JP2003338190A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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Abstract
速読み出しを可能にした半導体記憶装置を提供する。 【解決手段】直列接続された複数のメモリトランジスタ
11を含むメモリトランジスタ群10、メモリトランジ
スタ11のデータが出力されるデータ読み出し線16を
有している。データ読み出し線16にはセンスアンプ1
7が接続されている。データ読み出し線16はプリチャ
ージ用トランジスタ12によって0Vにディスチャージ
される。そして、データ読み出し線16には、センスア
ンプ17の出力によって制御された第1のレベル保持用
トランジスタ22と、第1のレベル保持用トランジスタ
22と0Vの間に第2のレベル保持用トランジスタ21
が接続されている。また、プリチャージ用トランジスタ
12によるプリチャージが終了した後に、第2のレベル
保持用トランジスタ21をオンさせるための遅延信号を
発生する遅延回路32が設けられている。
Description
関し、特に読み出し専用メモリであるROM(Read onl
y Memory)に関する。
用いて半導体製造工程の中でプログラムを書き込むタイ
プのROMである。プログラム書き込み方式には、拡散
層プログラム方式、イオン注入プログラム方式、コンタ
クトプログラム方式等がある。一般に、イオン注入プロ
グラム方式によるマスクROMは、他のプログラム方式
によるマスクROMに比して、1ビット当りの面積を小
さくできる。特に、複数のメモリトランジスタを直列に
接続して成るメモリトランジスタ群を有するマスクRO
M(以下、縦積み型ROMという)の1ビット当りの面
積は非常に小さい。
ROMの等価回路図である。メモリトランジスタ群10
は、直列接続された4つのPチャネル型のメモリトラン
ジスタ1A,1B,1C,1Dで構成されている。メモ
リトランジスタ群10はビット線BLに接続されてい
る。メモリトランジスタ1A,1B,1C,1Dのゲー
トにはワード線が接続されている。ワード線には不図示
の行デコーダの出力が供給される。
1C,1Dはマスクを用いた選択的なイオン注入によ
り、エンハンスメント型かデプレッション型か、どちら
か一方に切り換えられる。これにより、メモリトランジ
スタ1A,1B,1C,1D毎に1ビットのプログラム
データが書き込まれる。この例では、メモリトランジス
タ1B,1Dがデプレッション型、メモリトランジスタ
1A,1Cがエンハンスメント型であるとする。エンハ
ンスメント型のトランジスタは通常のしきい値を有して
いる。デプレッション型のトランジスタはチャネルにソ
ース・ドレインと同じタイプの不純物がイオン注入され
るため、ゲート電圧にかかわらず、常にオンしている。
は、先ず、プリチャージ信号PCをハイレベルにして、
プリチャージ用トランジスタ2(Nチャネル型MOSト
ランジスタ)をオンさせ、Pチャネル型の読み出し電源
供給用トランジスタ3をオフさせる。このとき、すべて
のワード線はロウレベルになり、メモリトランジスタ1
A,1B,1C,1Dはすべてオンする。
ルに変化させ、Pチャネル型の読み出し電源供給用トラ
ンジスタ3をオンさせ、プリチャージ用トランジスタ2
をオフさせる。そして、選択されたメモリトランジスタ
に対応するワード線のみハイレベルに変化させ、他のワ
ード線をロウレベルに維持する。これによりデータの読
み出しが開始する。
スタ1Aが選択された場合、そのワード線がハイレベル
となる。メモリトランジスタ1Aはエンハンスメント型
のためオフする。すると、プリチャージ用トランジスタ
2に接続されたデータ読み出し線6はロウレベル(0
V)を維持する。そして、このロウレベルの記憶データ
(「0」)は、センスアンプ8を通して、ラッチ回路1
9にラッチされる。レベル保持回路7はインバータから
成るセンスアンプ8とNチャネル型のロウレベル保持用
トランジスタ9とで構成されている。レベル保持回路7
はデータ読み出し線6のプリチャージレベル(0V)を
安定に保持するための回路である。ロウレベル保持用ト
ランジスタ9のゲートにはセンスアンプ8の出力が印加
され、そのドレインはデータ読み出し線6に接続され、
