JP2003123473A - 半導体記憶装置及びセンスアンプの駆動方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びセンスアンプの駆動方法

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JP2003123473A
JP2003123473A JP2002259035A JP2002259035A JP2003123473A JP 2003123473 A JP2003123473 A JP 2003123473A JP 2002259035 A JP2002259035 A JP 2002259035A JP 2002259035 A JP2002259035 A JP 2002259035A JP 2003123473 A JP2003123473 A JP 2003123473A
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ground voltage
driving
boosted
semiconductor memory
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San-Ha Park
山河 朴
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Abstract

(57)【要約】 【課題】BSG回路が適用された半導体記憶装置におい
て、低電源電圧動作時にセンスアンプの読取り速度を向
上させる。 【解決手段】メモリセルデータを読み取り増幅するセン
スアンプと、前記センスアンプのプルアップソースライ
ン(CSP)及びプルダウンソースライン(CSN)を駆動し、第
1制御信号(Vss駆動信号)と第2制御信号(Vbsg駆動信
号)に応答して前記プルダウンソースライン(CSN)を順次
にグラウンド電圧Vss及び昇圧されたグラウンド電圧Vbs
gに駆動するセンスアンプ駆動手段と、前記第1制御信
号(Vss駆動信号)と第2制御信号(Vbsg駆動信号)を生成
し、前記第1制御信号のタイミング調節により前記プル
ダウンソースライン(CSN)のグラウンド電圧Vss駆動時間
を設定するセンスアンプ駆動制御手段と、前記昇圧され
たグラウンド電圧(Vbsg)を生成する昇圧グラウンド電圧
生成手段とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体記憶装置
に関し、特に、BSG(Boosted Sense Ground)回路技術
を利用した低電圧動作に好適な、DRAM等の半導体記
憶装置のRAS(Row Address Strobe)待ち時間(Latenc
y)の改善に有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、従来の技術として特許文献1
(1999年3月30日公開)に記載の半導体記憶装置
は、複数のワード線と複数のビット線との交点に格子状
に配置された複数のメモリセル及びデータを読み取り増
幅するセンスアンプからなるメモリセルアレイと、その
メモリセルアレイから任意のメモリセルを選択するデコ
ーダと、このデコーダにより選択されたメモリセルに対
するデータの書き込みおよび読み出しのための入出力制
御を司る入出力制御回路とからなり、前記ビット線の信
号量を十分に確保するために、前記センスアンプをBS
G構成の回路とし、前記メモリセルをSOI基板上に形
成して構成されていることを特徴とする。
【0003】しかし、このような回路構成では、電源電
圧が低くなればなるほど、半導体記憶装置の駆動の際の
センスアンプの駆動電圧が減少して、読取り速度の遅延
を招いたり読取りが不可能となったりする深刻な問題点
がある。
【0004】以下に、従来の技術による回路構成を例に
挙げて説明する。
【0005】図6及び図7は、従来の技術に係るセンス
アンプ駆動部の構成及びセンスアンプ駆動部とセンスア
ンプ側の電圧波形の一実施例である。このようなセンス
アンプ駆動部を有すれば、PSA駆動信号SPSAによっ
てセンスアンプのプルアップソースラインCSPには、
Vcell0の電圧が印加され、Vss駆動信号SVssによって
センスアンプのプルダウンソースラインCSNにはVss
の電圧が印加される。すなわち、動作の際、NMOSセ
