び上位ワードラインバーの電位信号により下位
ワードラインを駆動するための多数の下位ワードライン
駆動手段とを備えている。
【0014】前記目的を達成するため、本発明の他の下
位ビットライン駆動回路を利用した半導体メモリ装置で
は各セルアレイをカラム方向にn個の下位セルブロック
に分け、各下位セルブロックの下位ワードラインを2m
個ずつ分けて各下位ワードライングループごとに2m
の下位ワードライン駆動回路があり、上位ワードライン
がロー方向にある階層的ワードライン構造に対し、一部
分のローアドレスを入力として受け上位ワードラインを
出力するローデコーダ手段と、残りのm個のローアドレ
スを入力として受けpxi及び/pxiを2m個ずつ生
成するpx発生手段と、pxi及び/pxi電位信号に
より下位ワードラインを駆動するための多数の下位ワー
ドライン駆動手段を備えている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態で用いられ
ている技術用語を下記のように定義する。
【0016】pxi:下位ワードライン駆動回路を選択
的に動作させるための信号であり、一部のローアドレス
を入力として受けるpx発生器により生成される。
【0017】Vpp:昇圧された電圧レベルであり、メ
モリチップ内部でチャージポンピング(Charge
pumping)回路を含んだVpp発生器により発生
する。メモリチップ内部の電源電圧に比べ電圧レベルが
高い。(Vpp>Vcc)VppH(Vpp Hig
h):本発明の下位ワードライン駆動回路に用いられる
第1昇圧電圧。
【0018】VppL(Vpp Low) :本発明の
下位ワードライン駆動回路に用いられる第2昇圧電圧。
(VppH>VppL) Vx:通常の下位ワードライン駆動回路で、スイッチ用
トランジスタ(MN3)のゲートに印加されるDC電
圧、大概の場合Vx=Vccである。
【0019】図3は、本発明の第1実施形態に係る下位
ワードライン駆動回路の詳細回路図であり、px電位を
入力するノード(N2)及び下位ワードライン(SW
L)の間に接続され、ゲートが真偽上位ワードライン
(MWL)に連結したNMOSトランジスタ(MN1)
と、下位ワードライン(SWL)及び接地電圧(Vs
s)の間に接続され、ゲートが補数上位ワードライン
(/MWL)に連結されたNMOSトランジスタ(MN
2)で構成される。
【0020】下位ワードライン駆動回路は二つのNMO
S型トランジスタ(MN1、MN2)で構成され、プル
アップトランジスタ(MN1)は‘VppL’電圧レベ
ルを下位ワードラインに伝達するプルアップの役割を果
たし、プルダウントランジスタ(MN2)は下位ワード
ラインを‘0V’(グラウンド)でプルダウンさせる役
割を果たす。
【0021】図4は、図3に示す下位ワードラインを駆
動するために適用されるタイミング図である。通常の下
位ワードライン駆動回路とは異なり真偽上位ワードライ
ン(MWL)及び補数上位ワードライン(/MWL)と
px信号の間に時間遅延がない。本発明の回路を動作さ
せるためには‘VppH’及び‘VppL’の昇圧した
電圧レベルが必要である。‘VppL’は下位ワードラ
インの活性化のため必要な電圧レベルであり、‘Vpp
H’はプルアップトランジスタ(MN1)のゲートに印
加されpxの‘VppL’電圧が下位ワードラインにそ
のまま伝達されるようにするための電圧である(Vpp
H>VppL+Vt)。
【0022】図5は、図3に示す下位ワードライン駆動
回路を半導体メモリ装置である全体セルアレイに適用し
た実施形態の一つであり、4個ずつの下位ワードライン
(SWL)が各グループに分けられており、ポリ−シリ
コン(Poly-Silicon)で形成された4個の下位ワードラ
イングループ上で二つの真偽上位ワードライン(MW
L)及び補数上位ワードライン(/MWL)メタルライ
ン(Metal Line)が通過するため、通常のメタルストラ
ッピング方法に比べメタルピッチ(Pitch)を2倍に増加
させる。ローデコーダ(200)は一部分のローアドレ
スを入力として受けアドレス信号に該当する真偽上位ワ
ードライン(MWL)を活性化する。ローアドレスに従
い選択された真偽上位ワードライン(MWL)はレベル
変換器(300)を経て‘0V’から‘VppH’に駆
動され、px発生器(100)は二つのローアドレスを
入力として受け該当するアドレスのpxi(iは定数、
0≦i≦3)のみを‘0V’から‘VppL’に駆動す