そのソースは接地されている。
ランジスタ1Bが選択された場合、そのワード線がハイ
レベルとなる。メモリトランジスタ1Bはデプレッショ
ン型のためオンしている。他のメモリトランジスタ1
A,1C,1Dについてはゲートがロウレベルのため、
すべてオンする。したがって、読み出し電源供給用トラ
ンジスタ3から、メモリトランジスタ群10及び列デコ
ーダ4を通して充電電流Iが流れ、データ読み出し線6
はロウレベルからハイレベルに変化する。そして、この
ハイレベルの記憶データ(「1」)はセンスアンプ8に
よって増幅され、ラッチ回路19にラッチされる。
保持回路7を設けると、メモリトランジスタからハイレ
ベルの記憶データ「1」を読み出す際に、レベルの引き
合いが生じてしまう。つまり、前記充電電流Iはデータ
読み出し線6をハイレベルに上げようとするが、一方
で、読み出し初期にはロウレベル保持用トランジスタ9
がオンしているため、このロウレベル保持用トランジス
タ9に流れる電流はデータ読み出し線6をロウレベルに
下げようとする。このため、データ読み出し線6の電位
が上がるのに時間がかかり、ハイレベルの記憶データ
「1」の読み出し速度が低下してしまう。そこで、従来
はロウレベル保持用トランジスタ9のインピーダンスを
大きく設計していた。
9のインピーダンスを大きくすると、ロウレベルの記憶
データ「0」を読み出す場合に、ロウレベル保持機能が
弱くなる、そのため、選択されたメモリトランジスタ1
Aにリークがあると、データ読み出し線6に電流が流れ
込み、ロウレベルがハイレベルに化けてしまうという問
題があった。
インピーダンスを大きくすると、そのゲート面積も大き
くなるため、ロウレベル保持保持用トランジスタ9がオ
ンすると、データ読み出し線6に大きなゲート酸化膜容
量が付加される。したがって、ハイレベルの記憶データ
「1」を読み出す時(ロウレベル保持保持用トランジス
タ9はオン状態)、データ読み出し線6がロウレベルか
らハイレベルに変化する時間が長くなり、つまり高速読
み出しができなくなる。
て、読み出しエラーを招くことなく、高速読み出しを可
能にしたものである。
は、直列接続された複数のメモリトランジスタを含むメ
モリトランジスタ群、メモリトランジスタのデータが出
力されるデータ読み出し線を有している。そして、この
データ読み出し線はプリチャージ用トランジスタによっ
て第1の電位にプリチャージされる。また、データ読み
出し線にはセンスアンプが接続されている。そして、こ
のデータ読み出し線には、センスアンプの出力によって
制御された第1のレベル保持用トランジスタと、この第
1のレベル保持用トランジスタと第1の電位の間に接続
された第2のレベル保持用トランジスタとが接続されて
いる。さらに、プリチャージ用トランジスタによるプリ
チャージが終了した後に、第2のレベル保持用トランジ
スタをオンさせるための遅延信号を発生する遅延回路が
設けられている。
係る第1の実施形態について図面を参照しながら説明す
る。
回路図である。尚、縦積みROMのプログラム方法につ
いては、従来技術と同様であり、重複した説明を避ける
ために、ここでの説明は省略する。
スタ11(Pチャネル型MOSトランジスタ)が直列接
続されて成るメモリトランジスタ群である。メモリトラ
ンジスタ群10はビット線BLに接続されている。12
はプリチャージ信号PCがゲートに入力されるプリチャ
ージ用トランジスタ(Nチャネル型MOSトランジス
タ)で、13は同じくプリチャージ信号PCがゲート入
力される読み出し電源供給用トランジスタ(Pチャネル
型MOSトランジスタ)である。ここで、プリチャージ
用トランジスタ12はデータ読み出し線16を0Vにデ
ィスチャージするため、プリディスチャージ用トランジ
スタであるが、本明細書では広い意味で、プリチャージ
用トランジスタと呼ぶことにする。
続された列デコーダ14で、複数のPチャネル型MOS
トランジスタ15が直列接続されて構成されている。そ
れらのMOSトランジスタ15には、列アドレスデータ
が印加される。
び列デコーダ14が接続されるデータ読み出し線であ
る。17はこのデータ読み出し線16を通して伝達され
る前記縦積みメモリトランジスタ群10内の記憶データ
(「0」,「1」)を増幅するセンスアンプで、18は