ンスアンプのゲートとソースと間にかかる電圧Vgsは、
次の[数1]式のような電圧がかかることになる。
【0006】
【数1】
【0007】図8及び図9は、従来の技術に係るセンス
アンプ駆動部の構成及びセンスアンプ駆動部とセンスア
ンプ側の電圧波形の他の例であって、BSG方式を採択
した場合である。
【0008】BSG方式は、センスアンプのプルダウン
ソースラインCSNを接地電圧Vssより高いVbsgに駆
動する方式である。このようなセンスアンプ駆動部を有
すれば、PSA駆動信号SPSAによってセンスアンプの
プルアップソースラインCSPには、Vcell1(=Vcel
l0+Vbsg)の電圧が印加され、昇圧されたグラウンド
電圧Vbsg駆動信号SVbsgによってセンスアンプのプル
ダウンソースラインCSNには、昇圧されたグラウンド
電圧Vbsgの電圧が印加されて、動作状態でNMOSセ
ンスアンプのゲートとソースとの間にかかる電圧Vgs
は、次の[数2]式で表される。
【0009】
【数2】
【0010】すなわち、BSG回路を備えることとは関
係なく、動作時にNMOSセンスアンプのゲートとソー
スとの間にかかる電圧Vgsは、Vcell0/2で一定の値
を有し、センスアンプの駆動電圧を十分に大きくできな
いので、低電源電圧下での読出し速度の改善が困難であ
る。
【0011】また、従来のBSG方式を、チップ内部で
別途に生成された電圧Vbsgを使用するために、電流の
消耗が大きい読出し初期にノイズが大きくなり、読出し
動作の安定性が問題となる。
【0012】
【特許文献1】特開平11−87649号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、低電源電圧動作の際にセンスアンプの動作電圧を追
加的に確保して読出し速度を向上させた、改善されたB
SG回路が適用された半導体記憶装置を提供することを
目的とする。
【0014】また、この発明の他の目的は、センスアン
プの駆動初期にノイズを減少させて読出し動作の安定性
を改善した半導体記憶装置を提供することにある。
【0015】また、この発明のさらに他の目的は、低電
源電圧での動作速度の改善及び動作安定性改善のための
半導体記憶装置のセンスアンプ駆動方法を提供すること
にある。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、半導体記憶装置において、メモリセル
データを読み取り増幅するセンスアンプと、前記センス
アンプのプルアップソースラインCSP及びプルダウン
ソースラインCSNを駆動し、第1制御信号(Vss駆動
信号)と第2制御信号(Vbsg駆動信号)に応答して前
記プルダウンソースラインCSNを順次にグラウンド電
圧Vss及び昇圧されたグラウンド電圧Vbsgに駆動する
センスアンプ駆動手段と、前記第1制御信号(Vss駆動
信号)と第2制御信号(Vbsg駆動信号)を生成し、前
記第1制御信号のタイミング調節により前記プルダウン
ソースラインCSNのグラウンド電圧Vss駆動時間を設
定するセンスアンプ駆動制御手段と、前記昇圧されたグ
ラウンド電圧Vbsgを生成する昇圧グラウンド電圧生成
手段とを備えてなることを特徴とする半導体記憶装置を
提供する。
【0017】また、前記目的を達成するため、この発明
は、半導体記憶装置において、メモリセルデータを増幅
するセンスアンプと、前記センスアンプの第1センスア
ンプ駆動ラインにセル電圧Vcellを印加するために、セ
ル電圧印加部が第1センスアンプ駆動ラインに連結さ
れ、前記センスアンプの第2センスアンプ駆動ラインに
グラウンド電圧Vss及び昇圧されたグラウンド電圧Vbs
gを印加するために、それぞれグラウンド電圧印加部及
び昇圧グラウンド電圧印加部が並列に第2センスアンプ
駆動ラインに連結されるセンスアンプ駆動手段と、前記
センスアンプ駆動手段の前記セル電圧印加部と、前記グ
ラウンド電圧印加部及び前記昇圧グラウンド電圧印加部
をそれぞれ制御するためのセンスアンプ駆動制御手段
と、前記センスアンプ駆動手段に前記昇圧されたグラウ
ンド電圧Vbsgを印加するために、前記昇圧されたグラ
ウンド電圧Vbsgを生成する昇圧グラウンド電圧生成手
段とを備えてなることを特徴とする半導体記憶装置を提
供する。
【0018】また、さらに、前記目的を達成するため、
この発明は、プルアップソースライン及びプルダウンソ
ースラインを有するセンスアンプの駆動方法において、
