JP2005322380A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】周辺ロジック部の低電圧化が進んだ場合でもデータ書き込みの信頼性を向上する。
【解決手段】半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイ1と、メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、複数の第1ビット線対と複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子3と、複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、複数の第2ビット線対と複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲート5と、複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路4と、複数の可変抵抗素子3の抵抗値を制御するビット線分離制御回路12とを含む。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイ1と、メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、複数の第1ビット線対と複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子3と、複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、複数の第2ビット線対と複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲート5と、複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路4と、複数の可変抵抗素子3の抵抗値を制御するビット線分離制御回路12とを含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体記憶装置に係り、特にメモリセルにデータを書き込む回路を有する半導体記憶装置に関する。
従来の半導体記憶装置、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)の書き込み動作について説明する。図57は、DRAMの構成の一部を示す回路図である。このDRAMは、メモリセルMCがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、複数のビット線対BL,/BLと、複数のワード線と、プリチャージ回路2と、センスアンプ回路4と、DQゲート5と、データ線対DQ,/DQとを有する。(図はメモリセルアレイ内の1つのメモリセルだけを代表して表現している。)
メモリセルMCは、セルトランジスタCTとキャパシタCCとが直列に接続されて構成されている。また、メモリセルMCには、基準電圧VPLが供給されている。プリチャージ回路2には、プリチャージ電圧VBLが供給されている。このプリチャージ回路2は、ビット線プリチャージ信号BLPが活性化されることで、ビット線対BL,/BLにVBLを供給する。この時VBLは、ハイレベルビット線電圧VBLH、(VBLH−VBLL)/2、ローレベルビット線電圧VBLLやその他の電位などに等しい。
メモリセルMCは、セルトランジスタCTとキャパシタCCとが直列に接続されて構成されている。また、メモリセルMCには、基準電圧VPLが供給されている。プリチャージ回路2には、プリチャージ電圧VBLが供給されている。このプリチャージ回路2は、ビット線プリチャージ信号BLPが活性化されることで、ビット線対BL,/BLにVBLを供給する。この時VBLは、ハイレベルビット線電圧VBLH、(VBLH−VBLL)/2、ローレベルビット線電圧VBLLやその他の電位などに等しい。
センスアンプ回路4には、ハイレベルビット線電圧VBLHと、ローレベルビット線電圧VBLLとが供給されている。センスアンプ回路4は、センスアンプ活性信号SEN及びSEPが活性化されることで、ビット線対BL,/BLのデータを増幅する。DQゲート5は、カラム選択信号CSLが活性化されることで、データ線対DQ,/DQとBL,/BLの間でのデータ転送を行う。
図58は、図57に示したDRAMにおけるタイミング図である。なお、周辺ロジック部の電源電圧をVDD、VDDを昇圧したワード線駆動電圧をVPP、接地電圧をVSSとしている。
ビット線プリチャージ信号BLPが “H”レベル(例えばVPP、VBLH、VDD)から“L”レベル(VSS)に遷移することで、ビット線対BL,/BLのプリチャージが解除される。そして、ワード線WLが“L”レベル(VSS)から“H”レベル(VPP)に遷移すると、メモリセルMCに記憶されたデータがビット線対BL,/BLに表れる。
ある時間をおいた後、信号SENを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(例えばVBLH、VDD)へ、且つ信号SEPを“H”レベル(例えばVBLH)から“L”レベル(VSS)に遷移することで、ビット線対BL,/BLに表れたデータが増幅される。
これにより、ハイレベル側のビット線はVBLHに、ローレベル側のビット線はVBLL(通常は、VSS)となる。そして、カラム選択信号CSLを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(例えばVDD、VBLH)に遷移することで、読み出しの場合はビット線対BL,/BLのデータがデータ線対DQ,/DQに転送される。一方、書き込みの場合はデータ線対DQ,/DQのデータがビット線対BL,/BLに転送される。このようにして、書き込み動作が実行される。
ところで、デバイスの高性能化(高速動作、消費パワーの抑制)の要請から、スケーリング則に基づく微細化が進み、チップ内のトランジスタに印加される電源電圧も世代ごとに低下している。しかしながら、今後さらに微細化が進むと、この電源電圧の低下が、半導体メモリの設計上の大きな問題となってくると考えられる。
電源電圧の低下に伴いトランジスタのしきい値も低下させなければならないが、例えばSRAM(Static Random Access Memory)ではしきい値の低下によるセルリークの増加が問題となる。またDRAMでは、微細化が進むにつれセル容量の確保やセルのリーク電流を抑えることが困難になってきており、そこで電源電圧(ハイレベルビット線電圧VBLH)が低下すると、セルに蓄えられる電荷量が減り、データ保持性能を悪化させてしまう。
このような問題に対処する為、今後メモリセル部の電源電圧を周辺ロジック部の電源電圧よりも高くする必要が生じてくるものと考えられる。その場合には図59に示すように、データ線対DQ,/DQから外部の回路(DQバッファを含む)では消費電力を抑えるために周辺ロジック部と同じ電圧VDDで動作するのに対し、センスアンプ回路4では電圧VDDよりも高い電圧であるVBLH等で動作することになる。
電源電圧が高いメモリセル部で周辺ロジック部と異なる種類のトランジスタを使用する場合(例えば低電圧で使用するトランジスタは高速化の目的から、ゲート長が短い、ゲート酸化膜が薄い等の特徴がある)、信頼性の観点から、データ線対DQ,/DQから外部の回路にはセンスアンプ回路4に使用する電圧VBLHがかからないようにする必要がある。
この対策として最も簡単な方法は、信号CSLをVDDで駆動することである。すると、書き込み時にセンスアンプ回路4に保持されているデータと逆のデータをメモリセルMCに書き込む場合、つまりビット線対BL,/BLのデータを反転させる必要がある場合、センスアンプ回路4に電圧VBLHで保持されているデータをVBLHよりも低い電圧であるVDDで駆動するDQゲート5で反転させなければならない。このため、DQゲート5を構成するトランジスタのサイズを非常に大きくしなければデータを反転させることができない。
また他の対策として、センスアンプ回路4を構成するトランジスタ(センスアンプペアトランジスタ、センスアンプドライバ)のサイズを小さくする方法も考えられるが、その場合にはビット線BL,/BLの遷移速度が低下してしまう為、ワード線WLの非活性化タイミングを遅らせなければ、メモリセルMCへのリストア(一度ビット線に読み出したデータを再度書き込む)及び書き込み時におけるメモリセルMCが記憶するデータの電圧レベルが低下してしまう。
次に、SAドライバ(NSAドライバ,PSAドライバ)および、共通ソース線(NCS,PCS)の構成は、従来以下のようなものであった。
まず、複数のセンスアンプで構成されるセンスアンプバンク(SAバンク)に対して、SAドライバがセンスアンプ制御回路などに1つだけ配置される場合には、図60のように、SAドライバにつながった1つの共通ソース線にSAバンク内の全てのカラムのセンスアンプ回路を接続する必要がある。センスアンプ制御回路は、図61に示したように、例えば、SAバンクとロウデコーダとに隣接した領域に配置される。
次に、SAドライバがSAバンク内に複数個配置される場合には、SAバンク内に複数箇所存在するWLスティッチ領域(階層WL構成の場合なら、SAバンクとサブWLドライバ領域が交差する領域)に対応して複数個配置される。この場合、少なくとも、SAバンク内にある全てのカラムのセンスアンプをWLスティッチ領域毎に分類し、分類されたセンスアンプ群毎に、WLスティッチ領域毎に配置されたSAドライバに接続された共通ソース線に接続する必要があるが、さらに以下の理由から、SAバンク内にある全てのカラムのセンスアンプ回路を一つの共通ソース線に接続している。
SAバンク内にSAドライバが複数個配置される場合、センスアンプ回路を活性化してビット線対BL,/BLの電位(ハイレベル/ローレベル)が決着するまでの期間では、全てのカラムのセンスアンプ回路が同時にセンス動作を行う。したがってこの期間では、複数個配置されたSAドライバ全体のドライブ能力は全てのカラムに分散して振り分けられることになる。
ところが、通常、書き込み動作の際には、センスアンプ回路を活性化してSAバンク内の全てのカラムのビット線対BL,/BLの電位(ハイレベル/ローレベル)がほぼ決着した状態から、書き込みを行なうカラムのみデータを書き換える。この時、書き込みを行なうカラムのセンスアンプ回路につながった共通ソース線に複数個存在するSAドライバを全て接続すれば、複数個存在するSAドライバ全体のドライブ能力を、書き込みを行なうカラムに集中することが可能となり、書き込み速度を速くすることが可能となる(特に、PSAドライバにおいて)。従って、書き込み速度を最速にするために、一つの共通ソース線に全てのカラムのセンスアンプ回路及び全てのSAドライバを接続していた。
さらに、共通ソース線が全てのカラムのセンスアンプ回路につながっているので、SAドライバを配置する場所は、共通ソース線上の何処でも良い。このようにSAドライバのレイアウトの自由度が高ければ、結果としてSAバンク全体のレイアウトの最適化が可能となり、SAバンク全体の面積を最小化することが可能となる。
例えば、特許文献1や特許文献2では、SAバンク内のレイアウトの繰り返し単位の配置ピッチをビット線のピッチよりも小さくすることにより、SAバンク内に空きスペースをつくり、そこにSAドライバを配置することでSAバンク全体の面積は非常にコンパクトにしている。SAバンク内の一つの共通ソース線に全てのカラムのセンスアンプ回路およびSAドライバが接続されていれば、このようなレイアウトを実現することも容易である。
SAバンク内にある全てのカラムのセンスアンプ回路を一つの共通ソース線に接続しなければならない理由には、さらに以下のようなこともある。
共通ソース線の何処かにリーク源(例えば結晶欠陥によるジャンクションリーク)があると、共通ソース線の電位が、ウェル電位(例えばNCSならPウェル電位(VSS等))に等しくなろうとする。この共通ソース線の電位変化は、センスアンプ回路動作時の共通ソース線の電位変化と同じである。したがって、このリークにより共通ソース線の電位があるレベルまで低下してしまうと、ビット線BLのプリチャージを解除した後、セルから十分に信号がBLに出る前に、ゆっくりではあるがセンス動作が開始されていまい誤動作を引き起こす可能性がある。
したがって、このような誤動作を防止するためには、センスアンプ回路が非活性である期間に共通ソース線をプリチャージしておく必要がある。すなわち、共通ソース線をプリチャージすることにより、仮に共通ソース線にリークがあっても共通ソース線の電位をセンスアンプ回路が勝手に動作開始しないレベルに保つことが出来るのである。実際には、1/2VBLHプリチャージ方式のプリチャージ期間には、VSS電位となったNCSと、VBLH電位となったPCSをショートさせ、かつVBL電源(ビット線プリチャージ電源、ここでは1/2VBLHに等しい)に接続することで、高速にVBL電位にプリチャージする。このように共通ソース線のプリチャージ電位は、ビット線のプリチャージ電位VBL(1/2VBLHとは限らず)と等しい。
ところで、この共通ソース線のプリチャージトランジスタ(図62参照)は、もともと大きくはないリーク電流を補償して共通ソース線をVBL電位に保つものであるため、そのサイズは大きい必要がない。このような小さなプリチャージトランジスタを1カラム毎、または数カラム毎に配置するのはレイアウト効率が悪い。つまり、デザインルール上及びデバイス特性を保証する関係上、トランジスタサイズには下限があるため、1カラム毎または数カラム毎にどんなに小さなトランジスタを配置したとしても必要なサイズよりも大きくなることがある。
また、数カラム毎に必要なだけのサイズのトランジスタを配置出来たとしても、プリチャージトランジスタ間に何も配置されないレイアウトの隙間が出来てしまうこともある。そこで共通ソース線にSAバンク内の全てのカラムのセンスアンプ回路を接続し、プリチャージトランジスタをセンスアンプ制御回路やWLスティッチ領域に配置して数多くのカラムで共有することにすれば、プリチャージトランジスタを配置することによる面積増加は事実上無くすことができる。
さらに、共通ソース線が全てのカラムのセンスアンプ回路につながっているので、プリチャージトランジスタを配置する場所は共通ソース線上の何処でも良い。例えば、WLスティッチ領域に配置する場合でも、全てのWLスティッチ領域に配置する必要はない。この場合、プリチャージトランジスタが配置されないWLスティッチ領域では他のデバイスを配置することが可能となる。
このように、共通ソース線が全てのカラムのセンスアンプ回路に接続されていれば、プリチャージトランジスタのレイアウトの自由度が高くなり、結果としてSAバンク全体のレイアウトの最適化が可能となり、SAバンク全体のレイアウト面積を最小化することが可能となる。
ところで、今後メモリセル部の電源電圧を周辺回路部(ロジック部)の電源電圧よりも高くする必要が生じ、半導体メモリの書き込み動作が困難になると先に述べた。そのような状況下では、書き込み速度を高速化するため共通ソース線にSAバンク内の全てのカラムのセンスアンプ回路及び全てのSAドライバを接続することは、書き込み動作をさらに困難にさせることとなる。そして、実際には、現実的な解が存在しなくなってしまう。
また、微細化に伴いメモリセルに接続するビット線の電位振幅が小さくなると、安定したセンス動作を実現するためにはNSAやPSAを構成するトランジスタのしきい値も下げる必要がある。しきい値があるレベル以下になると、NSAやPSAを構成するトランジスタを介するリーク電流の影響によるsignal development 時のビット線BL上の信号の減少が無視できなくなり、その影響は共通ソース線に接続されるカラム数が多いほど大きくなる。
特許第3202580号公報
特開2002−208277号公報
本発明は、周辺回路の低電圧化が進んだ場合でも、回路面積を大きくせずにデータ書き込みの信頼性を向上でき且つ高速なデータ書き込みが可能な半導体記憶装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路とを具備し、前記複数の可変抵抗素子は、夫々少なくとも1つの前記可変抵抗素子を含む複数の第1グループから構成され、前記ビット線分離制御回路は、前記各第1グループ単位で前記各可変抵抗素子の抵抗値を制御する。
本発明の第2の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路とを具備し、前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第1抵抗値にし、一方前記入出力ゲートの動作タイミングの第1トリガー信号または前記第1トリガー信号に基づいて生成される第2トリガー信号をトリガーとして前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第1抵抗値よりも低い第2抵抗値にする。
本発明の第3の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路とを具備し、前記入出力ゲートの動作タイミングは、クロックに同期しており、前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第1抵抗値にし、一方前記入出力ゲートの動作タイミングが同期している第1クロックまたはそれ以降の第2クロックをトリガーとして、前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第1抵抗値よりも低い第2抵抗値にする。
本発明の第4の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路と、前記複数の第1ビット線対に、前記センスアンプ回路に供給されるハイレベルビット線電圧とローレベルビット線電圧との中間電圧以外の第1電圧を供給するプリチャージ回路とを具備し、前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第2抵抗値からそれよりも高い第1抵抗値にすることにより、前記第1ビット線対と前記第2ビット線対とを電気的に遮断し、前記プリチャージ回路は、前記第1ビット線対と前記第2ビット線対とが電気的に遮断されている間に、前記第1ビット線対に前記第1電圧を供給する。
本発明の第5の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、前記センスアンプバンク内の複数のセンスアンプのうち所定数のセンスアンプ毎に夫々接続され、且つ前記センスアンプに第1電圧を供給する複数の共通ソース線と、前記センスアンプを選択する複数のカラム選択線とを具備し、前記所定数のセンスアンプの各々は、夫々異なる前記カラム選択線に接続される。
本発明の第6の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、前記センスアンプに第1電圧を供給し、且つ2つのセンスアンプのみに接続された複数の共通ソース線とを具備する。
本発明の第7の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクとを具備し、前記各センスアンプには、第1電圧を供給する独立した2つの共通ソース線が接続され、各共通ソース線が隣接する2つのセンスアンプのみに接続されている。