る。各サブセルブロックi(1≦i≦n)(400)両
方には下位ワードライン駆動回路が位置する。
【0023】図6は、図3に示す下位ワードライン駆動
回路を半導体メモリ装置である全体セルアレイに適用し
た他の実施形態であり、8個ずつの下位ワードライン
(SWL)が各グループに分けられており、ポリ−シリ
コンで形成された8個の下位ワードライングループ上に
2個の真偽上位ワードライン(MWL)及び補数上位ワ
ードライン(/MWL)メタルラインが通過するためメ
タルピッチを通常のメタルストラッピング方法に比べ4
倍に増加させる。ローデコーダは一部分のローアドレス
を入力として受けアドレス信号に該当する真偽上位ワー
ドライン(MWL)を活性化する。
【0024】ローアドレスに従い選択された真偽上位ワ
ードライン(MWL)はレベル変換器(300)を経て
‘0V’から‘VppH’に駆動され、px発生器(1
00)は三つのローアドレスを入力として受け該当する
アドレスのpxi(iは定数、0≦i≦7)のみを‘0
V’から‘VppL’に駆動する。各サブセルブロック
i(1≦i≦n)両方には下位ワードライン駆動回路が
位置する。
【0025】図7は、本発明の第2実施形態に係る下位
ワードライン駆動回路の詳細回路図であって、真偽上位
ワードライン(MWL)及び下位ワードライン(SW
L)の間に接続されゲートが真偽pxi電位ラインに連
結されたNMOSトランジスタ(MN1)と、下位ワー
ドライン(SWL)及び接地電圧(Vss)の間に接続
され/pxi(補数pxi)電位ラインに連結されたN
MOSトランジスタ(MN2)で構成される。回路は図
3に示す第1実施形態の回路とは異なり補数上位ワード
ライン(/MWL)信号がなく、真偽上位ワードライン
(MWL)と二つのpxi信号及び/pxi信号で下位
ワードラインが駆動される。
【0026】図8は、図7に示す下位ワードラインを駆
動するために適用されるタイミング図である。本回路は
図3の第1実施形態の回路と同様に二つのNMOSトラ
ンジスタ(MN1、MN2)で構成され、プルアップト
ランジスタ(MN1)はpxi信号によりオン(on)
/オフ(off)され真偽上位ワードライン(MWL)
の‘VppL’電圧を下位ワードラインに伝達するプル
アップの役割を果たす。反面プルダウントランジスタ
(MWL)は/pxi信号によりオン(on)/オフ
(off)され、下位ワードラインを‘0V’(グラウ
ンド)でプルダウンさせる役割を果たす。pxi信号は
活性化される場合、‘0V’から‘VppH’電圧レベ
ルとなり、真偽上位ワードライン(MWL)は‘0V’
から‘VppL’電圧レベルになる。
【0027】図9は、図7に示す下位ワードライン駆動
回路を半導体メモリ装置である全体セルアレイに適用し
た実施形態である。4個ずつの下位ワードラインが各グ
ループに分けられており、ポリ−シリコンで形成された
4個の下位ワードライングループ上に一つの真偽上位ワ
ードライン(MWL)メタルラインが通過するため、通
常的なメタルストラッピング方法に比べメタルピッチを
4倍に増加させる。ローデコーダは一部分のローアドレ
スを入力として受けアドレス信号に該当する真偽上位ワ
ードライン(MWL)を活性化する。
【0028】ローアドレスに従い選択された真偽上位ワ
ードライン(MWL)はレベル変換器(300)を経て
‘0V’から‘VppL’に駆動され、px発生器(1
00)は二つのローアドレスを入力され該当するアドレ
スのpxiは‘0V’から‘VppH’に、/pxiは
‘Vcc’から‘0V’となる。各サブセルブロックi
(1≦i≦n)両側には下位ワードライン駆動回路が位
置する。
【0029】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明の下位ワ
ードライン駆動回路によれば、二つのNMOSトランジ
スタのみで構成し下位ワードラインを駆動させることに
より全体メモリ素子の面積を低減させることができる。
このことは、ギガビット(Gigabit)級の超高集積メモリ
製品に用いた場合に特に有効である。さらに、ブートス
トラッピング過程で要求される駆動信号の間のディレイ
による時間損害がないため動作速度が速く、素子の信頼
性側面でも有利な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常の下位ワードライン駆動回路の詳細回路
図。
【図2】図1に示す下位ワードライン駆動回路の動作タ
イミング図。
【図3】本発明の第1実施形態に係る下位ワードライン