前記プルアップソースラインをグラウンド電圧に初期駆
動する第1ステップと、前記第1ステップ後、前記プル
アップソースラインを昇圧されたグラウンド電圧に駆動
する第2ステップとを含んでなり、前記プルアップソー
スラインは、セル電圧に付勢することを特徴とするセン
スアンプの駆動方法を提供する。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明を、最も好ましい
実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0020】図1は、この発明に係る半導体記憶装置の
最も好ましい実施例を示す概略構成図である。図1にお
いて、この実施例による半導体記憶装置は、メモリセル
から読み出されるデータを増幅するセンスアンプ110
と、センスアンプ110のプルアップソースラインCS
P及びプルダウンソースラインCSNを駆動し、前記プ
ルダウンソースラインCSNにグラウンド電圧Vssび昇
圧されたグラウンド電圧Vbsgを選択的に印加するセン
スアンプ駆動部120と、センスアンプ駆動部内の複数
の電界効果トランジスタに制御信号を印加するセンスア
ンプ駆動制御部130と、センスアンプ駆動部120に
昇圧されたグラウンド電圧Vbsgを印加するために、昇
圧されたグラウンド電圧Vbsgを生成する昇圧グラウン
ド電圧生成部140とを備えて構成されている。
【0021】図2は、この発明に係る半導体記憶装置の
実施例におけるセンスアンプ駆動制御部130の要部を
示す回路図である。センスアンプイネーブルバー信号S
AEBiが入力されると、複数の論理素子からなるバッ
ファリング部を経てグラウンド電圧Vss駆動信号
Vss、昇圧されたグラウンド電圧Vbsg駆動信号SVbsg
及びPMOSセンスアンプPSA駆動信号SPSAが出力
され、前記バッファリング部は、グラウンド電圧Vss駆
動区間の設定のために必要な遅延部を含む。この場合、
遅延部における遅延時間の決定は、ビット線が昇圧され
たグラウンド電圧Vbsgまで駆動される時間程度を設定
して決定し、遅延時間の変更が可能となるように、メタ
ルオプション(metal option)を添加して構成される。
【0022】図3は、この発明に係る半導体記憶装置に
おけるセンスアンプ駆動部120の要部を示す回路図で
ある。この発明のセンスアンプ駆動部120は、センス
アンプ110を駆動する際に、センスアンプ110のプ
ルアップソースラインCSPには第1電圧Vcellを印加
し、センスアンプ110のプルダウンソースラインCS
Nには第2電圧Vss及び第3電圧Vbsgを時間の進行に
応じて順次に印加する。センスアンプ110のプルアッ
プソースラインCSPに第1電圧を印加するために、P
MOSのソース側とドレイン側に各々センスアンプ11
0のプルアップソースラインCSP)と第1電圧Vcell
が連結される。また、センスアンプ110のプルダウン
ソースラインCSNに第2電圧Vss及び第3電圧Vbsg
を印加するために、二つのNMOSのドレイン側が並列
に連結されてセンスアンプ110のプルダウンソースラ
インCSNに連結され、二つのNMOSのソース側に
は、各々第2電圧Vss及び第3電圧Vbsgが供給され
る。
【0023】一方、センスアンプ110のプルアップソ
ースラインCSPに供給される第1電圧Vcellは、セル
に格納されるハイ(High)のデータレベルを表すものであ
って、通常内部Vccと見ることができるが、これは外部
から印加される電源電圧、例えば、Vccの電圧の電源を
接続して追加的に使用することもできる。
【0024】図4は、この発明に係る半導体記憶装置内
のセンスアンプ110の構成を示す回路図であり、図5
は、センスアンプ110の活性化及びプリチャージ動作
に関連した信号波形(データレベル)を示すタイミング
チャートである。活性化コマンドActiveが入力されて、
回路内における所要の信号遅延の後に、センスアンプイ
ネーブル信号SAEBiがロー(Low)のデータレベルに
付勢されると、センスアンプSAのプルダウンソースラ
インCSNの駆動電源にグラウンド電圧Vssを使用して
センスアンプSAを駆動し(I区間)、一定時間が経過
してビット線BL、BLBの電圧差が大きくなれば、グ
ラウンド電圧Vss駆動を中断し、昇圧されたグラウンド
電圧VbsgにセンスアンプSAのプルダウンソースライ