本発明の第8の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、前記センスアンプに第1電圧を供給し、且つ隣接する2つのセンスアンプのみに接続された複数の共通ソース線とを具備し、前記各センスアンプ回路は、クロスカップル接続された第1MOSトランジスタと第2MOSトランジスタとから構成され、隣接するセンスアンプの2つの前記第1MOSトランジスタは、ソースとしての第1拡散領域を共有し、隣接するセンスアンプの2つの前記第2MOSトランジスタは、ソースとしての第2拡散領域を共有し、前記各共通ソース線は、前記第1及び第2拡散領域に接続される。
本発明の第9の視点に係る半導体記憶装置は、マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、前記複数のメモリセルに接続された複数のワード線と、前記複数のワード線各々に対応して設けられ、且つ前記複数のワード線の上方に設けられた複数の配線と、所定間隔毎に前記複数のワード線と前記複数の配線とを接続する複数のスティッチ部とを具備し、前記センスアンプバンク内の前記スティッチ部に対応するスティッチ領域に隣接した2つのセンスアンプ回路が形成されているアクティブ領域同士が繋がっていて、前記繋がったアクティブ領域上にダミートランジスタを具備する。
本発明によれば、周辺回路の低電圧化が進んだ場合でも、回路面積を大きくせずにデータ書き込みの信頼性を向上でき且つ高速なデータ書き込みが可能な半導体記憶装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。この半導体記憶装置は、メモリセルアレイ、ロウデコーダ、センスアンプ回路、プリチャージ回路及びビット線分離(BLI)回路で構成されるメモリコア部と、それ以外の周辺ロジック部とにより構成されている。図1において、メモリセルMCがマトリクス状に配置されてメモリセルアレイ1が設けられている。メモリセルアレイ1には、ビット線対BL,/BLを介してプリチャージ回路2が接続されている。プリチャージ回路2は、ビット線をプリチャージ電圧VBLにプリチャージする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。この半導体記憶装置は、メモリセルアレイ、ロウデコーダ、センスアンプ回路、プリチャージ回路及びビット線分離(BLI)回路で構成されるメモリコア部と、それ以外の周辺ロジック部とにより構成されている。図1において、メモリセルMCがマトリクス状に配置されてメモリセルアレイ1が設けられている。メモリセルアレイ1には、ビット線対BL,/BLを介してプリチャージ回路2が接続されている。プリチャージ回路2は、ビット線をプリチャージ電圧VBLにプリチャージする。
センスアンプ用ビット線対SBL,/SBLは、各ビット線対BL,/BLに対応するように設けられている。ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは、夫々ビット線分離(BLI)回路3により接続されている。センスアンプ回路4は、ビット線対SBL,/SBLに接続されている。センスアンプ回路4は、ビット線対SBL,/SBLのデータを増幅し、その増幅したデータを保持する。
カラムデコーダ6には、外部から入力されるアドレスを受け取るアドレスバッファ(図示せず)から出力されたカラムアドレスが入力されている。カラムデコーダ6は、上記カラムアドレスに基づいてビット線を選択するためのカラム選択信号CSLを活性化する。このカラム選択信号CSLは、DQゲート5に入力される。DQゲート5は、カラム選択信号CSLが入力されると、データ線対DQ,/DQとビット線対SBL,/SBLとを接続する。
書き込みデータは、データ入力バッファ7に入力される。データ入力バッファ7から出力された書き込みデータは、DQゲート5を介してビット線対SBL,/SBLに転送される。また、ビット線対SBL,/SBLに読み出されたデータは、DQゲート5を介してデータ出力バッファ8から外部に出力される。
メモリセルアレイ1には、ワード線WLを介してロウデコーダ9が接続されている。ロウデコーダ9には、上記アドレスバッファから出力されたロウアドレスが入力されている。また、ロウデコーダ9にはコマンドデコーダ(図示せず)から出力されたワード線WLの活性化タイミングを決める信号ACT及び非活性化タイミングを決める信号PRCが入力されている。
またロウデコーダ9には、ワード線を駆動するためのワード線駆動電圧VPPが入力されている。ロウデコーダ9は、上記ロウアドレス及び信号ACTに基づいてワード線WLを活性化し、信号PRCに基づいてワード線WLを非活性化する。
電圧発生回路10には、外部から周辺ロジック部の電源電圧VDDと接地電圧VSSとが入力されている。また電圧発生回路は、VDDを昇圧した上記ワード線駆動電圧VPPと、上記プリチャージ電圧VBLと、メモリセルMCに供給する基準電圧VPLと、ハイレベルビット線電圧VBLHと、ローレベルビット線電圧VBLLとを生成する。上記各電圧は、外部から供給されていても良い。また、電圧VBLLは電圧VSSであっても構わない。
制御信号生成回路11は、各種制御信号を生成する。制御信号生成回路11には、ワード線WLの活性化タイミングを決める信号ACT及び非活性化タイミングを決める信号PRCが入力されており、信号ACTおよび信号PRCに基づいてセンスアンプ回路4を活性化するセンスアンプ活性信号SEN及びSEPと、プリチャージ回路2を活性化するビット線プリチャージ信号BLPとを生成する。
BLI制御回路12は、BLI回路3の抵抗値を制御するビット線分離信号BLIを生成し、この信号BLIをBLI回路3に供給する。
図2は、図1に示した半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。メモリセルアレイ1には、ワード線WLとビット線対BL,/BLとが交差して配設され、それらの交差部にメモリセルMCが配置されている。メモリセルMCは、セルトランジスタCTとキャパシタCCとが直列に接続されて構成されている。メモリセルMCの一方の端子には基準電圧VPLが供給され、他方の端子はビット線BLに接続されている。
プリチャージ回路2は、3つのN型MOSトランジスタにより構成されている。プリチャージ回路2の各N型MOSトランジスタのゲートには、ビット線プリチャージ信号BLPが入力されている。プリチャージ回路2は、信号BLPが活性化されることで、ビット線対BL,/BLにプリチャージ電圧VBLを供給する。
センスアンプ用ビット線対SBL,/SBLは、ビット線対BL,/BLに対応して設けられている。センスアンプ回路4は、2つのNチャネルMOSトランジスタ(以後、NMOSトランジスタと称す)をクロスカップル接続したNMOSセンスアンプペアトランジスタと、2つのPチャネルMOSトランジスタ(以後、PMOSトランジスタと称す)をクロスカップル接続したPMOSセンスアンプペアトランジスタとを含んでいる。NMOSセンスアンプペアトランジスタには、さらにもう1つのNMOSトランジスタを介してローレベルビット線電圧VBLLが供給される。
PMOSセンスアンプペアトランジスタには、さらにもう1つのPMOSトランジスタを介してハイレベルビット線電圧VBLHが供給される。センスアンプ回路4には、信号SEN及びSEPが入力されている。SENが活性化されることで、電圧VBLLは、NMOSセンスアンプペアトランジスタに供給される。また信号SEPが活性化されることで、電圧VBLHは、PMOSセンスアンプペアトランジスタに供給される。
DQゲート5は、2つのNMOSトランジスタから構成されている。一方のNMOSトランジスタはビット線SBLとデータ線DQとを接続し、他方のNMOSトランジスタはビット線/SBLとデータ線/DQとを接続している。DQゲート5を構成する2つのNMOSトランジスタのゲートには、信号CSLが入力されている。この信号CSLが活性化されることで、ビット線対SBL,/SBLとデータ線対DQ,/DQとの間でデータの転送が行われる。
BLI回路3は、2つのNMOSトランジスタから構成されている。BLI回路3は、ビット線BLとSBL、及びビット線/BLと/SBLとを接続するように設けられている。BLI回路3を構成する2つのNMOSトランジスタのゲートには、信号BLIが入力されている。
このように構成された半導体記憶装置のデータ書き込み動作について説明する。図3は、図2に示した半導体記憶装置のタイミング図である。なお、ここでは、センスアンプ回路4に保持されているデータと逆のデータをメモリセルアレイ1に書き込む場合、すなわちビット線のデータを反転させる必要がある(書き込み動作の負荷が最も大きい)場合を例に説明する。
BLI制御回路12はスタンドバイ時、VPPの電位を有するビット線分離信号BLIを生成し、BLI回路3に供給している。これにより、BLI回路3を構成するNMOSトランジスタは低抵抗状態になり、ビット線BLとセンスアンプ用ビット線SBLとは、導通状態になり、ビット線SBLの電位変化とビット線BLの電位変化とは相互に追従する状態にある。ビット線/BLとビット線/SBLとについても同様である。
プリチャージ回路2に供給されている信号BLPを“H”レベル(例えばVPP)からVSS“L”レベル(VSS)に遷移する。これにより、ビット線対BL,/BLのプリチャージが解除される。そして、ワード線WLを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(VPP)に遷移することで、メモリセルアレイ1に記憶されたデータがビット線対BL,/BLに読み出される。
次に、信号SENを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(例えばVBLH)へ、及び信号SEPを“H”レベル(例えばVBLH)から“L”レベル(VSS)に遷移することにより、ビット線対BL,/BLに読み出されたデータが増幅され、ハイレベル側のビット線は電圧VBLHに、ローレベル側のビット線は電圧VBLLに遷移する。
次に、BLI制御回路12は、センスアンプ回路が活性化された直後から信号CSLが活性化されるまでの間に信号BLIの電位をVPPよりも低い中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL或いはVDD等)に下げる。これによりBLI回路3は、導通状態に比べて高抵抗状態になり、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは、高抵抗分離される。
そして、信号CSLを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(例えばVDD)に遷移すると、データ線対DQ,/DQから転送されたデータにより、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転し、この反転されたデータがセンスアンプ回路4により保持される。すると、ローレベルが書き込まれるビット線BL(もしくは/BL)の電位変化はSBL(もしくは/SBL)の電位変化にある程度追従するが、ハイレベルが書き込まれるビット線/BL(もしくはBL)の電位変化は/SBL(もしくはSBL)の電位変化に必ずしも追従しない。
なぜならば、ハイレベルが書き込まれるビット線/BL(もしくはBL)の電位は(信号BLIの電位)から(BLI回路3を構成するトランジスタのしきい値)を引いたレベルまでしか上がらないからである。
BLI制御回路12は、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転した直後、信号BLIの電位をVPPに戻す。これにより、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが低抵抗で接続され、ビット線対BL,/BLの電位はビット線対SBL,/SBLの電位に急速に遷移する。
以上説明したデータ書き込み動作において、信号CSLを活性化する時、信号BLIが中間電位にあるため、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは高抵抗分離された状態となっている。
よって、従来のようにビット線対BL,/BLとセンスアンプ用ビット線対SBL,/SBLとの間にBLI回路3がなく、ビット線対BL,/BLがそのままビット線対SBL,/SBLとなる構成の場合や、ビット線対BL,/BLとセンスアンプ用ビット線対SBL,/SBLが低抵抗で接続されている場合に比べてビット線対SBL,/SBLの見かけの容量が小さくなる。これにより、ビット線対SBL,/SBLは短時間であっても反転しやすくなる。
したがって、例えばセンスアンプ回路4の動作電圧であるVBLHよりもDQゲート5の動作電圧である例えばVDDが低い場合でも、DQゲート5のトランジスタサイズを大きくせずに信頼性が高く且つ高速な書き込みが可能となる。また、センスアンプ回路4を構成するセンスアンプペアトランジスタ及びセンスアンプドライバのサイズを小さくする必要もないため、メモリセルアレイ1への書き込みデータの電圧レベルの低下を抑えることができる。
さらに、今後微細化が進むにつれて動作周波数が高くなり、信号CSLのパルス幅(CSLが活性化している時間)が短くなるような場合においても、安定した書き込み動作を保証するものである。
図4は、信号BLIの電位をVPPに常時固定した場合と、本実施形態のようにビット線分離(BLI)制御した場合との書き込み速度を比較したシミュレーション結果を示す図である。図4において、横軸はDQゲート5のトランジスタサイズ、縦軸はメモリセルアレイ1にデータを書き込むのに必要な信号CSLのパルス幅の最小値である。
例えばゲート幅が4μmの時、BLI電位が固定されている場合には、信号CSLのパルス幅が1.1ns以上でないと書き込みができないのに対し、BLI制御した場合には、0.6nsまで書き込みが可能であることがわかる。したがって、BLI制御することで、DQゲート5のトランジスタサイズを大きくしなくても高速な書き込み動作が可能となる。
以上詳述したように本実施形態では、メモリセルアレイ1が接続されるビット線対BL,/BLとセンスアンプ回路4が接続されるビット線対SBL,/SBLとを分割し、BLI回路3を介してビット線対BL,/BLとSBL,/SBLとを接続する。そして、メモリセルアレイ1にデータを書き込む際に、BLI回路3を高抵抗にすることで、ビット線対BL,/BLとSBL,/SBLを高抵抗分離する。
そして、データ線対DQ,/DQからビット線対SBL,/SBLにデータが転送され且つセンスアンプ回路4によりデータが保持された直後、BLI回路3を低抵抗にしてビット線対SBL,/SBLのデータをビット線対BL,/BLに転送するようにしている。
したがって本実施形態によれば、DQゲート5の動作電圧である例えばVDDが低電圧化された場合でも、データ線対DQ,/DQのデータをビット線対SBL,/SBLに確実に転送することが可能となる。これにより、周辺回路の低電圧化に柔軟に対応することができる。
また、DQゲート5のトランジスタサイズを大きくしなくてもすなわちチップサイズを大きくしなくても高速な書き込み動作が可能となる。さらに、センスアンプ回路4を構成するセンスアンプペアトランジスタ及びセンスアンプドライバのサイズを小さくする必要もないため、メモリセルアレイ1への書き込みデータの電圧レベルの低下を抑えることができる。
また、データ読み出し時にもセンスアンプ回路を活性化した直後にBLI回路3を高抵抗状態にすれば、センスアンプ回路活性化後のビット線対SBL,/SBLの遷移速度が速くなり、信号CSLの活性化タイミングを早くすることができる。さらに、ビット線対SBL,/SBLの容量が軽い分、電源ノイズが抑制され安定したセンス動作が保証される。
データ書き込み時のみBLI回路3の制御を行う場合には、データ読み出し時のBLI回路3の制御に要する消費電力を抑えることができる為、チップの消費電力を抑えることができる。また、読み出し/リフレッシュ動作の際に、BLI回路3が高抵抗状態になると、その間ハイレベル側のビット線電位がVBLHまで上がらない。したがって、読み出し/リフレッシュ動作の際にはBLI回路3が高抵抗状態にならないようにすれば、メモリセルへのリストア時間を最も長く確保することができる。
なお、本実施形態において可変抵抗素子としてNMOSトランジスタを用いているが、PMOSトランジスタを用いても同様に実施可能である。この場合、ビット線のローレベル電圧であるVBLLをビット線SBLからBLもしくは/SBLから/BLに転送する為には、低抵抗状態時の信号BLIの電圧は、(ビット線のローレベル電圧VBLL)から(PMOSトランジスタのしきい値の絶対値)を引いた電位よりも低い電圧にする必要がある。そこで、例えばワード線WLのローレベル電位がVBLLより低く且つ上記の値以下であれば、このワード線WLのローレベル電位を使用しても構わない。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、BLI回路3をNMOSトランジスタとPMOSトランジスタで構成されるトランスファーゲートにより構成したものである。
第2の実施形態は、BLI回路3をNMOSトランジスタとPMOSトランジスタで構成されるトランスファーゲートにより構成したものである。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の回路図である。図5において、BLI回路3は、2つのトランスファーゲートTG1,TG2により構成されている。トランスファーゲートTG1,TG2は、夫々NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとが並列に接続されて構成されている。
またBLI制御回路12は、トランスファーゲートTG1,TG2の抵抗値を制御するビット線分離信号NBLI及びPBLIを生成する。信号NBLIは、トランスファーゲートTG1,TG2のNMOSトランジスタのゲートに入力される。また信号PBLIは、トランスファーゲートTG1,TG2のPMOSトランジスタのゲートに入力される。その他の構成は、図1と同じであるため、ブロック図は省略する。
図6は、図5に示した半導体記憶装置のタイミング図である。BLI制御回路12は通常、“H”レベル(例えばVBLH)の電位を有するビット線分離信号NBLIを生成し、トランスファーゲートTG1,TG2のNMOSトランジスタに供給している。またBLI制御回路12は、“L”レベル(VSS)の電位を有するビット線分離信号PBLIを生成し、トランスファーゲートTG1,TG2のPMOSトランジスタに供給している。これにより、BLI回路3を構成するトランスファーゲートTG1,TG2は、低抵抗状態になる。
BLI制御回路12は、センスアンプ回路が活性化された直後からビット線対SBL,/SBLにデータが書き込まれる前までの間に、信号PBLIの電位を“H”レベル(例えばVBLH)に上げる。これによりBLI回路3は、導通状態に比べて高抵抗状態になり、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは、高抵抗分離される。
そして、信号CSLを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(例えばVDD)に遷移すると、データ線対DQ,/DQから転送されたデータにより、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転し、この反転されたデータがセンスアンプ回路4により保持される。すると、ローレベルが書き込まれるビット線BL(もしくは/BL)の電位変化はSBL(もしくは/SBL)の電位変化にある程度追従するが、ハイレベルが書き込まれるビット線/BL(もしくはBL)の電位変化は/SBL(もしくはSBL)の電位変化に必ずしも追従しない。