駆動回路の詳細回路図。
【図4】図3に示す下位ワードライン駆動回路の動作タ
イミング図。
【図5】図3に示す下位ワードライン駆動回路を半導体
メモリ装置である全体セルアレイに適用した実施形態の
一つを示すブロック図。
【図6】図3に示す下位ワードライン駆動回路を半導体
メモリ装置である全体セルアレイに適用した他の実施形
態を示すブロック図。
【図7】本発明の第2実施形態に係る下位ワードライン
駆動回路の詳細回路図。
【図8】図7に示す下位ワードライン駆動回路の動作タ
イミング図。
【図9】図7に示す下位ワードライン駆動回路を半導体
メモリ装置である全体セルアレイに適用した実施形態を
示すブロック図。
【符号の説明】
100…px発生器 200…ロ
ーデコーダ 300…レベル変換器 400…サ
ブセルブロック MN1〜MN3…NMOS型トランジスタ MWL(Main Word Line)…上位ワードライン SWL(Sub Word Line) …下位ワードライン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数のローとカラムで構成されたセルア
    レイと、 カラムをカラムアドレスに従い選択するためのカラムデ
    コーダと、 各セルアレイをn個のカラム方向の下位セルブロックに
    分割することと、2個の下位ワードラインのセットを
    各々の下位セルブロックと関係させることとによって得
    られる、各々が2個の下位ワードライン駆動回路を有
    する、下位ワードライングループを有する階層的ワード
    ライン構造と、 ロー方向の各上位ワードラインに提供された上位ワード
    ライン信号と、 ローアドレスの第1部分に従った前記上位ワードライン
    信号を提供するためのローデコーダと、 前記ローアドレスの前記第1部分ではなく、残りのmビ
    ットのローアドレスを受容し、2個のワードラインブ
    ースティング信号pxi及び/pxiを発生するための
    ワードラインブースティング信号発生手段と、 前記ワードラインブースティング信号pxi及び/px
    i電位信号により、前下位ワードラインを駆動するため
    の複数の下位ワードライン駆動手段とを備えることを特
    徴とする半導体メモリ装置。
  2. 【請求項2】 前記n及びmは、自然数であることを特
    徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置
  3. 【請求項3】 前記上位ワードラインがグラウンド電位
    及び高電位のハイ論理レベルによって駆動され、 前記ワードラインブースティング信号pxi発生手段が
    前記グラウンド電位及び前記高電位のロー論理レベルを
    提供する、ことを特徴とする請求項1記載の半導体メモ
    リ装置。
  4. 【請求項4】 前記2個のワードラインブースティン
    グ信号pxi及び/pxiは一般に複数の下位のワード
    ライン駆動回路によって分けられている信号請求項1記
    載の半導体メモリ装置。
  5. 【請求項5】 前記下位ワードライン駆動手段は、 上位ワードライン信号を受容し、下位ワードラインに連
    結され、ゲートが前記ワードラインブースティング信号
    pxi電位に直接接続されたプルアップドライバ手段
    と、 前記下位ワードラインと接地電圧との間に連結され、ゲ
    ートが前記ワードラインブースティング信号/pxi電
    位に直接接続されたプルダウンドライバ手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体メモリ装置。
  6. 【請求項6】 前記プルアップドライバ手段及びプルダ
    ウンドライバ手段は、MOSトランジスタで構成された
    ことを特徴とする請求項5記載の半導体メモリ装置。
  7. 【請求項7】 前記MOSトランジスタは、NMOSト
    ランジスタであることを特徴とする請求項6記載の半導
    体メモリ装置。
  8. 【請求項8】 前記プルアップドライバ手段が、上位ワ
    ードラインと前記ワードラインブースティング信号との
    差より小さいしきい値電圧を有するトランジスタを含む
    ことを特徴とする請求項6又は請求項7記載の半導体メ
    モリ装置。
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