ンCSNを駆動する(II区間)。I区間及びII区間
におけるセンスアンプSAのプルダウン素子であるNM
OSのゲートとソースとの間にかかる電圧Vgsは、それ
ぞれ次の[数3]式及び[数4]式のとおりである。
【0025】
【数3】
【0026】
【数4】
【0027】すなわち、NMOSセンスアンプのI区間
の駆動電源を従来の昇圧されたグラウンド電圧Vbsgか
らグラウンド電圧Vssに変更することによって、NMO
Sのゲート・ソース間の電圧Vgsを、下記の[数5]か
ら[数6]ないし[数7]に高めることができる。
【0028】
【数5】
【0029】
【数6】
【0030】
【数7】
【0031】また、NMOSセンスアンプのVdsもVgs
と同様に高くなる。
【0032】なお、この発明は、上記の実施例に限られ
るものではない。この発明の趣旨から逸脱しない範囲内
で、多様に変更実施することが可能である。
【0033】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、低電圧動作時にセンスアンプの動作電圧(すなわ
ち、プルダウンソースライン駆動電圧)を追加的に確保
することができるので、動作速度を改善させることがで
き、電流の大部分を消費するセンシング初期のNMOSセン
スアンプの駆動電源を、Vbsgのように内部で生成され
た電源を使用せず、外部から供給される強い電源Vssを
使用することによって、電源でのノイズが減少され、そ
れによってセンシング速度の改善と安定性の確保が可能
となる著しく、かつ有利な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係る半導体記憶装置を示す概略構
成図である。
【図2】 この発明に係る半導体記憶装置におけるセン
スアンプ駆動端制御部の要部を示す回路図である。
【図3】 この発明に係る半導体記憶装置におけるセン
スアンプ駆動部の要部を示す回路図である。
【図4】 この発明に係る半導体記憶装置内のセンスア
ンプの回路図である。
【図5】 この発明に係る半導体記憶装置内のセンスア
ンプの活性化及びプリチャージ動作に関するタイミング
チャートである。
【図6】 従来の技術に係るセンスアンプ駆動部の一例
の要部を示す回路図である。
【図7】 従来の技術に係るセンスアンプ駆動部及びセ
ンスアンプ側の電圧波形の例を示すタイミングチャート
である。
【図8】 従来の技術に係るセンスアンプ駆動部の他の
例の要部を示す回路図である。
【図9】 従来の技術に係るセンスアンプ駆動部及びセ
ンスアンプ側の電圧波形の他の例を示すタイミングチャ
ートである。
【符号の説明】
110 センスアンプ 120 センスアンプ駆動部 130 センスアンプ駆動制御部 140 昇圧グラウンド電圧生成部

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体記憶装置において、 メモリセルデータを読み取り増幅するセンスアンプと、 前記センスアンプのプルアップソースラインCSP及び
    プルダウンソースラインCSNを駆動し、第1制御信号
    (Vss駆動信号)及び第2制御信号(Vbsg駆動信号)
    に応答して前記プルダウンソースラインCSNを順次に
    グラウンド電圧Vss及び昇圧されたグラウンド電圧Vbs
    gに駆動するセンスアンプ駆動手段と、 前記第1制御信号及び前記第2制御信号を生成し、前記
    第1制御信号のタイミング調節により前記プルダウンソ
    ースラインCSNのグラウンド電圧駆動時間を設定する
    センスアンプ駆動制御手段と、 前記昇圧されたグラウンド電圧を生成する昇圧グラウン
    ド電圧生成手段とを備えてなることを特徴とする半導体
    記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記センスアンプの駆動電源が前記グラ
    ウンド電圧から前記昇圧グラウンド電圧に転換する時点
    は、ビット線片側の電圧が前記昇圧されたグラウンド電
    圧よりさらに低い瞬間であ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】 前記センスアンプ駆動制御手段は、 センスアンプイネーブルバー(SAEBi)信号が入力される
    と、複数の論理素子からなるバッファリング部を経てグ
    ラウンド電圧駆動信号、昇圧グラウンド電圧駆動信号、