なぜならば、ハイレベルが書き込まれるビット線/BL(もしくはBL)の電位は(信号NBLIの電位)から(BLI回路3を構成するNMOSトランジスタのしきい値)を引いたレベルまでしか上がらないからである。
BLI制御回路12は、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転した直後、信号PBLIの電位をVSSに戻す。これにより、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが低抵抗で接続され、ビット線対BL,/BLの電位はビット線対SBL,/SBLの電位に急速に遷移する。
以上説明したデータ書き込み動作において、信号CSLを活性化する時、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは高抵抗分離された状態となっている。よって、従来のようにビット線対BL,/BLとセンスアンプ用ビット線対SBL,/SBLとの間にBLI回路がなく、ビット線BL,/BLがそのままSBL,/SBLとなる構成の場合や、ビット線対BL,/BLとセンスアンプ用ビット線対SBL,/SBLが低抵抗で接続されている場合に比べてビット線対SBL,/SBLの見かけの容量が小さくなり、ビット線対SBL,/SBLは短時間であっても反転しやすくなる。
したがって、上記第1の実施形態と同様に、例えばセンスアンプ回路4の動作電圧であるVBLHよりもDQゲート5の動作電圧である例えばVDDが低い場合でも、DQゲート5のトランジスタサイズを大きくせずに信頼性が高く且つ高速な書き込みが可能となる。
また、センスアンプ回路4を構成するセンスアンプペアトランジスタ及びセンスアンプドライバのサイズを小さくする必要もないため、メモリセルアレイ1への書き込みデータの電圧レベルの低下を抑えることができる。
また、上記第1の実施形態のように可変抵抗素子としてNMOSトランジスタを使用する場合、ビット線のハイレベル電圧であるVBLHをビット線SBLからBLもしくは/SBLから/BLに転送するためには、NMOSトランジスタのゲート電圧には(ビット線のハイレベル電圧VBLH)に(NMOSトランジスタのしきい値)を足した電位よりも高い例えば電圧VPPを使用する必要がある。
しかし本実施形態では、トランスファーゲートを構成するPMOSトランジスタのゲート電圧を、(ビット線のハイレベル電圧VBLH)から(PMOSトランジスタのしきい値の絶対値)を引いた電位よりも低い電位(例えばVSS)に遷移すれば電圧VBLHをビット線BLもしくは/BLに転送できる。
また、NMOSトランジスタのゲート電圧をそのしきい値以上にすることで、ビット線のローレベル電圧であるVBLL(例えばVSSに等しい)をビット線SBLからビット線BLもしくはビット線/SBLからビット線/BLに転送できる。よって、トランスファーゲートの制御にはVPPを使用する必要がないため、VPPの消費電力を低減することができる。つまりVPPをポンプ回路により内部生成する場合には、VPP生成回路の回路面積を削減することもできる。
使用する電圧によってトランジスタの種類が異なる(具体的にはゲート酸化膜厚が異なる)場合、異なった種類のトランジスタ間には、同じ種類のトランジスタ間のスペースよりも広いスペースが必要となる。BLI回路3をNMOSトランジスタとPMOSトランジスタで構成されるトランスファーゲートで構成する場合、BLI回路3にはセンスアンプ回路4を構成するトランジスタと同じ種類のトランジスタを使用できる。
一方、BLI回路3をNMOSトランジスタだけで構成する場合には、ゲート電圧に高い電圧(例えばVPP)を使用する為、センスアンプ回路4と異なる種類(ゲート酸化膜厚が厚い)のトランジスタを使用する必要があり、前者の場合に比べて、BLI回路3とセンスアンプ回路4の間に異なる膜厚の酸化膜をつくり分けるための広いスペースが必要となる。
従って、デザインルール上、異なる種類のトランジスタ間に必要なスペースが非常に大きい場合、NMOSとPMOS2種類のトランジスタでBLI回路を構成したほうが、酸化膜厚が異なるNMOS1種類のトランジスタでBLI回路を構成するよりもレイアウト的に小さくなる場合がある。
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。
半導体記憶装置は、CSL検出回路13を備えている。CSL検出回路13には、カラムデコーダ6が生成したカラム選択信号CSLが入力される。CSL検出回路13は、信号CSLが非活性化されるタイミングを検出する。すなわち、信号CSLの立ち下がりを検出している。そしてCSL検出回路13は、トリガー信号CSLTをBLI制御回路12に入力する。
BLI制御回路12は、CSL検出回路13から信号CSLTが入力されると、信号BLIの電位をVBLHからVPPに戻す。
図8は、図7に示した半導体記憶装置のタイミング図である。
信号CSLを“L”レベル(VSS)から“H”レベル(例えばVDD)に遷移すると、データ線対DQ,/DQから転送されたデータにより、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転し、この反転されたデータがセンスアンプ回路4により保持される。すると、ビット線対BL,/BLの電位は、ビット線対SBL,/SBLの電位にゆっくりと追従する。次に、信号CSLをVDDからVSSに遷移すると、CSL検出回路13はこの動作を検出し、信号CSLTを生成する。そして、信号CSLTをBLI制御回路12に入力する。
BLI制御回路12は、CSL検出回路13から信号CSLTが入力されると、信号BLIの電位をVBLHからVPPに戻す。これにより、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが低抵抗で接続され、ビット線対BL,/BLの電位はビット線対SBL,/SBLの電位に急速に遷移する。
信号CSLが活性化されている間にBLI回路3を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させると、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転する時間が遅くなってしまう。また、信号CSLが非活性化されてから時間が経ってからBLI回路3を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させると、高抵抗状態つまり信号BLIの電位がVBLHである間は、ハイレベル側のビット線がVBLHまで遷移しない為、メモリセルアレイ1への書き込み時間を削ることになる。
ところが本実施形態のように信号CSLが非活性化された直後にBLI回路3を高抵抗状態から低抵抗状態に変化させるように制御することで、ビット線対SBL,/SBLのデータが容易に反転でき、且つビット線対BL,/BLからメモリセルアレイ1へのデータ書き込み時間を最も長く確保することができる。
上記実施形態において、CSL検出回路13は信号CSLが非活性化されるタイミングを検出しているが、信号CSLが活性化されるタイミングを検出して信号CSLTを生成するようにしても良い。
例えば、CSL検出回路13及びBLI制御回路12における内部遅延が大きい場合、CSL検出回路13が信号CSLの非活性化を受けて信号CSLTを生成すると、信号CSLが非活性化されてからBLI回路3が低抵抗状態になるまでの時間が長くなり、その分メモリセルアレイ1へのデータ書き込み時間が削られてしまう。また、信号CSLのパルス幅が長い場合、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転した後も信号CSLが非活性化するまではBLI回路3が高抵抗状態であることとなり、この場合もメモリセルアレイ1への書き込み時間が削られてしまう。そこで、信号CSLが活性化されるタイミングを検出して信号CSLTを生成すれば、メモリセルアレイ1へのデータ書き込み時間を最も長く確保することができる。
また、信号CSLの立ち上がり及び立ち下がりがクロックに同期して動作している場合には、信号CSLの非活性化のトリガーとなっているクロックの立ち下がり(または立ち上がり)、或いはそれ以降のクロック(ただし、プリチャージタイミングを決めているクロックよりも前のクロック)の立ち上がり又は立ち下がりを受けて、信号BLIをVPPに戻すように構成し、信号CSLが非活性化された直後に信号BLIをVPPに戻すようにすれば良い。図9は、このように構成された半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。
この半導体記憶装置は、外部から入力されるクロックCLK、もしくはチップ内部で生成されるクロックCLKを受け取るクロックバッファ14を備えている。クロックバッファ14は、入力されたクロックCLKを半導体記憶装置内の各回路に供給する。カラムデコーダ6は、クロックCLKxに同期して動作しており、クロックCLKxに基づいて信号CSLを出力する。
CSL検出回路13は、信号CSLが非活性化されるのを検出しており、信号CSLが非活性化された後、当該クロック以降のクロックの立ち上がりまたは立ち下がりを受けてトリガー信号CSLTをBLI制御回路12に入力する。そして、BLI制御回路12は、CSL検出回路13から信号CSLTが入力されると、信号BLIの電位をVBLHからVPPに戻す。このように半導体記憶装置を構成しても、上記同様の効果を得ることができる。
図10は、本実施形態の他の構成例を示すブロック図である。図10に示す回路は、信号CSLの立ち上がり及び立ち下がりがクロックの立ち上がり及び立ち下がりに同期している場合で、信号CSLが同期して動作する当該クロックを受けて信号BLIをVPPに戻すように構成されている。
クロックカウンタ19には、クロックバッファ14から供給されるクロックCLKxとワード線WLの活性化タイミングを決めている信号ACTが入力されている。クロックカウンタ19は、信号ACTが活性化されてからのクロックCLKxを数え、所定回数後のクロックCLKxに同期してパルス信号CSLACTを生成する。
カラムデコーダ6には、カラムアドレス、信号CSLACTおよびクロックCLKxが入力されている。カラムデコーダ6は、信号CSLACTが活性化されている間に入力されるクロックCLKxに同期してパルス信号CSLを出力する。
BLIUP生成回路20には、クロックカウンタから出力される信号CSLACTとクロックCLKxが入力されている。BLIUP生成回路20は、信号CSLACTが活性化されている間に入力されるクロックCLKxに同期してパルス信号BLIUPを生成する。つまり、パルス信号CSLが同期しているクロックCLKxとパルス信号BLIUPが同期しているクロックCLKxは同一のクロックCLKxとなる。
立ち下がり検出回路21には、パルス信号BLIUPが入力されている。立ち下がり検出回路21は、信号BLIUPの立ち下がりを受けて、トリガー信号BLITをBLI制御回路12に入力する。そして、BLI制御回路12は、トリガー信号BLITが入力されると、信号BLIの電位をVBLHからVPPに戻す。このように半導体記憶装置を構成しても、上記同様の効果を得ることができる。
すなわち、上記実施形態は、信号CSLの立ち下がりタイミングを決めている信号(上記の例ではクロック)またはその遅延信号(上記の例では、その後のクロック)を受けて信号BLIをVBLHからVPPに戻している。
また、信号CSLの立ち上がりタイミングを決めている信号またはその遅延信号を受けて信号BLIをVBLHからVPPに戻すようにしても良い。例えば、BLI制御回路12などにおける内部遅延が大きい場合や、信号CSLのパルス幅が長いような場合には、メモリセルアレイ1へのデータ書き込み時間を長く確保するのに有効である。
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、メモリセルアレイ1へのデータ書き込み前にビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとを電気的に遮断するように構成したものである。
第4の実施形態は、メモリセルアレイ1へのデータ書き込み前にビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとを電気的に遮断するように構成したものである。
図11は、第4の実施形態に係る半導体記憶装置のタイミング図である。BLI制御回路12は、信号BLIをクロッキングする際、信号BLIの電位をVPPからVSSまで下げるように制御する。すなわち、可変抵抗素子としてNMOSトランジスタを用いた場合、BLI制御回路12はNMOSトランジスタのゲートに接地電圧VSSを供給する。
信号BLIの電位をVPPからVSSまで下げると、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは電気的に遮断される。このため、信号BLIの電位がVSSまで下がった後は、ビット線対BL,/BLの電位は変化しない。この場合、図11のように、信号CSLを活性化した時、ビット線対SBL,/SBLは、データ線対DQ,/DQに与えられているデータにより反転し、ビット線対BL,/BLの電位は全く変化しない。
BLI制御回路12は、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転した直後、信号BLIの電位をVPPに戻す。これにより、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが低抵抗で接続され、ビット線対BL,/BLの電位はビット線対SBL,/SBLの電位に急速に遷移する。
以上説明したデータ書き込み動作において、信号CSLを活性化する時、信号BLIが接地電位VSSにあるため、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとは電気的に遮断された状態となっている。よって、ビット線対SBL,/SBLからビット線対BL,/BLの容量が切り離されており、ビット線対SBL,/SBLのデータはビット線対BL,/BLとSBL,/SBLを高抵抗分離した状態で書き込みを行う場合に比べてさらに反転しやくなり、高速な書き込みが可能となる。
また、センスアンプ回路4を構成するセンスアンプペアトランジスタ及びセンスアンプドライバのサイズを小さくする必要もないため、メモリセルアレイ1への書き込みデータの電圧レベルの低下を抑えることができる。
逆に、ビット線対BL,/BLとSBL,/SBLを高抵抗分離した状態で書き込みを行う場合に比べ、センスアンプ回路4を構成するトランジスタのサイズを大きくしても反転可能であるので、トランジスタのサイズを大きくすれば、メモリセルアレイ1への書き込みデータの電圧レベルを高くすることもできる。
また、信号BLIの電位がVSSに下がってからVPPに戻るまでの間は、ビット線対BL,/BLの電位が変化しないので、書き込み開始前にビット線対BL,/BLが完全にVBLH及びVBLLに遷移することが無い場合もある。その場合、反転して書き込む際の電位変化が小さくて済む分VBLHの消費電力が削減され、さらに、ビット線対BL,/BLがVBLH及びVBLLのレベルに早く達するので、メモリセルMCへの書き込みレベルを高くすることが可能となる。
また、BLI回路3にPMOSトランジスタを用いて半導体記憶装置を構成してもよい。これは、ビット線対SBL,/SBLにデータが書き込まれている間、信号BLIの電位をVBLHにするように構成する。これにより、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとを電気的に遮断することができる。
この場合、ビット線のローレベル電圧であるVBLLをビット線SBLからBLもしくは/SBLから/BLに転送する為には、低抵抗状態時の信号BLIの電圧は、(ビット線のローレベル電圧VBLL)から(PMOSトランジスタのしきい値の絶対値)を引いた電位よりも低い電圧にする必要があるが、例えばワード線WLのローレベル電位がVBLLより低く且つ上記の値以下であれば、このワード線WLのローレベル電位を使用しても構わない。このように構成しても上記同様の効果を得ることができる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態は、信号BLIを複数系統設けて、系統毎に信号BLIの制御を行うようにしたものである。
第5の実施形態は、信号BLIを複数系統設けて、系統毎に信号BLIの制御を行うようにしたものである。
図12は、本発明の第5の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。ブロック図は、図1に示したブロック図と同様であるため省略する。また、図12は半導体記憶装置内の一部を示したものであり、通常、半導体記憶装置内では図12の回路が繰り返し配置されている。
図12において、ビット線対BL0,/BL0と、BL1,/BL1と、BL2,/BL2と、BL3,/BL3とが配設され、上記各ビット線対に夫々対応するようにセンスアンプ用ビット線対SBL0,/SBL0と、SBL1,/SBL1と、SBL2,/SBL2と、SBL3,/SBL3とが配設されている。また、上記各ビット線対に夫々対応するようにカラム選択信号CSL0〜CSL3が供給されている。
CSL0とCSL1とに対応して1つのBLI回路3aが設けられている。またCSL2とCSL3とに対応して1つのBLI回路3bが設けられている。BLI制御回路12は、ビット線分離信号BLI0及びBLI1を生成し、夫々BLI回路3a及びBLI回路3bに入力する。そしてBLI制御回路12は、BLI回路3a及びBLI回路3bのビット線分離制御を行う。
図13は、図12に示した半導体記憶装置のタイミング図である。図13において、BLI制御回路12は、信号CSL0のみが活性化される場合は、CSL0に対応するBLI回路3aの信号BLI0のみクロッキングを行い、書き込みが行われないカラム、すなわち、活性化しないCSL2とCSL3とに対応するカラムの信号BLI1についてはクロッキングしない。
図14は、連続して書き込み動作を行うバースト動作のタイミング図である。データ書き込み動作において、例えばCSL1、CSL2、CSL3の順に活性化される場合、BLI制御回路12は、CSL1が活性化されてCSL1に対応するビット線対SBL1,/SBL1のデータが反転した直後、信号BLI0をVSSからVPPにする。
次に、CSL2が活性化されるが、CSL2とCSL3とに対応するカラムは信号BLI1を共有している為、BLI制御回路12は、CSL3が活性化されてCSL3に対応するビット線対SBL3,/SBL3のデータが反転した直後、信号BLI1をVSSからVPPにする。
以上のような書き込み動作においては、複数系統ある信号BLIのうち、クロッキングする信号BLIを実際に書き込みが行われるカラムに対応する信号BLIのみに限定している。よって、信号BLIが1系統しかない場合に比べて、クロッキングを行うBLI回路が少なくなる為、書き込み時の消費電力を削減することができる。また、書き込みを行わないカラム、つまりリストア動作を行うカラムについては、信号BLIがクロッキングされないので、リストア時間を長く確保することができる。
また、クロッキングが行われる信号BLIのうち書き込みが開始されたカラムに対応する信号BLIから順番にVPPにして、メモリセルアレイ1のビット線に書き込むタイミングをずらしている。よって、先に書き込みを行ったカラムについては書き込み時間を長く取ることができる。
また、後から書き込みを行うカラムについては先に書き込みを行ったカラムと時間がずれているので、電源VBLHやVBLLに流れる電流を時間的に分散できる。これにより、電源VBLHやVBLLの変動が抑えられるため、十分な書き込みレベルを確保することができる。