このセンスアンプ17により増幅された記憶データを一
時保持するラッチ回路である。
このレベル保持回路20は、そのゲートにセンスアンプ
17の出力が印加され、そのドレインが、データ読み出
し線16のノードAに接続されて成る第1のロウレベル
保持用トランジスタ22(Nチャネル型MOSトランジ
スタ)と、この第1のロウレベル保持用トランジスタ2
2と直列に接続され、そのゲートに後述する遅延回路3
2の出力信号が入力され第2のロウレベル保持用トラン
ジスタ21(Nチャネル型MOSトランジスタ)と、か
ら構成されている。第2のロウレベル保持用トランジス
タ21のソースはプリチャージ電位と同じ接地電位(0
V)に接続されている。
用トランジスタ12がオン状態からオフ状態に変化し、
メモリトランジスタ11からのデータ読み出しが開始さ
れた後、一定時間遅れて第2のロウレベル保持用トラン
ジスタ21がオンし、レベル保持回路20が機能するよ
うにした。その一定時間遅れた信号を遅延回路32で作
成している。この信号はプリチャージ信号がロウレベル
に変化した後に、一定時間だけ遅れてハイレベルに立ち
上がる信号である。好ましくは、その信号はメモリトラ
ンジスタ群10からデータ読みだし線16に出力される
データが確定した後に、ハイレベルに立ち上がることで
ある。
について説明する。いま、プリチャージ用トランジスタ
12がオン状態からオフ状態に変化したとする。また、
ワード線WLのレベルは確定し、列デコーダ14も導通
しているものとする。
ベルの記憶データ(「0」)を読み出す場合を考える。
この場合、データ読み出し線16は、従来例と同様にプ
リチャージ用トランジスタ12により、ロウレベルにデ
ィスチャージされている。このレベル保持回路20にお
いて、ロウレベルの電位がセンスアンプ17によりハイ
レベルの電位に変換され、このハイレベルの電位を受け
て第1のロウレベル保持用トランジスタ22がオンす
る。そして、その後遅延回路32からの信号(ハイレベ
ルの信号)を受けた第2のロウレベル保持用トランジス
タ21がオンする。これにより、レベル保持回路20の
ロウレベル保持動作が開始し、データ読み出し線16の
ロウレベルの電位が保持される。
ベルの記憶データ(「1」)を読み出す場合を考える。
この場合、読み出し開始時に保持回路20の第1のロウ
レベル保持用トランジスタ22はオンしているが、第2
のロウレベル保持用トランジスタ21は未だオフしてい
る。すると、メモリトランジスタ11からビット線B
L、列デコーダ14を経由してデータ読み出し線16に
ハイレベルの記憶データ(「1」)が出力される。そし
て、保持回路20のロウレベル保持機能が動作開始しな
い状態で、データ読み出し線16が高速にハイレベルに
立ち上がり、これを受けてセンスアンプ17の出力がロ
ウレベルに変化する。ここで、ハイレベルの記憶データ
(「1」)が確定する。
保持用トランジスタ22がオフする。従って、その後、
遅延回路32からの信号(ハイレベルの信号)によって
第2のロウレベル保持用トランジスタ21がオンして
も、第1のロウレベル保持用トランジスタ22はすでに
オフ状態であるため、保持回路20のロウレベル保持機
能は結局働かない。したがって、第1のロウレベル保持
用トランジスタ22、第2のロウレベル保持用トランジ
スタ21のインピーダンスを小さくしても、ハイレベル
の記憶データ(「1」)の読み出し速度を向上すること
ができる。
タ22、第2のロウレベル保持用トランジスタ21のイ
ンピーダンスを小さくできる結果、ロウレベルの記憶デ
ータ「0」読み出し時の、ロウレベル保持機能を高める
ことができる。
のロウレベル保持用トランジスタ21に出力信号を供給
する遅延回路32の構成について図2を参照しながら説
明する。図2(a)は遅延回路32を含めた半導体記憶
装置のブロック図で、図2(b)は遅延回路32の等価
回路図である。
装置は、複数のメモリトランジスタ群10が配列されて
成るROMマトリクス部100と、ROMマトリクスの
所定の番地をアクセスするデコーダ30と、ROMマト
リクス部100に隣接して配置された遅延回路32を有
している。デコーダ30には列デコーダと行デコーダが
含まれる。
メモリトランジスタ群から成る第1の遅延回路、これに
直列接続された第2の遅延回路から成る。