    及びPMOSセンスアンプ駆動信号を出力し、 前記バッファリング部は、前記グラウンド電圧駆動区間
    の設定のための遅延部を含むことを特徴とする請求項1
    に記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記遅延部における遅延時間によってビ
    ット線が前記昇圧されたグラウンド電圧まで駆動される
    時間が決定され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】 前記遅延部は、メタルオプション(metal
    option)を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導
    体記憶装置。
  6. 【請求項6】 半導体記憶装置において、 メモリセルデータを読み取り増幅するセンスアンプと、 前記センスアンプの第1センスアンプ駆動ラインにセル
    電圧Vcellを印加するために、セル電圧印加部が第1セ
    ンスアンプ駆動ラインに連結され、前記センスアンプの
    第2センスアンプ駆動ラインにグラウンド電圧Vss、及
    び昇圧されたグラウンド電圧Vbsgを印加するために、
    グラウンド電圧印加部及び昇圧ラウンド電圧印加部が並
    列に第2センスアンプ駆動ラインに連結されるセンスア
    ンプ駆動手段と、 前記センスアンプ駆動手段の前記セル電圧印加部と、前
    記グラウンド電圧印加部、及び前記昇圧グラウンド電圧
    印加部をそれぞれ制御するためのセンスアンプ駆動制御
    手段と、 前記センスアンプ駆動手段に、前記昇圧されたグラウン
    ド電圧Vbsgを印加するために、前記昇圧されたグラウ
    ンド電圧Vbsgを生成する昇圧グラウンド電圧生成手段
    とを含むことを特徴とする半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記グラウンド電圧Vss及び前記昇圧さ
    れたグラウンド電圧Vbsgの印加は、順次に行なわれる
    ことを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 前記センスアンプの駆動電源が前記グラ
    ウンド電圧Vssから前記昇圧されたグラウンド電圧Vbs
    gに転換する時点は、ビット線片側の電圧が前記昇圧さ
    れたグラウンド電圧Vbsgより低い瞬間であることを特
    徴とする請求項7に記載の半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】 前記センスアンプ駆動制御手段は、 センスアンプイネーブルバー(SAEBi)信号が入力される
    と、複数の論理素子からなるバッファリング部を経てグ
    ラウンド電圧駆動信号、昇圧グラウンド電圧駆動信号、
    及びPMOSセンスアンプ駆動信号を出力し、 前記バッファリング部は、前記グラウンド電圧駆動区間
    の設定のための遅延部を含むことを特徴とする請求項6
    に記載の半導体記憶装置。
  10. 【請求項10】 前記遅延部における遅延時間によって
    ビット線が前記昇圧されたグラウンド電圧Vbsgまで駆
    動される時間が決定されることを特徴とする請求項9に
    記載の半導体記憶装置。
  11. 【請求項11】 前記遅延部は、メタルオプション(met
    al option)を含むことを特徴とする請求項9に記載の半
    導体記憶装置。
  12. 【請求項12】 プルアップソースライン及びプルダウ
    ンソースラインを有するセンスアンプの駆動方法であっ
    て、 前記プルアップソースラインをグラウンド電圧に初期付
    勢する第1ステップと、 前記第1ステップ後、前記プルアップソースラインを昇
    圧されたグラウンド電圧に付勢する第2ステップとを含
    んでなり、 前記プルアップソースラインは、セル電圧に付勢するこ
    とを特徴とするセンスアンプの駆動方法。
JP2002259035A 2001-09-24 2002-09-04 半導体記憶装置及びセンスアンプの駆動方法 Pending JP2003123473A (ja)

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