さらに、BLIが1系統の場合に比べて、1系統あたりのBLIの配線に接続されるトランジスタの数が減ることで、配線につながるゲート容量が軽くなる。よって、BLIの遷移速度を速くすることができ、高速動作に適する。
なお、本実施形態において、書き込みを行う際の信号BLIの電位にはVSSを用いて説明しているが、VSSに限らず上記中間電位であってもよい。
また、データ読み出し時にも読みだし動作を行うカラムに対応するBLI回路3のみを同様に制御すれば、センスアンプ回路活性化後のビット線対SBL,/SBLの遷移速度が速くなり、信号CSLの活性化タイミングを早くすることができる。さらに、ビット線対SBL,/SBLの容量が軽い分、電源ノイズが抑制され安定したセンス動作が保証される。
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、信号CSLの系統数と信号BLIの系統数をそろえ、それぞれの系統を1対1に対応させて半導体記憶装置を構成したものである。
第6の実施形態は、信号CSLの系統数と信号BLIの系統数をそろえ、それぞれの系統を1対1に対応させて半導体記憶装置を構成したものである。
図15は、本発明の第6の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。ブロック図は、図1に示したブロック図と同様であるため省略する。
図15において、4系統の信号CSL0、CSL1、CSL2、CSL3に対応したカラムそれぞれに、夫々BLI回路3a、3b、3c、3dを配置する。そして、BLI制御回路12は、BLI回路3a、3b、3c、3dに対して夫々ビット線分離信号BLI0、BLI1、BLI2、BLI3を供給する。尚、通常信号CSLおよび信号BLIの各系統には複数のビット線対が接続されている。
図16は、図15に示した半導体記憶装置におけるバースト動作のタイミング図である。信号CSL0が活性化される場合には、それに対応する信号BLI0のみをクロッキングし、書き込みが行われないカラムの信号BLIについてはクロッキングしない。また、図16のようにCSL0、CSL1、CSL2の順に活性化される場合、BLI制御回路12は、対応するCSLが非活性化された後に、順番にBLI0、BLI1、BLI2をVPPに遷移する。書き込みが行われないカラムの信号BLI3は、クロッキングしない。
上記のような書き込み動作においては、信号BLIのクロッキングを行うカラムを、実際に書き込みを行うカラムのみにしているため、書き込み時のBLI制御による消費電力を最低限に抑えることができる。
また、例えば混載メモリ等多ビットで同時に書き込みを行うカラムが多いような仕様の場合、信号CSLの系統数が少ないので、対応する信号BLIの系統数も少ない。よって、BLI制御回路及びBLI配線が少なくて良く、BLI制御回路及びBLI回路の面積を小さく抑えることができる。これは上記第5の実施形態についても同様である。
さらに、信号CSLの系統が少なければ(1系統の信号CSLに接続されるカラムが多ければ)、信号CSLの配線は通常ワード線WLと同方向に走らせるので、信号CSLの配線と信号BLIの配線がレイアウト的に同一方向に走ることとなり、全てのカラムで信号CSLと信号BLIの相対的なタイミングをそろえ易く安定した動作に適する。
なお、本実施形態において、書き込みを行う際の信号BLIの電位にはVSSを用いて説明しているが、VSSに限らず上記中間電位であってもよい。
(第7の実施形態)
図17は、本発明の第7の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。本実施形態は、図1に示したブロック図においてプリチャージ回路2に代わり、プリチャージ回路22、イコライズ回路15及びイコライズ制御回路16を備えている。
図17は、本発明の第7の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。本実施形態は、図1に示したブロック図においてプリチャージ回路2に代わり、プリチャージ回路22、イコライズ回路15及びイコライズ制御回路16を備えている。
プリチャージ回路22は、信号BLPが活性化されることで、ビット線対BL,/BLにプリチャージ電圧VBLを供給する。イコライズ回路15は、ビット線BLと/BLとをイコライズする。また、イコライズ制御回路16は、イコライズ信号EQLを生成し、イコライズ回路15の動作を制御する。
図18は、図17に示した半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。イコライズ回路15は、これまでのプリチャージ回路2からビット線BLと/BLとをショートする為のトランジスタを取り出したもので、1つのNMOSトランジスタにより構成されている。NMOSトランジスタのゲートには、イコライズ制御回路16から出力された信号EQLが供給されている。
図19は、図18に示した半導体記憶装置のタイミング図である。図19において、イコライズ制御回路16は、信号BLIがVSSの間、信号EQLをVPPにする。すると、ビット線BLと/BLとは電気的に接続される。これにより、ビット線対BL,/BLは、信号EQLをVPPにする直前のビット線BLの電位と/BLの電位との中間電位付近に遷移する。例えば、信号EQLをVPPにする直前のBLの電位と/BLの電位がそれぞれVBLHとVBLL(VSSに等しい)であれば、(VBLH+VBLL)/2付近となる。
また、活性化された信号CSLに対応するビット線対SBL,/SBLにはデータ線対DQ,/DQからデータが書き込まれる。そして信号BLIがVPPに遷移されるまでの間に、イコライズ制御回路16は、信号EQLをVSSにする。
その後、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが夫々接続され、ビット線対BL,/BLはビット線対SBL,/SBLの電位に遷移する。
ビット線BLと/BLに読み出したデータと逆のデータを書き込む動作は、読み出し時のビット線BLと/BLの電位を等しくする動作とその後のビット線BLと/BLの電位を逆方向に遷移する動作に分けられる。本実施形態では、信号BLIがVPPに遷移されるまでに、ビット線BLと/BLの電位が等しくなっているので、逆データを書き込む動作の前半が終了していることになる。したがってビット線BLと/BLがVBLH及びVBLLのレベルに早く達するので、メモリセルMCへの書き込みレベルを高くすることが可能となる。
また、信号BLIがVPPに遷移する際、ビット線SBL、/SBLへの書き込みが不十分でビット線SBLと/SBL間の電位差が小さいと、ビット線BLと/BL間に逆方向の電位差がついている場合には、それによってデータが破壊されてしまう可能性があるが、本実施例では、信号BLIがVPPに遷移される前のビット線BL,/BLが同電位である為、そのようなデータ破壊を防ぐことができる。
ところで、前述したプリチャージ回路2を使用して、信号BLPを上述した信号EQLと同様のタイミングで制御すれば、信号BLIを電圧VPPにする直前のビット線BLと/BLとの電位を同電位かつビット線プリチャージ電位であるVBLにすることができ、上記と同様の効果が得られる。図20は、その場合の半導体記憶装置のタイミング図である。
プリチャージ回路2では、信号BLIがVSSに遷移している間、信号BLPがVPPに遷移する。信号BLPをVPPにすると、ビット線対BL,/BLはイコライズされつつ電圧VBLにプリチャージされる。また、活性化された信号CSLに対応するビット線対SBL,/SBLにはデータ線対DQ,/DQからデータが書き込まれる。そして信号BLIがVPPに遷移するまでの間にプリチャージ回路2では、信号BLPがVSSになり、ビット線対BL,/BLのプリチャージは解除される。
その後、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが夫々接続され、ビット線対BL,/BLはビット線対SBL,/SBLの電位に遷移する。この時、ビット線対BL,/BLは同電位でかつVBL付近から遷移し始める。よって、プリチャージ回路2とイコライズ回路を個別に設けた場合と同様、メモリセルアレイ1への書き込みレベルを高くすることができ、信号BLIがVPPに遷移する際のデータ破壊も防ぐことができる。また、イコライズ制御回路を新たに設ける必要がない為、回路規模の増加を抑えられる効果もある。
前述したプリチャージ回路とイコライズ回路を別々に設けた場合においては、データ書き込みの際にはイコライズ回路だけを制御すればよく、信号EQLに接続するトランジスタの数は、プリチャージ回路2を使用した場合の信号BLPに接続するトランジスタの数よりも少ない。したがって信号EQLにつながるゲート容量の方が軽く、イコライズ制御における消費電力を削減できる。また、信号EQLの遷移速度を速くすることができ、高速動作に適する。
次に、信号BLIが複数系統ある場合について説明する。
信号BLIが1系統である場合、バースト動作時には最後に書き込みを行うカラムに合わせて信号BLIをVSSからVPPにする必要があり、信号EQLは信号BLIをVPPにする直前にVPPからVSSにするように制御することとなる。一方、書き込みレベルを高くする等の目的で、第5の実施形態に示したように信号BLIを複数系統設けて書き込みが終わったカラムに対応する系統の信号BLIから順番にVPPにする場合、信号EQLが1系統であると、最初の書き込み動作に合わせてイコライズを解除する必要がある。
すると後から書き込みを行うカラムすなわち後から信号CSLが非活性化され信号BLIをVPPにするカラムについてはイコライズが解除され、対応するビット線対BL,/BLが電気的に切り離された状態になっている時間が長くなってしまう。
この場合、電気的に切り離された状態になっている間にビット線対BL,/BLは他のビット線対からのノイズやビット線BL,/BLのリーク等により、それぞれが異なった電位に変動し、同電位ではなくなってしまう可能性がある。しかし、イコライズ回路を信号BLIに対応するように複数系統設けることで、夫々の系統の書き込み動作に合わせてイコライズを解除することができる。
図21は、複数系統の信号BLIに対応するように複数系統のイコライズ回路を設けた半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。図21において、信号CSL0、CSL1、CSL2、CSL3に対応したカラムに、夫々イコライズ回路15a、15b、15c、15dを配置する。そして、イコライズ制御回路16は、イコライズ回路15a、15b、15c、15dに対して夫々イコライズ信号EQL0、EQL1、EQL2、EQL3を供給する。
図22は、図21に示した半導体記憶装置のタイミング図である。イコライズ制御回路16は、信号BLIがVPPからVSSに遷移した後に、信号BLIの系統に対応する系統の信号EQLをVSSからVPPにする。信号EQLをVSSからVPPにするタイミングは、信号BLIをVSSにするタイミングにあわせて全ての系統を同時に制御しても良いし、図22中に破線で示すように、夫々の系統の書き込みのタイミング(信号CSLが活性化されるタイミング)に合わせて順番に制御しても良い。またイコライズ制御回路16は、対応する系統の信号BLIがVSSからVPPに遷移する前に、信号EQLを順番にVPPからVSSにする。
このように構成することで、書き込みを行なう全てのビット線に対して信号BLIがVPPになる直前にイコライズを解除することができるので、ビット線対BL,/BLが電気的に切り離された状態になっている時間を短くすることができる。
また、書き込みを行うカラムに対応した系統のイコライズ回路だけを制御できるので、書き込み時のイコライズ制御による消費電力を抑えることができる。さらに、書き込みを行なわないカラムをイコライズして無駄な(VBLH)電流を消費することもないし、書き込みを行なわないカラムについてはリストア時間を長く確保することができる。
前述したプリチャージ回路2を使用する場合においても、信号BLIの系統に対応するように信号BLPを複数系統設けることで、全てのビット線に対してのプリチャージを信号BLIがVPPになる直前に解除することもできる。ただし、図21のように、プリチャージ回路とイコライズ回路を別々にして、イコライズ回路のみを複数系統設けた場合の方が、消費電力としてはより抑えることができる。さらに、必ずしも複数系統必要ないVBLへのプリチャージトランジスタがない分、レイアウト面積が小さくなりコンパクトなセンスアンプが実現できる。
また、信号EQLもしくは信号BLPと信号BLIとの対応が、1対複数であってもよい。図23は、例として信号EQLと信号BLIとの対応が1対2である場合の半導体記憶装置の主要部を示した回路図である。図24は、図23に示した半導体記憶装置のタイミング図である。
このように構成しても、信号EQLが1系統の場合に比べてビット線対BL,/BLが電気的に切り離された状態になっている時間を短くすることができる。
(第8の実施形態)
図25は、本発明の第8の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。本実施形態は、図1に示したブロック図に新たに第2プリチャージ回路24と第2プリチャージ制御回路23とを備えている。第2プリチャージ回路24は、ビット線BLと/BLとをハイレベルビット線電圧VBLHにプリチャージする。また、第2プリチャージ制御回路23は、信号BLPWを生成し、第2プリチャージ回路24の動作を制御する。
図25は、本発明の第8の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。本実施形態は、図1に示したブロック図に新たに第2プリチャージ回路24と第2プリチャージ制御回路23とを備えている。第2プリチャージ回路24は、ビット線BLと/BLとをハイレベルビット線電圧VBLHにプリチャージする。また、第2プリチャージ制御回路23は、信号BLPWを生成し、第2プリチャージ回路24の動作を制御する。
図26は、図25に示した半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。第2プリチャージ回路24は、2つのNMOSトランジスタにより構成されている。第2プリチャージ回路24の各NMOSトランジスタのゲートには、プリチャージ信号BLPWが入力されている。また、第2プリチャージ回路24には、ハイレベルビット線電圧VBLHが供給されている。第2プリチャージ回路24は、信号BLPWが活性化されることで、ビット線対BL,/BLに電圧VBLHを供給する。
図27は、図26に示した半導体記憶装置のタイミング図である。第2プリチャージ制御回路23は、信号BLIがVSSに遷移している間、信号BLPWをVPPに遷移する。信号BLPWをVPPにすると、ビット線対BL,/BLは共にVBLHにプリチャージされる。また、活性化された信号CSLに対応するビット線対SBL,/SBLにはデータ線対DQ,/DQからデータが書き込まれる。そして信号BLIがVPPに遷移されるまでの間に、第2プリチャージ制御回路23は、信号BLPWをVSSにする。これにより、ビット線対BL,/BLのプリチャージは解除される。
その後、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとが夫々接続され、ビット線対BL,/BLはビット線対SBL,/SBLの電位に遷移する。この時、ビット線対BL,/BLはVBLH付近から遷移し始める。
BLI回路やセルトランジスタにNMOSトランジスタを使用すると、ビット線BL(または/BL)およびメモリセルMCにハイレベルを書き込む場合は、ローレベルを書き込む場合に比べて、BLI回路およびセルトランジスタのゲートとソース間の電位差が小さくなり、書き込みが遅くなる。
しかし、上述した書き込み動作においては、信号BLIがVSSに遷移している間、ビット線対BL,/BLのVBLHへのプリチャージを開始した時点でメモリセルアレイ1へのハイレベルの書き込みが開始されている為、ハイレベルの書き込みレベルを非常に高くすることが可能となる。ローレベルの書き込みについては、信号BLIをVPPにした後、VBLH付近から遷移することとなるが、ゲートとソース間の電位差が大きいので問題になることはない。これは、例えばランダムサイクル時間が短い等で書き込み時間が短いようなシステムにおいて非常に有効である。
また、BLI回路やセルトランジスタがPMOSトランジスタで構成されているなどしてメモリセルアレイ1へのローレベルの書き込み速度を速くしたい場合には、信号BLIがVSSに遷移している間、ビット線対BL,/BLをVSS或いはローレベルビット線電圧VBLLにプリチャージしておけばよい。これは、第2プリチャージ回路24に供給する電圧をVSS或いはVBLLに変更することで実施可能である。
最終的にローレベル(またはハイレベル)にするビット線BL,/BLを一度VBLH(またはVBLL)にプリチャージする事は消費電力のロスを生じさせることとなるので、書き込み速度の要求と消費電力の削減に対する要求の兼ね合いで、(VBLH+VBLL)/2や(VBLH+VBLL)/2とVBLH(またはVBLL)の間の適当な中間電位にプリチャージすることも可能である。
第2プリチャージ回路24については、プリチャージ回路2と同様に3つのNMOSトランジスタで構成しても良い。その場合、ビット線対BL、/BLをイコライズするトランジスタが追加されるので、信号BLIがVSSに遷移している間、信号BLPWをVPPに遷移すると、ビット線対BL,/BLはVBLHやVBLLにプリチャージされるのとともにイコライズもされる為、確実に同電位となり、信号BLIがVPPに遷移する際のデータ破壊を防ぐことができる。
次に、信号BLIが複数系統ある場合について説明する。
信号BLIが1系統である場合、バースト動作時には最後に書き込みを行うカラムに合わせて信号BLIをVSSからVPPにする必要があり、信号BLPWは信号BLIをVPPにする直前にVPPからVSSにするように制御することとなる。
一方、書き込みレベルを高くする等の目的で、第5の実施形態に示したように信号BLIを複数系統設けて書き込みが終わったカラムに対応する系統の信号BLIから順番にVPPにする場合、信号BLPWが1系統であると、最初の書き込み動作に合わせてプリチャージを解除する必要がある。すると後から書き込みを行うカラムすなわち後から信号CSLが非活性化され信号BLIをVPPにするカラムについてはプリチャージが解除され、対応するビット線対BL,/BLがフローティング状態になっている時間が長くなってしまう。
この場合、フローティング状態になっている間にビット線対BL,/BLは他のビット線対からのノイズやビット線BL,/BLのリーク等により、プリチャージされた電位(例えばVBLH)から異なる電位に変動する可能性がある。しかし、第2プリチャージ回路24を信号BLIに対応するように複数系統設けることで、夫々の系統の書き込み動作に合わせてプリチャージを解除することができる。
図28は、複数系統の信号BLIに対応するように複数系統の第2プリチャージ回路24を設けた半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。図28において、信号CSL0、CSL1、CSL2、CSL3に対応したカラムに、夫々第2プリチャージ回路24a、24b、24c、24dを配置する。そして第2プリチャージ制御回路23は、第2プリチャージ回路24a、24b、24c、24dに対して夫々信号BLPW0、BLPW1、BLPW2、BLPW3を供給する。