MOSトランジスタ群10Aは、図1のメモリトランジ
スタ群10と同様に、複数のPチャネル型MOSトラン
ジスタ11Aが直列接続されて成る。そのトランジスタ
数は、メモリトランジスタ群10よりも大きな遅延時間
を得るために、メモリトランジスタ群10のトランジス
タ数よりも多いことが好ましい。Pチャネル型MOSト
ランジスタ11Aは、エンハンスメント型でも、デプレ
ッション型でもよい。
線BLに接続され、さらに図1の列デコーダ14に対応
したMOSトランジスタ群14Aと直列に接続されてい
る。MOSトランジスタ群14Aは複数のPチャネル型
MOSトランジスタ15Aが直列接続されて構成されて
いる。
MOSトランジスタ群14Aの各MOSトランジスタの
ゲートには共通に接地電圧(0V)が供給され、これら
のトランジスタ群は常時オンするように設定されてい
る。また、プリチャージ用トランジスタ12A(Nチャ
ネル型MOSトランジスタ)は、MOSトランジスタ群
14Aの一端(ノードB)に接続されている。プリチャ
ージ用トランジスタ12B(Nチャネル型MOSトラン
ジスタ)は、MOSトランジスタ群14AとMOSトラ
ンジスタ群10Aの接続点(ノードC)に接続されてい
る。また、電源供給用トランジスタ13A(Pチャネル
型MOSトランジスタ)がMOSトランジスタ群10A
の端に接続されている。そして、これらのプリチャージ
用トランジスタ12A,12B及び電源供給用トランジ
スタ13Aのゲートにはプリチャージ信号PCが印加さ
れている。
Aの一端(ノードB)は、データ読み出し線16に相当
し、ダミーのセンスアンプ17,ダミーのレベル保持回
路20が接続されている。これにより、ノードBには図
1のデータ読み出し線16の有する寄生容量と同じ寄生
容量が付加される。
る。この第2の遅延回路40は、インバータとその出力
に容量が接続された複数段のインバーターチェーンから
構成されている。その段数を増加させれば、より大きな
遅延時間を得ることができる。トランジスタ群14Aの
一端(ノードB)には、この第2の遅延回路40が接続
されている。第2の遅延回路40の出力は、レベル保持
回路20の第2のロウレベル保持用トランジスタ21の
ゲートに接続されている。
る。まず、プリチャージ信号PCがハイレベルに設定さ
れると、プリチャージ用トランジスタ12A,12Bが
オンし、電源供給用トランジスタ13Aがオフする。こ
れにより、ノードB、Cは接地電圧(0V)に設定され
る。このとき、図1のプリチャージ用トランジスタ1
2、電源供給用トランジスタ13についても同様に動作
する。
ルに変化し、プリチャージが終了すると、図1のメモリ
トランジスタ群10からのデータの読み出しが開始す
る。このとき遅延回路32では、電源供給用トランジス
タ13Aがオンし、この電源供給用トランジスタ13A
から、上記のMOSトランジスタ群10A、MOSトラ
ンジスタ群14Aに電流が流れる。これにより、ノード
B、Cの電位は0Vから上昇を開始する。
は、メモリトランジスタ群10よりトランジスタ数が多
ければ、その分、ノードB、Cの立ち上がりは遅れる。
また、プリチャージ用トランジスタ12Aに加えて、プ
リチャージ用トランジスタ12Bを設けたので、ノード
Cが0Vに初期設定され、このノードCがハイレベルに
立ち上がるまでの時間がより長くなる。また、第2の遅
延回路40を設けているので、これにより、レベル保持
回路20の第2のロウレベル保持用トランジスタ21へ
のハイレベルの信号は更に遅延される。
とで、メモリトランジスタ11からのデータ読み出しが
開始された後、一定時間遅れて第2のロウレベル保持用
トランジスタ21がオンし、レベル保持回路20を機能
させることが可能になる。また、その遅延時間は、MO
Sトランジスタ群10A、14Aの数、第2の遅延回路
40の段数により、可変できるため、メモリトランジス
タ11からデータ読み出し線16に出力されるデータが
確定した後に、ハイレベルに立ち上がる信号を作成する
ことも容易にできる。
遅延回路のみ、あるいは第2の遅延回路40のみを用い
ることもできる。
速読み出しを可能にする本発明の第2の実施形態につい
て図3を参照しながら説明する。尚、第1の実施形態と
同等の構成については重複した説明を避けるために同符
号を付して説明を省略する。
ハイレベル保持用トランジスタ25(Pチャネル型MO