このように構成することで、書き込みを行なう全てのビット線に対して信号BLIがVPPになる直前にプリチャージを解除することができるので、ビット線対BL,/BLがフローティング状態になっている時間を短くすることができる。
また、書き込みを行うカラムに対応した系統の第2プリチャージ回路24だけを制御できるので、書き込み時のプリチャージ制御による消費電力を抑えることができる。さらに、書き込みを行なわないカラムをプリチャージして無駄な(VBLH等)電流を消費することもないし、書き込みを行なわないカラムについてはリストア時間を長く確保することができる。
また、信号BLPWとBLIとの対応が、1対複数であってもよい。図29は、例として信号BLPWとBLIとの対応が1対2である場合の半導体記憶装置の主要部を示した回路図である。このように構成しても、信号BLPWが1系統の場合に比べてビット線対BL、/BLがフローティングになっている時間を短くすることができる。
(第9の実施形態)
図30は、信号BLIの立ち下がりタイミングを決める回路の主要部を示すブロック図である。
図30は、信号BLIの立ち下がりタイミングを決める回路の主要部を示すブロック図である。
半導体記憶装置は、SEN検出回路17を備えている。SEN検出回路17には、制御信号生成回路11が生成したセンスアンプ活性信号SENが入力される。SEN検出回路17は、信号SENが活性化されるタイミングを検出する。すなわち、信号SENの立ち上がりを検出している。そしてSEN検出回路17は、信号SENの立ち上がりを検出すると、トリガー信号BLIDTを生成する。そして、この信号BLIDTをBLI制御回路12に出力する。
BLI制御回路12は、SEN検出回路17から信号BLIDTが入力されると、信号BLIの電位をVPPからVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)に遷移する。すなわち、センスアンプ回路4が活性化された直後に、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとを電気的に遮断もしくは高抵抗分離するようにしている。その他の構成は、第1の実施形態で示した半導体記憶装置と同様である。
ところで、信号BLIの電位がVPPからVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)に遷移するタイミングが、センスアンプ回路4が活性化される前になった場合、以下のような問題がある。
ワード線WLが活性化されてからセンスアンプ回路4が活性化されるまでの間はビット線対BL,/BLおよびSBL,/SBLに読み出されたデータは微小なもので、センスアンプ回路4が活性化されることでそのデータが増幅される。センスアンプ回路4が活性化される前、つまりビット線BLと/BL間およびSBLと/SBL間に微小な電位差しかない状態で信号BLIを立ち下げると、ビット線SBLと/SBLが受ける信号BLIの立ち下がりノイズによる影響が異なる場合、読み出されたデータが破壊される可能性がある。
また、ビット線SBLと/SBLの容量にアンバランスがあると、センスアンプ回路動作後のそれぞれの電位の遷移速度が著しく異なるために、読み出されたデータが破壊される可能性がある。すなわち、信号SENを活性化すると一時的にビット線SBLと/SBLの両方の電位がVBLLへ向かって遷移するが、ハイレベル側のビット線SBL(または/SBL)の容量が著しく軽いとセンス動作初期にビット線SBLと/SBLの電位関係が逆転することになる。
書き込み動作において、信号BLIのクロック制御が行なわれるカラムに書き込みを行なわないカラムが含まれていて、メモリセルMCに蓄えられていたデータを再書き込みする必要がある場合(書き込みを行なわないカラムのリフレッシュ動作やライトマスク動作)、センスアンプ回路4が活性化される前にデータが破壊されてしまえば正しい再書き込みは行なえない。また、読み出し時においても、センスアンプ回路4が活性化される前にデータが破壊されてしまえば、当然正しい読み出し動作を行うことはできない。
しかし、本実施形態では、センスアンプ回路4が活性化された直後に、ビット線対BL,/BLとビット線対SBL,/SBLとを電気的に遮断もしくは高抵抗分離するようにしているため、ビット線対SBL,/SBLに読み出されたデータの微小電位が増幅されてから信号BLIが立ち下がり、データの破壊が起こらない。
また、センスアンプ回路4が活性化された直後に信号BLIを立ち下げると、ビット線対BL,/BLはVBLH,VBLLまで遷移していない。このため、逆データを書き込む際、信号BLIをVPPにした後にビット線BL,/BLの読み出しデータによりビット線SBL,/SBLの書き込みデータが破壊されることはない。
さらにビット線BL,/BLの電位変化が小さくてすむ分、書き込みレベルを高くできる。そして、信号BLIは、信号CSLが活性化する前に立ち下がっている必要があるので、センスアンプ回路4が活性化された直後に信号BLIを立ち下げることは高速動作において重要である。
また図31のように構成しても、上記同様の効果を得ることができる。SEN制御回路25は、外部から供給されるトリガー信号SENTを受けて信号BLIDTおよび信号SENを生成する。なお、例えばSEN制御回路25は、制御信号生成回路11内に設けられる。BLI制御回路12は、信号BLIDTを受けて信号BLIをVPPからVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)にする。
また、信号SENがクロックに同期して動作している場合には、信号SENを活性化するクロックの立ち上がり(または立ち下がり)、或いはそれ以降のクロックの立ち上がり(または立ち下がり)を受けて、信号BLIをVPPからVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)に遷移するように構成してもよい。図32は、このように構成された半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。
この半導体記憶装置は、外部から入力されるクロックCLK、もしくはチップ内部で生成されるクロックCLKを受け取るクロックバッファ14を備えている。クロックバッファ14は、入力されたクロックCLKを半導体記憶装置内の各回路に供給する。制御信号生成回路11は、クロックCLKxに同期して動作しており、クロックCLKxに基づいて信号SENを出力する。
SEN検出回路17は、信号SENが活性化されるのを検出しており、信号SENが活性化された後、当該クロック以降のクロックの立ち上がり(または立ち下がり)を受けてトリガー信号SENTをBLI制御回路12に入力する。このように半導体記憶装置を構成しても、上記同様の効果を得ることができる。
図33は、信号SENの活性化タイミングが同期している当該クロックを受けて信号BLIをVPPからVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)にするように構成した半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。
クロックカウンタ19には、クロックバッファ14から供給されるクロックCLKxとワード線WLの活性化タイミングを決めている信号ACTが入力されていて、信号ACTが活性化されてからのクロックCLKxを数え、所定回数後のクロックCLKxに同期して信号SENACTを生成する。信号SENACTは制御信号生成回路11内にあるSEN制御回路25及びBLI制御回路12に入力される。
SEN制御回路25は、信号SENACTが活性化された後に入力されるクロックCLKxを受けて信号SENを活性化する。またBLI制御回路12も信号SENACTが活性化された後に入力されるクロックCLKxを受けて信号BLIをVPPからVSSにする。この時、BLI制御回路12における内部遅延がSEN制御回路25における内部遅延よりも大きければ、信号BLIが立ち下がるタイミングは信号SENの活性化の直後になる。このように半導体記憶装置を構成しても、上記同様の効果を得ることができる。
図34は、信号SENの活性化タイミングがクロックの立ち上がり(または立ち下がり)に同期し、且つ信号CSLの立ち上がりがクロックの立ち上がり(または立ち下がり)に同期しており、それぞれが同期しているクロックの間のクロックの立ち上がり(または立ち下がり)を受けて信号BLIをVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)にするように構成した半導体記憶装置の主要部を示すブロック図である。
クロックカウンタ19は、ワード線WLの活性化タイミングを決めている信号ACTが活性化されてからのクロックCLKxを数え、所定回数後のクロックCLKxに同期して信号SENACT、信号BLIDWN及び信号CSLACTを順番に生成する。SEN制御回路25は、信号SENACTが活性化された後に入力されるクロックCLKxを受けて信号SENを活性化する。BLI制御回路12は、信号BLIDWNが活性化された後に入力されるクロックCLKxを受けて信号BLIをVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)にする。
カラムデコーダは信号CSLACTが活性化された後に入力されるクロックCLKxを受けて信号CSLを活性化する。クロックCLKxに同期している信号SENの活性化タイミングと、クロックCLKxに同期している信号CSLの活性化タイミングとの間に少なくともクロックCLKxの1サイクル以上の時間差があれば、上記のような構成で信号SENの活性化と信号CSLの活性化との間に信号BLIをVSSまたは中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)にすることができる。
(第10の実施形態)
図35は、本発明の第10の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。本実施形態は、中央に配置される1つのセンスアンプ回路4を2つのメモリセルアレイ1a,1bで共有したシェアードセンスアンプ方式の構成例である。
図35は、本発明の第10の実施形態に係る半導体記憶装置の主要部を示す回路図である。本実施形態は、中央に配置される1つのセンスアンプ回路4を2つのメモリセルアレイ1a,1bで共有したシェアードセンスアンプ方式の構成例である。
本半導体記憶装置は、メモリセルMC1を含むメモリセルアレイ1aと、メモリセルMC2を含むメモリセルアレイ1bとを備えている。メモリセルアレイ1aには、ワード線WLLとビット線対BLL,/BLLとが交差して配設されている。メモリセルアレイ1bには、ワード線WLRとビット線対BLR,/BLRとが交差して配設されている。
ビット線対BLL,/BLLには、プリチャージ回路2aが接続されている。ビット線対BLR,/BLRには、プリチャージ回路2bが接続されている。メモリセルアレイ1aとメモリセルアレイ1bとの間には、センスアンプ用ビット線対SBL,/SBLが配設されている。センスアンプ用ビット線対SBL,/SBLには、センスアンプ回路4とDQゲート5とが接続されている。
また半導体記憶装置には、センスアンプ回路4両側のメモリセルアレイ1aと1bとを選択的に接続、非接続とするためのセルアレイ選択回路18a,18bが配設されている。セルアレイ選択回路18a,18bは、夫々2つのNMOSトランジスタにより構成されている。セルアレイ選択回路18a,18bには、夫々セルアレイ選択信号MUXL,MUXRが入力されている。このセルアレイ選択信号MUXL,MUXRは、制御信号生成回路11が生成する。
このように構成された半導体記憶装置では、セルアレイ選択回路18a,18bを用いてビット線分離制御を行うことができる。図36は、図35に示した半導体記憶装置のタイミング図である。
左側のメモリセルアレイ1aにデータを書き込む場合を例に説明する。制御信号生成回路11は、セルアレイ選択信号MUXRをVPPからVSSに遷移する。これにより、右側のメモリセルアレイ1bはセンスアンプ回路4から電気的に切り離され、左側のメモリセルアレイ1aを選択した状態となる。
プリチャージ回路2aに供給されている信号BLPLをVPPからVSSに遷移する。これにより、ビット線対BLL,/BLLのプリチャージが解除される。そして、ワード線WLLをVSSからVPPに遷移することで、メモリセルアレイ1aに記憶されたデータがビット線対BLL,/BLLに読み出される。
次に、信号SENをVSSからVBLHへ、及び信号SEPをVBLHからVSSに遷移することにより、ビット線対BLL,/BLLに読み出されたデータが増幅され、ハイレベル側のビット線は電圧VBLHに、ローレベル側のビット線は電圧VBLLに向かって遷移する。
次に、制御信号生成回路11は、プリチャージが解除されてからビット線対SBL,/SBLにデータが書き込まれる前までの間に、信号MUXLの電位をVPPよりも低い中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)またはVSSに下げる。
信号MUXLの電位を中間電位(例えば、VBLH、VBL、VPL、VDD)に下げた場合、セルアレイ選択回路18aは、導通状態に比べて高抵抗状態になり、ビット線対BLL,/BLLとビット線対SBL,/SBLとは、高抵抗分離される。そして、信号CSLをVSSからVDDに遷移すると、データ線対DQ,/DQから転送されたデータにより、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転し、この反転されたデータがセンスアンプ回路4により保持される。
すると、ローレベルが書き込まれるビット線BLL(もしくは/BLL)の電位変化はSBL(もしくは/SBL)の電位変化にある程度追従するが、ハイレベルが書き込まれるビット線/BLL(もしくはBLL)の電位変化は/SBL(もしくはSBL)の電位変化に必ずしも追従しない。なぜならば、ハイレベルが書き込まれるビット線/BLL(もしくはBLL)の電位は(信号MUXLの電位)から(セルアレイ選択回路18aを構成するトランジスタのしきい値)を引いたレベルまでしか上がらないからである。
制御信号生成回路11は、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転した直後、信号MUXLの電位をVPPに戻す。これにより、ビット線対BLL,/BLLとビット線対SBL,/SBLとが低抵抗で接続され、ビット線対BLL,/BLLの電位はビット線対SBL,/SBLの電位に急速に遷移する。
信号MUXLの電位をVSSに下げた場合には、ビット線対BLL,/BLLとビット線対SBL,/SBLは電気的に遮断され、信号MUXLの電位がVSSまで下がった後は、ビット線対BLL,/BLLの電位は変化しない。そして、信号CSLをVSSからVDDに遷移すると、データ線対DQ,/DQから転送されたデータにより、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転するが、ビット線対BLL,/BLLの電位は全く変化しない。
制御信号生成回路11は、ビット線対SBL,/SBLのデータが反転した直後、信号MUXLの電位をVPPに戻す。これにより、ビット線対BLL,/BLLとビット線対SBL,/SBLとが低抵抗で接続され、ビット線対BLL,/BLLの電位はビット線対SBL,/SBLの電位に急速に遷移する。
以上詳述したように、半導体記憶装置がシェアードセンスアンプ方式を採用している構成の場合、セルアレイ選択信号MUXL,MUXRを用いてビット線分離制御を行うことが可能となる。
従って、DQゲート5の動作電圧であるVDDが低電圧化されて、センスアンプ回路4の動作電圧であるVBLHより低くなるような場合においても、データ線DQのデータをビット線SBLに確実に転送することが可能となる。これにより、周辺回路の低電圧化に柔軟に対応することができる。
また、DQゲート5のトランジスタサイズを大きくしなくてもすなわちチップサイズを大きくしなくても高速な書き込み動作が可能となる。さらに、センスアンプ回路4を構成するセンスアンプペアトランジスタ及びセンスアンプドライバのサイズを小さくする必要もないため、メモリセルアレイ1a,1bへの書き込みデータの電圧レベルの低下を抑えることができる。
また、新たにBLI回路3を設ける必要がないため、回路規模を小さくすることができる。
さらに、セルアレイ選択信号MUXL,MUXRを複数系統設けることで、前記実施形態で示したビット線分離信号BLIを複数系統設ける構成を実現することができる。
(第11の実施形態)
図37は、信号BLIが複数系統ある場合のBLI回路3のレイアウト図である。なお、BLI回路3を構成する可変抵抗素子として、例えばNMOSトランジスタを用いている。また、ビット線分離信号BLIを4系統設けた場合を示している。
図37は、信号BLIが複数系統ある場合のBLI回路3のレイアウト図である。なお、BLI回路3を構成する可変抵抗素子として、例えばNMOSトランジスタを用いている。また、ビット線分離信号BLIを4系統設けた場合を示している。
半導体基板には、NMOSトランジスタを構成する複数のアクティブ領域が設けられている。また半導体基板には、電源電圧を基板に供給するためのウェルコンタクト用アクティブ領域が設けられている。アクティブ領域及びウェルコンタクト用アクティブ領域の周囲の半導体基板には素子分離領域が形成されている。アクティブ領域の上には、ゲート絶縁膜(図示せず)を介してゲート電極が設けられている。また、アクティブ領域及びゲート電極には、上層配線とのコンタクトであるプラグが複数配設されている。
信号BLIを複数系統設ける場合、信号BLIが1系統の場合に比べてBLI回路3部分の面積が増加することが懸念される。そこで、本実施形態では、通常、NMOSトランジスタを形成する領域の外側に形成されるウェルコンタクト用アクティブ領域をBLI回路3の内部に形成する。すなわち、BLI回路3のNMOSトランジスタを構成するアクティブ領域の最外周の2つのライン(図37の破線)の内側に発生したスペースにウェルコンタクト用アクティブ領域を形成している。よって、信号BLIを複数系統設けることによるBLI回路3部分の面積の増加分をウェルコンタクト用アクティブ領域の面積の減少分で吸収することができる。
なお上記各実施形態において、可変抵抗素子にトランジスタを用いて説明している。しかし、トランジスタに限らず、抵抗値が可変する素子であれば上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、メモリセルMCにDRAMを用いて説明している。しかし、DRAMに限らず、例えばSRAM(Static Random Access Memory)やフラッシュメモリ等、メモリセルから相補のビット線対に伝わったデータを作動増幅器(センスアンプ)で増幅及びラッチする構成のものであれば、同様に実施可能である。
(第12の実施形態)
先に述べたように、メモリセル部の電源電圧がデータ線の電位振幅及びDQゲートの電位振幅よりも高い場合、書き込み動作が困難なものとなる。さらに、共通ソース線にSAバンク内の全てのカラムのセンスアンプ回路が接続されていると、SAバンク内の一部のカラムだけに書き込みを行なうような場合、図38に示すように、共通ソース線につながったセンスアンプドライバ全ての能力が書き込みを行なうカラムに集中することとなり、より書き込み動作が困難になる。
先に述べたように、メモリセル部の電源電圧がデータ線の電位振幅及びDQゲートの電位振幅よりも高い場合、書き込み動作が困難なものとなる。さらに、共通ソース線にSAバンク内の全てのカラムのセンスアンプ回路が接続されていると、SAバンク内の一部のカラムだけに書き込みを行なうような場合、図38に示すように、共通ソース線につながったセンスアンプドライバ全ての能力が書き込みを行なうカラムに集中することとなり、より書き込み動作が困難になる。
書き込み動作を容易にするためには、例えばDQゲートのサイズを大きくしてもよいが、その場合はセンスアンプSAのサイズが大きくなってしまう。また、DQゲートを大きくするとセンスアンプSAの安定性(めがね特性)にも問題が出てくる。
他に、Pチャネルセンスアンプ(PSA)或いはPSAドライバを小さくすることも考えられるが、そうすると以下にのべるように、読み出し性能(リフレッシュ性能)が悪化してしまう。
図39は、PSA用共通ソース線(PCS)に接続されるカラム数(PCSに接続するPSAドライバの数に比例)と図40に示したカラム選択線CSLが活性化する時点でのビット線対BL,/BL間の電位差(ΔVBL)との関係を示す図である。また、図39では、ワード線WLが活性化される直前におけるメモリセルのストレージノードの初期電位VSN(“VSN=0.525V”と“VSN=0.6V”)をパラメータにとっている。
なお、PCSに接続されるカラム数を増やすと、例えば同時に書き込みするカラム数が少ない場合(特に1カラムだけ書き込みする場合)、書き込み動作が困難になる(すなわち、書き込み可能なCSLのパルス幅の最小値が大きくなる)。このため、図39では、PSAのサイズを小さくすることで書き込み性能が同等(書き込み可能なCSLのパルス幅の最小値が同等)になるようにしている。
さらに、共通ソース線にたくさんのカラムを接続すると、ラッチされた全てのカラムのビット線対BL,/BLがNSAトランジスタ或いはPSAトランジスタを介して共通ソース線(NCS及びPCS)に繋がっているため、共通ソース線の電位が電源電位(VBLH、VBLL)から変化しにくい(浮きにくい)。よって、書き込み動作を容易にするためには、PSAサイズ等をさらに小さくしなければならない。
図39に示すように、PCSに接続されるカラム数を増やす(=PSAのサイズを小さくする)と、CSL活性化時のΔVBLが小さくなる。その傾向は、ストレージノードの初期電位VSNが小さい(読み出しが困難な条件)ほど顕著である。
つまり、PCSに接続するカラム数(SAドライバ数)を増やした場合、PSAおよびPSAドライバのサイズを小さくして書き込み性能を確保しようとすると、読み出し性能が悪化してしまう。よって、書き込み動作と読み出し動作の要求を同時に満たすようなセンスアンプ設計ができない。上記内容は、Nチャネルセンスアンプ(NSA)、NSAドライバ及びNSA用共通ソース線(NCS)についても同様のことが言えるが、PSA、PSAドライバ及びPCSの方がその影響が大きい。
以上述べたことを換言すれば、読み出しにおける要求を満たしつつ書き込みにおける問題に対処するためには、読み出し時と書き込み時とのカラムあたりのSAドライバの能力差を小さくすることが有効だということである。つまり、1つの共通ソース線に接続される複数のカラムに関して、接続されるカラム(センスアンプ)の総数と書き込み時に書き込みされるカラム数との差を小さくすればよい。
具体的には、従来SAバンク内では一つの共通ソース線にSAバンク内の全てのカラムのセンスアンプ回路が接続されていたが、本発明では、SAバンク内に、複数の共通ソース線を設け、各共通ソース線に接続されるカラム数を、SAバンク内の総カラム数よりも少なくする。そして、各共通ソース線に接続されるカラム数に応じて最適な能力のSAドライバを配置する。上記は、PCSに対して実施することがより有効である。
ところで、NSAやPSAを構成するトランジスタのしきい値電圧を下げた場合、NSAやPSAを構成するトランジスタによるリーク電流によって、メモリセルからデータが出力された時のビット線上の信号が減少する。
図41は、メモリセルから“H”データを読み出す場合を例として、NSAを構成するトランジスタのリーク電流の影響を説明した図である。ビット線のプリチャージ電位をVBL、ビット線のプリチャージを解除する際のビット線プリチャージ信号BLPの立ち下がりノイズによるビット線対の電位変化をΔVBLP、メモリセルから読み出される電荷量によって決まるビット線の電位変化をΔVBL、BL−/BL間のカップリングノイズによる“L”側のビット線の電位変化をΔVBLCとすると、センスアンプ回路活性化前のBL、/BLの電位はそれぞれ“VBL-ΔVBLP+ΔVBL”、“VBL-ΔVBLP+ΔVBLC”となる。
ところで、上記ΔVBLCはメモリセルから読み出される電荷量が大きいほど大きくなる。従って、例えば共通ソース線NCSの電位がVBLであるとすると、共通ソース線の電位(VBL)と“L”側のビット線/BLのビット線の電位(VBL-ΔVBLP+ΔVBLC)との関係は、ΔVBLCの大きさ、つまりメモリセルから読み出される電荷量によって変化する。
ΔVBLCが小さい場合、共通ソース線の電位の方が/BLの電位よりも高くなる。よって、センスアンプトランジスタ/NSAのゲート−ソース間電位はVgs1となるので、Ileak1のようなリーク電流が発生する。すると、このリーク電流によって/BLの電位が上がり、BL−/BL間の信号量が減少してしまう。
一方、ΔVBLCが大きい場合には、共通ソース線の電位の方が/BLの電位よりも低くなる。よって、センスアンプトランジスタ/NSAのゲート−ソース間電位はVgs2となり、Ileak2のようなリーク電流が発生する。すると、このリーク電流によって共通ソース線NCSの電位が上がる可能性がある。/BLの電位は逆に下がる可能性がるが、少なくともBL−/BL間の信号量が減少することはない。
共通ソース線に接続されるカラム数が多い場合、多くのカラムではメモリセルから読み出される電荷量が大きく、一部のカラムで電荷量が小さい状況も考えられる。つまり、一部のカラムに接続されたメモリセルの電荷保持特性が悪い(セルリークが大きい等による)ような状況である。すると、電荷量が大きい多くのカラムの“L”側のビット線からのリーク電流により、共通ソース線NCSの電位が上昇する。一部の電荷量が小さいカラムでは、電位の上昇した共通ソース線NCSから“L”側のビット線へのリーク電流が発生し、結果的にBL−/BL間の信号量が減少してしまう(図42参照)。
つまり、このような状況では、共通ソース線NCSに接続するカラム数が多いほど共通ソース線NCSの電位が上昇しやすく、BL−/BL間の信号量が減少しやすいと言える。したがって、SAバンク内に複数の共通ソース線を設け、各共通ソース線に接続されるカラム数を、SAバンク内の総カラム数よりも少なくすることは、ビット線上の信号量の減少に対しても有効な対策だと言える。
図43は、本発明の第12の実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示す概略図である。図43において、メモリセルMCがマトリクス状に配置されるメモリセルアレイ1が設けられている。メモリセルアレイ1には、複数のワード線WLと複数のビット線対BL,/BLとが交差して配設され、それらの交差部(図43の黒丸)にメモリセルMCが配置されている。ビット線対BL,/BLには、センスアンプ50が接続されている。
センスアンプ50は、例えばメモリセルアレイ1の両側に交互に配置されている。もちろん、センスアンプ50は、メモリセルアレイ1の片側のみに配置されていてもよい。
図44は、図43に示したセンスアンプバンクの構成を示す概略図である。本実施形態では、SAバンクが例えば512カラムで構成され、その内の128カラムずつが同一のカラム選択線CSLで選択される場合(つまり、同時に書き込みされる場合)を例に説明する。なお、図44では、センスアンプ50が片側に配置されているが、説明上の便宜のためである。これは本発明の趣旨に重要ではないため、もちろん両側に配置されていてもよい。
図44に示すように、4つのセンスアンプ50は、夫々4つのカラム選択線CSL0〜CSL3に接続されている。さらに、4つのセンスアンプ50は、同一のPCS53と、同一のNCS52とに接続されている。
また、同一のPCS53及びNCS52に接続される4つのセンスアンプ50は、夫々異なるカラム選択線CSLで選択される。
図45は、同一のPCS53及び同一のNCS52に接続されたカラムの構成を示す回路図である。メモリセルMCは、セルトランジスタCTとキャパシタCCとが直列に接続されて構成されている。メモリセルMCの一方の端子には基準電圧VPLが供給され、他方の端子はビット線BLに接続されている。
センスアンプ回路51は、Nチャネルセンスアンプ(NSA)とPチャネルセンスアンプ(PSA)とにより構成されている。NSAは、2つのNチャネルMOSトランジスタQN1,QN2により構成されている。
トランジスタQN1のドレインは、ビット線BL0に接続されている。トランジスタQN1のゲートは、ビット線/BL0に接続されている。トランジスタQN1のソースは、NSA用共通ソース線(NCS)52に接続されている。
トランジスタQN2のドレインは、ビット線/BL0に接続されている。トランジスタQN2のゲートは、ビット線BL0に接続されている。トランジスタQN2のソースは、NCS52に接続されている。
PSAは、2つのPチャネルMOSトランジスタQP1,QP2により構成されている。トランジスタQP1のドレインは、ビット線BL0に接続されている。トランジスタQP1のゲートは、ビット線/BL0に接続されている。トランジスタQP1のソースは、PSA用共通ソース線(PCS)53に接続されている。
トランジスタQP2のドレインは、ビット線/BL0に接続されている。トランジスタQP2のゲートは、ビット線BL0に接続されている。トランジスタQP2のソースは、PCS53に接続されている。
他のカラムの構成についても同様である。ビット線対BL0,/BL0は、カラム選択線CSL0により選択される。ビット線対BL1,/BL1は、カラム選択線CSL1により選択される。ビット線対BL2,/BL2は、カラム選択線CSL2により選択される。ビット線対BL3,/BL3は、カラム選択線CSL3により選択される。
NCS52には、NSAドライバ54が接続されている。NSAドライバ54は、NチャネルMOSトランジスタにより構成されている。NSAドライバ54のドレインは、NCS52に接続されている。NSAドライバ54のゲートには、センスアンプ活性信号SENが供給されている。NSAドライバ54のソースには、ローレベルビット線電圧VBLLが供給されている。
PCS53には、PSAドライバ55が接続されている。PSAドライバ55は、PチャネルMOSトランジスタにより構成されている。PSAドライバ55のドレインは、PCS53に接続されている。PSAドライバ55のゲートには、センスアンプ活性信号SEPが供給されている。PSAドライバ55のソースには、ハイレベルビット線電圧VBLHが供給されている。
このように構成された半導体記憶装置は、各共通ソース線に接続されるカラム数を、SAバンク内の総カラム数よりも少なくすることができる。これにより、センスアンプ回路51の動作電圧であるVBLHよりもDQゲート5の動作電圧が低く書き込み動作が困難であるような場合においても、PSAサイズを小さくする必要がなくなり、読み出し動作における要求を満たしつつ書き込み動作を容易にすることができる。
また、同時に書き込みされる複数のカラムが同一の共通ソース線に複数接続されていた場合、書き込みされるデータパターン(逆データで書き換えられるカラムの数)により、実質的に書き込みされるカラム(逆データで書き換えられるカラム)あたりのSAドライバの能力が変化してしまう。すなわち、逆データで書き換えられるカラムの数が増えると、書き込みされるカラムあたりのSAドライバの能力が小さくなり、ライト特性が悪化する。しかし、上記のように共通ソース線に接続されるカラムが、同時に書き込みされないカラムのみ、つまり異なるカラム選択線CSLで選択されるカラムのみであるようにすれば、書き込みされるカラムあたりのSAドライバの能力をデータパターンの影響を受けず、かつ最大にすることができる。これにより、センスアンプ設計が容易となる。
上記の例では、1つのカラム選択線CSLで選択されるカラム数と共通ソース線の数とは同じ128であったが、共通ソース線は例えば256本にするなど、さらに増やしても良い。256本にした場合、異なるカラム選択線CSLで選択される2カラムずつが同一の共通ソース線に接続され、読み出し時と書き込み時とにおけるカラムあたりのSAドライバの能力差をさらに小さくすることができる。
なお、電圧関係により書き込み動作が困難であるような場合には、先に述べたようにPCSに接続するカラム数を減らすことにより、PSAサイズを小さくする必要がなくなり、読み出し動作における要求を満たしつつ書き込み動作を容易にすることができる。しかし、PSAサイズを小さくせずに大きなサイズのPSAを使用するということは、SAバンクのレイアウトサイズが大きくなることを意味する。
従って、実際の設計においては、PCSに接続されるカラム数を減らして大きなサイズのPSAを使用するか否かはその時々の状況に応じて選択する必要がある。つまり電圧関係などにより書き込み動作が困難であるような場合や小さなサイズのPSAを使用した場合に読み出し動作の要求を満たせなくなるような場合でなければ、PCSに接続するカラム数を増やして、PSAサイズを小さくした方がSAバンクのレイアウトサイズを小さくした方がよいこともあり得る。
(第13の実施形態)
第13の実施形態は、共通ソース線に接続する複数のカラムがSAバンク内のカラムリダンダンシーの置き換え単位に包含されるように構成する。
第13の実施形態は、共通ソース線に接続する複数のカラムがSAバンク内のカラムリダンダンシーの置き換え単位に包含されるように構成する。
図46は、本発明の第13の実施形態に係る半導体記憶装置の構成を示す概略図である。例えば、半導体記憶装置がSAバンク毎に1つのリダンダンシー回路を備えている場合を例に説明する。
図46に示した半導体記憶装置では、メモリセルアレイの各カラムに接続されるセンスアンプ50が、交互にメモリセルアレイの両側に配置されている。また、リダンダンシーの置き換え単位は、例えば連続する8カラムである。この場合、片側でのリダンダンシーの置き換え単位は、4カラムになる。
NCS52及び各PCS53は、リダンダンシーの置き換え単位である8カラムのうち、片側に連続して配置される4つのセンスアンプ50毎に設けられている。換言すれば、この4つのセンスアンプ50は、同一のNCS52及びPCS53に接続されている。
各NCS52には、NSAドライバ54が接続されている(図示せず)。また、各PCS53には、PSAドライバ55が接続されている(図示せず)。
このように構成された半導体記憶装置では、各共通ソース線に接続されるカラム数を減らすことができるため、第12の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、次のような効果も得られる。
共通ソース線に何かしらの不良が発生することがある。共通ソース線に接続されたアクティブ領域(具体的には、拡散層)に発生する結晶欠陥によるジャンクションリークもその一例であるし、共通ソース線が途中で切れるといったこともある。
このような共通ソース線の不良が発生した場合、その共通ソース線に接続された全てのカラムはその不良の影響を受けることになる。そこで、本実施形態のように同一の共通ソース線に接続する複数カラムがSAバンク内のカラムリダンダンシーの置き換え単位に包含されるように構成すれば、仮に共通ソース線に不良が発生したとしてもリダンダンシー回路を使用して救済することが可能となる。
なお、センスアンプがメモリセルアレイの片側にのみ配置されていてもよい。この場合、リダンダンシーの置き換え単位である例えば8カラムが同一の共通ソース線に接続される。これにより、上記同様の効果を得ることができる。
(第14の実施形態)
第14の実施形態は、SAバンク内で隣接する2つのカラムに含まれる2つのセンスアンプを各共通ソース線に接続するようにしたものである。
第14の実施形態は、SAバンク内で隣接する2つのカラムに含まれる2つのセンスアンプを各共通ソース線に接続するようにしたものである。
図47は、本発明の第14の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの構成の一部を示す回路図である。図48は、図47に示したSAバンクの構成の一部を示すレイアウト図である。
なお、図48に示したアクティブ領域とは、素子分離により分離された基板内でトランジスタを形成する領域である。具体的には、アクティブ領域は、低濃度の不純物が拡散されたウェル領域に含まれる。また、アクティブ領域は、ウェル領域内且つゲート両側に高濃度の不純物が拡散された拡散層を含む。この拡散層は、トランジスタのソース及びドレインとして機能する。
Pチャネルセンスアンプ(PSA)は、4つのPチャネルMOSトランジスタQP1A,QP1B,QP2A,QP2Bにより構成されている。2つのPチャネルMOSトランジスタQP1A,QP1Bは、図45に示したPチャネルMOSトランジスタQP2に対応する。2つのPチャネルMOSトランジスタQP2A,QP2Bは、図45に示したPチャネルMOSトランジスタQP1に対応する。
すなわち、この実施形態では、センスアンプ回路を構成するペアトランジスタの各トランジスタを、レイアウト上2つのGC(Gate Conductor)によって描いている。さらに、センスアンプトランジスタのビット線側のノードを2つのGCの内側に配置し、2つのGCの外側に配置した2つの共通ソース線を、SAバンク内で隣接する両サイドのカラムの共通ソース線と共有する。そして、共通ソース線に対して1つずつ、SAドライバを接続している。(図48参照)
なお、図47及び図48には、PSA及びPCSを一例として示し、NSA及びNCSについては図示を省略している。しかし、NSA及びNCSについても、PSA及びPCSと同様に構成してもよい。
なお、図47及び図48には、PSA及びPCSを一例として示し、NSA及びNCSについては図示を省略している。しかし、NSA及びNCSについても、PSA及びPCSと同様に構成してもよい。
このように構成された半導体記憶装置は、1つの共通ソース線に接続されるカラムを劇的に少なくすることができる。よって、第12の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、各カラムのセンスアンプ回路に対して2つのPCSが接続されることになる。しかし、当該2つのPCSどうしは繋がっていないため、1つのPCSに注目すれば、接続されるカラムはわずか2カラムで非常に少ない。従って、読み出し時と書き込み時とでカラムあたりのPSAドライバの能力差は、非常に小さい。
さらに、PSAを構成するペアトランジスタの各トランジスタが2つのゲート電極(GC)で構成されているため、レイアウト面積が非常に小さい(通常は1つのGCで構成されているため、トランジスタの幅は大きくなる)。
そして、ペアとなる2つのトランジスタのアクティブ領域(具体的には、拡散層)、チャネル部(GCとアクティブ領域とが重なった部分)、及びコンタクト(CS)のレイアウトに注目すると、一方のトランジスタのBL0(チャネル部)、/BL0(CS)、PCS0(CS)、PCS1(CS)の配置と他方のトランジスタの/BL0(チャネル部)、BL0(CS)、PCS0(CS)、PCS1(CS)の配置が並進対象になっている。
つまり、プロセスの各工程におけるマスクの合わせずれ等の影響がペアトランジスタに同じように表れるため、ペアトランジスタのしきい値電圧Vtのアンバランス等によるデバイス特性差を最小限に抑えることが可能となる。これにより、微小電位差を増幅する能力が大きいセンスアンプを実現することができる。