Sトランジスタ)を付加した。このハイレベル保持用ト
ランジスタ25のゲートにはセンスアンプ17の出力が
入力され、そのソースは電源電圧VDDに接続され、その
ドレインはデータ読み出し線16に接続されている。
て伝達されるハイレベルの記憶データ「1」を読み出す
とき、データ読み出し線16のレベルがセンスアンプ1
7のしきい値を超えると、センスアンプ17の出力は、
ハイレベルからロウレベルに向けて立ち下がる。このと
き、このロウレベルの信号がハイレベル保持用トランジ
スタ25のゲートに入力される。するとハイレベル保持
用トランジスタ25はオンし、電源電圧VDDからの電位
がデータ読み出し線16に印加されることになる。従っ
て、データ読み出し線16のレベルは高速にハイレベル
に変化する。センスアンプ17の出力はこれを受けて、
ロウレベル(0V)へ高速に立ち下がる。従って、ハイ
レベルの記憶データ「1」を高速に読み出することが可
能になる。
群10はPチャネル型のメモリトランジスタ11から構
成しているが、Nチャネル型MOSトランジスタで構成
してもよい。
出しエラーを招くことなく、高速読み出しが可能とな
る。
す回路図である。
を示す図である。
す回路図である。
プリチャージ用トランジスタ 3 読み出し電源供給用トランジスタ 4
デコーダ 6 データ読み出し線 7
レベル保持回路 8 センスアンプ 9
ロウレベル保持用トランジスタ 10 メモリトランジスタ群 10A
MOSトランジスタ群 11A Pチャネル型MOSトランジスタ 11
メモリトランジスタ 12,12A,12B プリチャージ用トランジスタ 13 読み出し電源供給用トランジスタ 13A
電源供給用トランジスタ 14 列デコーダ 14A
MOSトランジスタ群 15,15A Pチャネル型MOSトランジスタ
16 データ読み出し線 17 センスアンプ 18 ラッチ回路
10 ラッチ回路 20 レベル保持回路 21 第2のロウレベル
保持用トランジスタ 22 第1のロウレベル保持用トランジスタ 25
ハイレベル保持用トランジスタ 30 デコーダ 32 第1の遅延回路 40
第2の遅延回路 100 ROMマトリクス部
Claims (5)
- 【請求項1】 直列に接続された複数のメモリトランジ
スタを含むメモリトランジスタ群と、 前記メモリトランジスタのデータが出力されるデータ読
み出し線と、 前記データ読み出し線を第1の電位にプリチャージする
プリチャージ用トランジスタと、 前記データ読み出し線に接続されたセンスアンプと、 前記データ読み出し線に接続され、前記センスアンプの
出力によって制御された第1のレベル保持用トランジス
タと、 前記第1のレベル保持用トランジスタと前記第1の電位
の間に接続された第2のレベル保持用トランジスタと、 前記プリチャージ用トランジスタによるプリチャージが
終了した後に、前記第2のレベル保持用トランジスタを
オンさせるための遅延信号を発生する遅延回路と、を有
することを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記遅延回路は、前記メモリトランジス
タのデータが前記データ読み出し線に出力された後に、
前記第2のレベル保持用トランジスタをオンさせる遅延
信号を発生することを特徴とする請求項1記載の半導体
記憶装置。 - 【請求項3】 前記遅延回路は、直列に接続された複数
のトランジスタを含むことを特徴とする請求項1又は請
求項2記載の半導体記憶装置。 - 【請求項4】 前記遅延回路は、インバータと、このイ
ンバータの出力に接続された容量を有することを特徴と
する請求項1又は2記載の半導体記憶装置。 - 【請求項5】 前記センスアンプの出力に応じて前記デ
ータ読み出し線を第2の電位に保持するための第3のレ
ベル保持用トランジスタを有することを特徴とする請求
項1記載の半導体記憶装置。
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2008
- 2008-07-08 JP JP2008178268A patent/JP2008251162A/ja not_active Withdrawn
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