ところで、SAドライバをセンスアンプ制御回路部或いはWLスティッチ領域(Segmented WL(階層WL)構成の場合なら、SAバンクとサブWLドライバ領域が交差する領域)に配置したり、またはSAバンク内のレイアウトの繰り返し単位の配置ピッチをビット線間のピッチよりも小さくすることによりSAバンク内に生じる空きスペースに配置(特許第3202580号公報や特開2002−208277号公報参照)すると、SAドライバのトランジスタサイズがセンスアンプ全体のサイズ(すなわち、1つのSAバンクの幅)に影響を与えることはほとんどない。
ところが本実施形態では、NSA及びPSAの横にSAドライバを配置しているので(図48参照)、大きなサイズのSAドライバを配置することが可能となる反面、センスアンプ全体のサイズが大きくなるというデメリットがある。
このようなSAドライバの分散配置において、従来通り共通ソース線に全てのカラムのセンスアンプ回路とSAドライバを接続すると、メモリセル部の電源電圧とデータ線の電圧とが異なるという環境下で書き込み動作を保証するためには、各SAドライバのサイズを非常に小さくする必要がある。
すると、大きなSAドライバが配置できるというメリットも生きない上に、新たにSAドライバを配置する領域をつくることによるSAバンクの面積増というデメリットのみが残ってしまう。すなわち、SAドライバの配置領域をつくっても、各SAドライバのサイズが小さいため、SAドライバの配置領域の中で各SAドライバ間に隙間ができてしまうため、面積効率が悪い。
もちろん、SAドライバのサイズを小さくすると、これまで述べたように読み出し時におけるカラム当たりのSAドライバの能力が小さくなるため、読み出し/リフレッシュ性能が悪化するということもある。
一方、共通ソース線に接続するカラム数を減らす場合、共通ソース線に接続するSAドライバ数も少なくなる。すると、読み出し時におけるカラムあたりのSAドライバの能力を従来方式(1つの共通ソース線に全てのカラムのセンスアンプ回路とSAドライバとを接続する)より大きくして(つまり分散配置された各SAドライバのサイズを大きくして)読み出し/リフレッシュ性能を向上させても、書き込み時に書き込みされるカラム当たりのSAドライバのサイズが比較的大きくならないので、マージンの高い書き込み動作を保証することができる。
さらに、分散配置された各SAドライバのサイズが大きくできることは、SAドライバの配置領域を有効に使うことにつながるので、レイアウトの面積効率が高い。このように、共通ソース線に接続するカラム数を減らすこととSAドライバを分散配置することとは、大変相性がよいといえる。
(第15の実施形態)
第15の実施形態は、共通ソース線を隣接する2つのセンスアンプ毎に1つずつ設けるようにしたものである。
第15の実施形態は、共通ソース線を隣接する2つのセンスアンプ毎に1つずつ設けるようにしたものである。
図49は、本発明の第15の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの構成の一部を示す回路図である。図50は、図49に示したSAバンクの構成の一部を示すレイアウト図である。
NCSは、隣接する2つのセンスアンプ回路毎に1つずつ設けられている。言い換えるならば、各NCSは、この2つのセンスアンプ回路に接続されている。各NCSには、NSAドライバ54が接続されている。
具体的には、NCS1は、NSA1(ビット線対BL1,/BL1に接続されたNチャネルセンスアンプ)を構成するNチャネルMOSトランジスタQN1及びQN2のソースに接続されている。また、NCS1は、NSA2(ビット線対BL2,/BL2に接続されたNチャネルセンスアンプ)のNチャネルMOSトランジスタQN1及びQN2のソースに接続されている。
なお、図49及び図50には、NSA及びNCSを一例として示し、PSA及びPCSについては図示を省略している。しかし、PSA及びPCSについても、NSA及びNCSと同様に構成してもよい。
このように構成された半導体記憶装置は、1つの共通ソース線に接続されるカラムを劇的に少なくすることができる。よって、第12の実施形態と同様の効果を得ることができる。
ところで、あるカラムのセンスアンプのデータ線対DQ,/DQ(のノード)は、共通ソース線NCSを共有する隣接したセンスアンプと反対側に隣接するセンスアンプのカラムで共有されている。すなわち、データ線対DQ,/DQと共通ソース線NCSとは、カラムに交互に共有されている。
より具体的には、各データ線対DQ,/DQは、共通ソース線NCSを共有する2つのセンスアンプNSAに接続された2組のビット線対BL,/BLのうち一方のビット線対と、他方のビット線対と反対側に隣接するビット線対とに対して1つずつ設けられている。
各DQゲート5は、ビット線対BL,/BLと、対応するデータ線対DQ,/DQとの間に設けられている。また、DQゲート5は、ビット線BLにデータを転送するNチャネルMOSトランジスタ5aと、ビット線/BLにデータを転送するNチャネルMOSトランジスタ5bとにより構成されている。
本実施形態では、図50に示すように、トランジスタQN1のビット線BL0側のアクティブ領域と、対応するDQゲート5のトランジスタ5aのビット線BL0側のアクティブ領域とが共有されている。また、トランジスタQN2のビット線/BL0側のアクティブ領域と、対応するDQゲート5のトランジスタ5bのビット線/BL0側のアクティブ領域とが共有されている。
さらに、トランジスタ5aのデータ線DQ0側のアクティブ領域と、隣接する一方のカラムのトランジスタ5cのデータ線DQ0側のアクティブ領域とが共有されている。また、トランジスタ5bのデータ線/DQ0側のアクティブ領域と、隣接する一方のカラムのトランジスタ5dのデータ線/DQ0側のアクティブ領域とが共有されている。
そして、センスアンプ回路のペアとなる2つのトランジスタQN1,QN2のアクティブ領域(具体的には、拡散層)、チャネル部(GCとアクティブ領域とが重なった部分)、及びコンタクト(CS)のレイアウトに注目すると、ペアとなるセンスアンプトランジスタの一方のトランジスタのBL0(CS)、/BL0(チャネル部)、NCS0(CS)の配置と、他方のトランジスタの/BL0(CS)、BL0(チャネル部)、NCS0(CS)の配置がビット線延伸方向に並進対称になっている。さらに、DQゲート5のペアとなる2つのトランジスタ5a,5bの一方のトランジスタのBL0(CS)、CSL0(チャネル部)、DQ0(CS)の配置と、他方のトランジスタの/BL0(CS)、CSL0(チャネル部)、/DQ(CS)の配置も並進対称になっている。
すなわち、ソース/ドレインに接続されたコンタクト(CS)及びチャネル部に関して、2つのトランジスタQN1,QN2(NSAペアトランジスタ)及び2つのトランジスタ5a,5b(DQゲートペアトランジスタ)がそれぞれ並進対称になっている。
したがって、プロセスの各工程におけるマスクの合わせずれ等の影響がペアトランジスタに同じように表れるため、ペアトランジスタのしきい値電圧Vtのアンバランス等によるデバイス特性差を最小限に抑えることが可能となる。これにより、非常に安定した性能を保証するセンスアンプを実現することができる。
また、共通ソース線に注目すると、あるカラムのセンスアンプ回路のペアトランジスタの共通ソース線に接続された2つのアクティブ領域は、隣接する一方のカラムのセンスアンプ回路のペアトランジスタの共通ソース線に接続された2つのアクティブ領域と共有されている。つまり、1つの共通ソース線には、隣接するカラムで共有されたアクティブ領域のみが接続されている。(前述の第14の実施形態の図48も、レイアウト自体は異なるが、1つの共通ソース線には隣接カラムで共有されたアクティブ領域のみが接続されている。)
本実施形態では、あるカラムの1つのペアトランジスタの共通ソース線は、隣接する一方のカラムのペアトランジスタの共通ソース線と共有されることになるが、SAバンク内で複数存在する共通ソース線どうしは繋がっていない。よって、1つの共通ソース線に注目すれば、接続するカラムはわずか2カラムで非常に少なくすることができる。
本実施形態では、あるカラムの1つのペアトランジスタの共通ソース線は、隣接する一方のカラムのペアトランジスタの共通ソース線と共有されることになるが、SAバンク内で複数存在する共通ソース線どうしは繋がっていない。よって、1つの共通ソース線に注目すれば、接続するカラムはわずか2カラムで非常に少なくすることができる。
このように、センスアンプ回路を構成するペアトランジスタのビット線側のアクティブ領域とDQゲートトランジスタのビット線側のアクティブ領域が共有された上に、ペアトランジスタの共通ソース線側のアクティブ領域とDQゲートトランジスタのDQ線側のアクティブ領域が隣接カラムのペアトランジスタの共通ソース線側のアクティブ領域とDQゲートトランジスタのDQ線側のアクティブ領域で共有されたレイアウトもレイアウト面積が非常に小さくなる。なぜなら、センスアンプNSAのペアトランジスタQN1,QN2とDQゲート5とが並列して配置されるため、全体としてのゲート方向のサイズ(ビット線の伸長方向のサイズ)は、DQゲート5を構成するトランジスタ5a,5bのゲート方向のサイズと、センスアンプNSAのペアトランジスタのゲート方向のサイズの何れか大きい方で決まり、小さい方のサイズは全体のサイズに全く影響しないからである。
例えば、DQゲート5を構成するトランジスタ5a,5bのゲートのゲート幅WがセンスアンプNSAのペアトランジスタQN1,QN2のゲート幅Wより小さければ、センスアンプ全体の幅(SAバンクの幅)はDQゲートのサイズの影響を受けない。よって、センスアンプ全体のサイズへの影響を気にすることなく、トランジスタ5a,5bのゲート幅Wを大きくすることが可能となる。
トランジスタ5a,5bのゲート幅Wを大きくできれば、書き込み性能が一定である条件のもと(書き込み可能なカラム選択信号のパルス幅の最小値が同等の条件のもと)、センスアンプPSAのトランジスタサイズを大きくすることが可能であるから、書き込み速度を早くすることができる。しかも、センスアンプPSAのトランジスタサイズを大きくすることで、しきい値電圧Vtのアンバランスが小さく抑えられるので、微小電位差を増幅する能力が高くなる。
ところで、本実施形態では、デザイン上、DQゲート5を構成するトランジスタ5a,5bのゲート幅WとセンスアンプNSAのペアトランジスタQN1,QN2のゲート幅Wとが等しくなっているが、これにはレイアウト上の理由もある。このレイアウトでは、SAバンク内の1カラム分のレイアウト幅に、データ線DQ(/DQ)ノード、DQゲートのGC、ビット線BL(/BL)ノード、ビット線/BL(BL)ノードであるGC及び共通ソース線NCSを配置しなければならないが、これはデザインルール上大変厳しい。しきい値電圧Vtのアンバランスを抑えるため、センスアンプNSAのペアトランジスタQN1,QN2のゲート長Lは太めにしなければならないのでなおさらである。
平行に並んだトランジスタのゲート幅Wが異なると、デザインルール上、平行に並んだゲート間の距離を大きくとる必要があるため、1カラム分の幅にレイアウトすることがより困難となる。このため、ゲート長Lを細くしなければならず、センスアンプ性能が悪化してしまうし、さらに、細くしたゲート長Lがデザイン上許される最小のゲート長Lより細い場合には、この実施形態のようなレイアウトそのものが不可能となる。
ところで、従来、並進対称なセンスアンプレイアウトでは、ビット線BLもしくはビット線/BLのどちらか一方を第1層メタル配線M1とM1の上方に配置された第2層メタル配線(M2)の2層を使用してレイアウトすることにより、ビット線BLとビット線/BLとをクロスさせてレイアウトしていた。このため、M1とM2を接続するビアコンタクトの歩留まりの影響を強く受けてしまっていた。
しかし、図50のようにセンスアンプ回路上のビット線BL及びビット線/BLの両方を他の配線層を使用して繋ぎかえることなく、M1だけでレイアウトすることで、コンタクトの歩留まりの影響を受けることがなく、高歩留まりを実現できる。これは、ペアとなるDQゲートトランジスタ5a,5bのゲート信号(カラム選択線CSL0,CSL1,CSL2,CSL3)を、M1を使用せずにGCのみで繋ぎ、M1を使用する必要のある信号線が少なくなったために可能となっている。
(第16の実施形態)
第16の実施形態は、各センスアンプ毎に共通ソース線を設けるようにしたものである。
第16の実施形態は、各センスアンプ毎に共通ソース線を設けるようにしたものである。
図51は、本発明の第16の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの構成の一部を示す回路図である。
SAバンクには、複数のビット線対BL0〜BLn,/BL0〜/BLnが配置されている。各ビット線対BL,/BLには、センスアンプ回路51が接続されている。センスアンプ回路51には、NSA用共通ソース線NCS0〜NCSnが夫々接続されている。また、センスアンプ回路51には、PSA用共通ソース線PCS0〜PCSnが夫々接続されている。各NCSには、NSAドライバ54が接続されている。各PCSには、PSAドライバ55が接続されている。
このように、共通ソース線に接続するカラム数を1つにすれば、読み出し時及び書き込み時におけるカラムあたりのSAドライバの能力を全く同じにすることができる。また、センスアンプがラッチした状態で、書き込みするカラム以外のカラムのビット線対BL,/BLのいずれかがセンスアンプ回路を構成するトランジスタを介して共通ソース線につながっていることもない。よって、共通ソース線の電位が電源電位(VBLH、VBLL)から変化しやすく、PSAサイズを小さくせずに書き込み速度を早くすることができる。
(第17の実施形態)
第17の実施形態は、WLスティッチ領域を挟んで隣接したビット線対に接続したセンスアンプを同一の共通ソース線に接続するようにしたものである。
第17の実施形態は、WLスティッチ領域を挟んで隣接したビット線対に接続したセンスアンプを同一の共通ソース線に接続するようにしたものである。
図52は、本発明の第17の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの構成を示す概略図である。メモリセルアレイ1の両側には、センスアンプが配置されるセンスアンプ(SA)領域が設けられている。
メモリセルアレイ1には、複数のワード線WLが設けられている。なお、図52には、WLスティッチ領域の断面図が示してある。各ワード線WL(GC)の上方には、低抵抗メタル配線60が設けられている。各ワード線WLと、このワード線WLに対応する低抵抗メタル配線60とは、WLスティッチ領域で接続されている。つまり、WLスティッチ領域とは、ワード線WLと、ワード線WLに平行して配置された低抵抗メタル配線60とをスティッチする領域である。このような構成にすることで、ワード線WLの信号遅延を低減することができる。
具体的には、ワード線WLの上方には、メタル層61が設けられている。ワード線WLとメタル層61とは、コンタクト(CS)により接続されている。メタル層61の上方には、低抵抗メタル配線60が設けられている。メタル層61と低抵抗メタル配線60とは、コンタクト(VIAコンタクト)により接続されている。このWLスティッチ領域は、所定カラム数毎に設けられている。
図53は、図52に示した領域62の構成を示すレイアウト図である。領域62は、WLスティッチ領域に隣接し且つ2つのSA領域間に設けられた空き領域である。
隣接する2つのカラムの間には、PCSが配置されている。このPCSは、両側のカラムのPSAに接続されている。ビット線対BLm,/BLmを含むカラムmとビット線対BLm+1,/BLm+1を含むカラムm+1との間には、領域62が設けられている。この領域62は、WLスティッチ領域を設けたことでSAバンク内にできる(センスアンプ領域に挟まれた)空いた領域である。
領域62の両側に配置された2つのPCSは、接続配線63により接続されている。そして、この2つのPCSに対して1つのPSAドライバ55が接続されている。
第14或いは第15の実施形態で示した半導体記憶装置のレイアウトでは、NSA或いはPSAの繰り返し単位の両端に共通ソース線のノードが配置され、それらが隣接するNSA或いはPSAの繰り返し単位の共通ソース線のノードとレイアウト上重なる(アクティブ領域を共有する)ように配置される。一方、SAドライバは、重なった共通ソース線のノードに対して一つずつ配置される。
ところで、WLスティッチ領域に隣接したSAバンク内の領域ではNSA或いはPSAのレイアウトの繰り返しが途切れる。すなわち、WLスティッチ領域を挟んで隣接したビット線対に接続したセンスアンプ回路のNSA或いはPSAのWLスティッチ領域側の共通ソース線のノードは、レイアウト上重ならない。よって、そのレイアウト上重ならない共通ソース線のノードに対してどのようにSAドライバを配置するべきかという問題が生じる。
例えば、WLスティッチ領域の幅はそれほど大きくないため、WLスティッチ領域との境界に現れた2つの共通ソース線それぞれに対して1つずつSAドライバを配置することは困難である場合が多い。
さらに、2つの共通ソース線それぞれに対して1つずつSAドライバを配置すると、共有されない共通ソース線に対してSAドライバが1つ配置されるため、WLスティッチ領域に隣接する2つのカラムだけSAドライバの能力が大きくなる。このようなカラムの位置に起因したSAドライバの能力差は、センスアンプの設計をより複雑化してしまう。
2つの共通ソース線のノードそれぞれに対して小さなサイズのSAドライバを配置することも可能であるが、この場合SAドライバのレイアウトの周期が乱れるため、レイアウト構造が複雑になるという問題がある。
したがって、本実施形態では、WLスティッチ領域に隣接した2つのカラムの共通ソース線のノード同士を接続し、その接続した共通ソース線のノードに対して1つだけSAドライバを配置するようにする。このようにすれば、SAドライバのレイアウトの周期が乱れることがなく、WLスティッチ領域に隣接した2つのカラムだけSAドライバの能力が大きくなることもない。さらに、WLスティッチ領域に隣接したSAバンク内の領域に余分なSAドライバが配置されないため、この領域を他の目的に有効利用することが可能となる。
なお、本実施形態は、第14の実施形態の構成を例に説明しているが、第15の実施形態に対しても同様に実施可能である。
ところで、図53に示すように、PSAのアクティブ領域は、領域62で途切れることなくそのまま繋がっている。
結晶欠陥起因のジャンクションリーク等により共通ソース線の電位があるレベルまで低下してしまうと、ビット線のイコライズを解除した後、メモリセルから十分に信号がビット線に出力される前に、ゆっくりではあるがセンス動作が開始されてしまい誤動作を引き起こす可能性がある。したがって、このような誤動作を防止するために、センスアンプ回路が非活性である期間に共通ソース線をプリチャージする場合がある。
例えば、従来、共通ソース線のプリチャージトランジスタは、WLスティッチ領域に隣接したSAバンク内の領域に配置されていた。ところが、第13の実施形態のように、SAバンク内で共通ソース線を分割し、それぞれの共通ソース線に接続されるカラムがカラムリダンダンシーの置き換え単位に包含されるように構成されていれば、共通ソース線のプリチャージトランジスタを削除しても歩留まりへの影響は大きくない。その場合、WLスティッチ領域に隣接したSAバンク内の領域には、その分の空き領域ができることとなり、図53のように、共通ソース線のプリチャージトランジスタを配置しないレイアウトが可能となる。
デバイスの微細化に伴い、素子分離領域からトランジスタのチャネル部までの距離がトランジスタ特性に影響を与えるようになってきていることが分かっている。従来のように、WLスティッチ領域に隣接したSAバンク内の領域(領域62)に共通ソース線のプリチャージトランジスタを配置する必要があり、領域62でPSA或いはNSAが途切れるようなレイアウトの場合、WLスティッチ領域に近いPSA或いはNSAとWLスティッチ領域から遠いPSA或いはNSAとではトランジスタ特性が異なってしまう。しかし、図53のように、PSA或いはNSAのアクティブ領域が途切れないレイアウトであれば、そのような問題がない。
また、アクティブ領域を繋ないだだけの場合、WLスティッチ領域に一番近いセンスアンプでは、WLスティッチ領域側(共通ソース線側)のアクティブ領域が大きくなり、そこだけ容量が大きくなってしまう。このため、図53では、領域62にダミートランジスタを配置することでこれを防いでいる。
さらに、ダミートランジスタを配置すれば、WLスティッチ領域に一番近いセンスアンプにおいても、そのゲートに対する隣接ゲートの環境をWLスティッチ領域から遠いセンスアンプと揃えることができるという効果もある。
なお、本実施形態は、階層ワード線方式にも適用可能である。図54は、階層ワード線方式を用いた半導体記憶装置の構成を示す概略図である。
メモリセルアレイ1には、複数のメインWLが配置されている。各メインWLには、メインWLドライバ64が接続されている。各メインWLは、サブWLドライバ65を介して例えば4つのサブWLに接続されている。サブWLドライバ65には、アドレス信号が供給されている。サブWLドライバ65は、アドレス信号に基づいてサブWLをドライブする。
なお、サブWLドライバ65は、サブWLドライバ領域66に配置される。また、サブWLドライバ領域66は、所定カラム数毎に設けられている。
ここで、半導体記憶装置には、サブWLドライバ65を配置したことにより、SAバンク内に広い空き領域62が存在する。このように構成された半導体記憶装置に図53で示した構成を適用しても本実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第18の実施形態)
図55は、本発明の第18の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの一部の構成を示すレイアウト図である。
図55は、本発明の第18の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの一部の構成を示すレイアウト図である。
第14の実施形態で示した半導体記憶装置のレイアウトでは、SAバンク端のカラム(ダミービット線ではない有効なビット線に繋がったカラム)では、NSA或いはPSAのレイアウトの繰り返しが途切れる。すなわち、SAバンク端のカラムのNSA或いはPSAに接続された外側の共通ソース線(NCS,PCS)は、隣接カラムと共有されない。よって、SAバンク内で一番外側のこの共有されない共通ソース線に対してどのようにSAドライバを配置すべきかという問題が生じる。
本実施形態では、SAバンク端のカラムに接続された外側の共通ソース線PCS0に、その他の共通ソース線に接続されたPSAドライバ55と同じサイズのPSAドライバ70を接続する。なお、トランジスタのサイズとは、ゲート長L、ゲート幅Wの大きさをいう。
この場合、PSAドライバを隣接カラムと共有しているSAバンク端以外のカラムと、SAバンク端のカラムとの間で、書き込み及び読み出しの性能が異なる可能性がある。
しかし、その性能の差が大きなものでなければ、共通ソース線PCS0に接続されるPSAドライバ70は、その他の共通ソース線に接続されたSAドライバ55と同じサイズにした方が、レイアウト構造が複雑になることがない。
図55には、PSA及びPCSを一例として示し、NSA及びNCSについては図示を省略している。しかし、NSA及びNCSについても、PSA及びPCSと同様に構成してもよい。
なお、本実施形態は、第14の実施形態の構成を例に説明しているが、第15の実施形態に対しても同様に実施可能である。
(第19の実施形態)
第19の実施形態は、バースト動作において、同一バンク内で共通ソース線を共有したカラムが連続してアクセスされないようにしたものである。
第19の実施形態は、バースト動作において、同一バンク内で共通ソース線を共有したカラムが連続してアクセスされないようにしたものである。
図56は、本発明の第19の実施形態に係る半導体記憶装置が備えるSAバンクの一部の構成を示す概略図である。
SAバンク内のメモリセルアレイ1には、例えば8系統のビット線対BL0〜7,/BL0〜7が配設されている。メモリセルアレイ1両側には、ビット線対BL0〜7,/BL0〜7に対応するように8系統のセンスアンプSA0〜7が配置されている。具体的には、センスアンプSA0〜7は、交互にメモリセルアレイ1両側に配置されている。
NCS52及びPCS53は、隣接する2つのセンスアンプSAに対して1つずつ設けられている。各NCS52には、NSAドライバ54が接続されている(図示せず)。各PCS53には、PSAドライバ55が接続されている(図示せず)。
カラム選択線CSL0は、DQゲート5(図示せず)を介してセンスアンプSA0に接続されている。カラム選択線CSL2は、DQゲート5を介してセンスアンプSA4に接続されている。カラム選択線CSL4は、DQゲート5を介してセンスアンプSA2に接続されている。カラム選択線CSL6は、DQゲート5を介してセンスアンプSA6に接続されている。
カラム選択線CSL1は、DQゲート5を介してセンスアンプSA1に接続されている。カラム選択線CSL3は、DQゲート5を介してセンスアンプSA5に接続されている。カラム選択線CSL5は、DQゲート5を介してセンスアンプSA3に接続されている。カラム選択線CSL7は、DQゲート5を介してセンスアンプSA7に接続されている。
すなわち、センスアンプSA2に接続されるカラム選択線CSL2と、センスアンプSA4に接続されるカラム選択線CSL4とをレイアウト上、入れ替えて接続している。同様に、センスアンプSA3に接続されるカラム選択線CSL3と、センスアンプSA5に接続されるカラム選択線CSL5とをレイアウト上、入れ替えて接続している。
ところで、半導体記憶装置は、複数のカラムに連続して書き込み(または読み出し)を行うバースト動作を実行する。例えばここで、連続して活性化されるカラム選択線CSLが最大で4本であるものとする。すなわち、バースト動作は、カラム選択線CSL0〜3及びカラム選択線CSL4〜7の単位で行われる。図56中に示したセンスアンプ内の数字は、アクセスされるセンスアンプSA(具体的には、カラム)の順番を表している。
カラム選択線CSL0〜3が連続して活性化されると、センスアンプSA0、センスアンプSA1、センスアンプSA4、センスアンプSA5の順にアクセスされる。また、カラム選択線CSL4〜7が連続して活性化されると、センスアンプSA2、センスアンプSA3、センスアンプSA6、センスアンプSA7の順にアクセスされる。
このように構成された半導体記憶装置は、同一SAバンク内に注目すると、共通ソース線52,53を共有した2つのカラムが連続してアクセスされることがなくなる。バースト動作において、先に書き込みされるカラムの書き込み動作が完全に終了する前に、後から書き込みされるカラムの書き込み動作が始まることは十分に考えられる。
共通ソース線を共有した2つのカラムが連続してアクセスされる場合、それらのカラムについてはSAドライバ54,55の能力が分散されることとなり、書き込み速度が遅くなってしまう。従って、共通ソース線を共有した2つのカラムが連続してアクセスされないようにすることで、書き込み速度を速くすることができる。
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形して実施可能である。
MC,MC1,MC2…メモリセル、BL,/BL,BLL,/BLL,BLR,/BLR…ビット線、DQ,/DQ…データ線、CT…セルトランジスタ、CC…キャパシタ、WL,WLL,WLR…ワード線、SBL,/SBL…センスアンプ用ビット線、1,1a,1b…メモリセルアレイ、2,2a,2b,22…プリチャージ回路、3,3a,3b…BLI回路、4…センスアンプ回路、5…DQゲート、6…カラムデコーダ、7…データ入力バッファ、8…データ出力バッファ、9…ロウデコーダ、10…電圧発生回路、11…制御信号生成回路、12…BLI制御回路、13…CSL検出回路、14…クロックバッファ、15,15a,15b,15c,15d…イコライズ回路、16…イコライズ制御回路、17…SEN検出回路、18a,18b…セルアレイ選択回路、19…クロックカウンタ、20…BLIUP生成回路、21…立ち下がり検出回路、23…第2プリチャージ制御回路、24…第2プリチャージ回路、25…SEN制御回路、NCS…共通ソース線、NSA…Nチャネルセンスアンプ、PSA…Pチャネルセンスアンプ、NCS…NSA用共通ソース線、PCS…PSA用共通ソース線、QN1,QN2,5a,5b…NチャネルMOSトランジスタ、QP1,QP2,QP1A,QP1B,QP2A,QP2B…PチャネルMOSトランジスタ、50…センスアンプ、51…センスアンプ回路、52…NSA用共通ソース線(NCS)、53…PSA用共通ソース線(PCS)、54…NSAドライバ、55,70…PSAドライバ、60…低抵抗メタル配線、61…メタル層、62…領域、63…接続配線、64…メインWLドライバ、65…サブWLドライバ、66…サブWLドライバ領域。
Claims (16)
- マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、
前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、
前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、
前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、
前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路とを具備し、
前記複数の可変抵抗素子は、夫々少なくとも1つの前記可変抵抗素子を含む複数の第1グループから構成され、
前記ビット線分離制御回路は、前記各第1グループ単位で前記各可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記複数の入出力ゲートは、夫々少なくとも1つの前記入出力ゲートを含む複数の第2グループから構成され、且つ前記各第2グループ単位でデータの転送を行い、
前記第1グループは、少なくとも1つの前記第2グループと対応し、
前記ビット線分離制御回路は、データの転送を行う前記第2グループに対応した前記第1グループのみ、前記抵抗値を制御することを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第1抵抗値にし、一方データ転送が開始された前記第2グループに対応した前記第1グループから順に、前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第1抵抗値よりも低い第2抵抗値にすることを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
- マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、
前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、
前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、
前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、
前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路とを具備し、
前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第1抵抗値にし、一方前記入出力ゲートの動作タイミングの第1トリガー信号または前記第1トリガー信号に基づいて生成される第2トリガー信号をトリガーとして前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第1抵抗値よりも低い第2抵抗値にすることを特徴とする半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、
前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、
前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、
前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、
前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路とを具備し、
前記入出力ゲートの動作タイミングは、クロックに同期しており、
前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第1抵抗値にし、一方前記入出力ゲートの動作タイミングが同期している第1クロックまたはそれ以降の第2クロックをトリガーとして、前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第1抵抗値よりも低い第2抵抗値にすることを特徴とする半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数の第1ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対に夫々対応して設けられた複数の第2ビット線対と、
前記複数の第1ビット線対と前記複数の第2ビット線対とを夫々接続するように設けられた複数の可変抵抗素子と、
前記複数の第2ビット線対に夫々対応して設けられた複数のデータ線対と、
前記複数の第2ビット線対と前記複数のデータ線対との間で夫々データの転送を行う複数の入出力ゲートと、
前記複数の第2ビット線対に転送されたデータの増幅を夫々行う複数のセンスアンプ回路と、
前記複数の可変抵抗素子の抵抗値を制御するビット線分離制御回路と、
前記複数の第1ビット線対に、前記センスアンプ回路に供給されるハイレベルビット線電圧とローレベルビット線電圧との中間電圧以外の第1電圧を供給するプリチャージ回路とを具備し、
前記ビット線分離制御回路は、前記可変抵抗素子の抵抗値を第2抵抗値からそれよりも高い第1抵抗値にすることにより、前記第1ビット線対と前記第2ビット線対とを電気的に遮断し、
前記プリチャージ回路は、前記第1ビット線対と前記第2ビット線対とが電気的に遮断されている間に、前記第1ビット線対に前記第1電圧を供給することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記ビット線分離制御回路は、データ書き込み動作時のみ、前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第1抵抗値にすることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の半導体記憶装置。
- 前記ビット線分離制御回路は、前記センスアンプ回路を活性化する第3トリガー信号または前記第3トリガー信号に基づいて生成される第4トリガー信号をトリガーとして、前記第2抵抗値を前記第1抵抗値にすることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の半導体記憶装置。
- 前記センスアンプ回路の活性化タイミングは、クロックに同期しており、
前記ビット線分離制御回路は、前記センスアンプ回路の活性化タイミングが同期している第3クロックまたはそれ以降の第4クロックをトリガーとして、前記可変抵抗素子の抵抗値を前記第2抵抗値から前記第1抵抗値にすることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記可変抵抗素子は、MOSトランジスタからなり、
当該半導体記憶装置は、前記MOSトランジスタ間に、前記MOSトランジスタが形成されたウェルの電圧を供給するためのウェルコンタクト領域をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、
前記センスアンプバンク内の複数のセンスアンプのうち所定数のセンスアンプ毎に夫々接続され、且つ前記センスアンプに第1電圧を供給する複数の共通ソース線と、
前記センスアンプを選択する複数のカラム選択線と
を具備し、
前記所定数のセンスアンプの各々は、夫々異なる前記カラム選択線に接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、
前記センスアンプに第1電圧を供給し、且つ2つのセンスアンプのみに接続された複数の共通ソース線とを具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクとを具備し、
前記各センスアンプには、第1電圧を供給する独立した2つの共通ソース線が接続され、
各共通ソース線が隣接する2つのセンスアンプのみに接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記複数のメモリセルに接続された複数のワード線と、
前記複数のワード線各々に対応して設けられ、且つ前記複数のワード線の上方に設けられた複数の配線と、
所定間隔毎に前記複数のワード線と前記複数の配線とを接続する複数のスティッチ部とをさらに具備し、
前記センスアンプバンク内の前記各スティッチ部に対応するスティッチ領域の両側に設けられた2つの共通ソース線が、互いに接続されることを特徴とする請求項12乃至13のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、
前記センスアンプに第1電圧を供給し、且つ隣接する2つのセンスアンプのみに接続された複数の共通ソース線とを具備し、
前記各センスアンプ回路は、クロスカップル接続された第1MOSトランジスタと第2MOSトランジスタとから構成され、
隣接するセンスアンプの2つの前記第1MOSトランジスタは、ソースとしての第1拡散領域を共有し、
隣接するセンスアンプの2つの前記第2MOSトランジスタは、ソースとしての第2拡散領域を共有し、
前記各共通ソース線は、前記第1及び第2拡散領域に接続されることを特徴とする半導体記憶装置。 - マトリクス状に配置された複数のメモリセルを有するメモリセルアレイと、
前記メモリセルとの間でデータの授受を行う複数のビット線対と、
前記複数のビット線対に夫々接続され、且つ前記ビット線対に転送されたデータの増幅を行うセンスアンプ回路を含むセンスアンプが複数含まれるセンスアンプバンクと、
前記複数のメモリセルに接続された複数のワード線と、
前記複数のワード線各々に対応して設けられ、且つ前記複数のワード線の上方に設けられた複数の配線と、
所定間隔毎に前記複数のワード線と前記複数の配線とを接続する複数のスティッチ部とを具備し、
前記センスアンプバンク内の前記スティッチ部に対応するスティッチ領域に隣接した2つのセンスアンプ回路が形成されているアクティブ領域同士が繋がっていて、前記繋がったアクティブ領域上にダミートランジスタを具備することを特徴とする半導体記憶装置。
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