JP2007311011A - 半導体記憶装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】データ伝送のためのスイッチ用MOSトランジスタを備えた単位セルを複数備えたセル領域と、前記単位セルの格納されたデータのアクセスのための周辺回路部と、前記スイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧を制御するための閾値電圧制御部とを含む。
【選択図】図2
Description
図1を参照しながら詳細に見ると、本発明による実施例に係る半導体記憶装置のブロック構成図は、データ伝送のためのスイッチ用MOSトランジスタを備えた単位セル11を複数備えたセル領域110,120,130,140とセル領域に配置される単位セル11に格納されたデータへのアクセスのための周辺回路部100と、単位セルに配置されるスイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧を制御するための閾値電圧制御部1000とを備える。ここで、セル領域は一例として、4個のバンク、すなわちバンク0〜バンク3(110,120,130,140)に分けられる。単位セル11は、スイッチ用MOSトランジスタTrと、データを格納するためのキャパシタCapとを備える。スイッチ用MOSトランジスタTrのゲートは、ワード線WLに接続され、一端はビット線BLに接続され、他端はキャパシタCapの一端(すなわち、ストレージノード)に接続する。前記キャパシタCapの他端(すなわち、プレートノード)は、セルプレート電圧Vpl供給端に接続する。
図2の構成を参照すれば、バンク用バルク電圧提供部200は、バンク用バルク電圧Vbbを提供するためのバンク用バルク電圧生成部220と、バンク用バルク電圧Vbbのレベルを検出して、バンク用バルク電圧生成部220から予定されたレベルのバンク用バルク電圧Vbbが出力されるように制御するためのバンク用バルク電圧レベル検出器210とを備える。
図3を参照しながら詳細に見ると、バンク用バルク電圧生成部220は、バンク用バルク電圧レベル検出器210から提供される発振検出信号osc_en1に応じて、発振されたクロック信号OSCを提供するためのオシレータ221と、発振されたクロック信号OSCに応じて、バンク用バルク電圧Vbbが予定された電圧レベルになることができるようにオシレータ221の出力端の電荷をポンピングするためのチャージポンプ222と、制御信号Vbb_upに応じて、チャージポンプ222の出力端を介してセル領域から提供されるバンク用バルク電圧Vbbのレベルが、バンク用バルク電圧Vbbのレベルを一時的に下げる区間の間接地電圧レベルに維持されるように制御するスイッチ回路部223とを備える。ここで、オシレータ221はリングオシルレイトで構成されることが好ましい。
図5を参照しながら詳細に見ると、発振されたクロック信号OSCがオシレータ221からチャージポンプ222に供給されれば、チャージポンプは発振されたクロック信号OSCのオシレーションに応じて、ノードAの電圧レベルを上昇させて下降させ、最終的に出力端Oを介して提供されるバンク用バルク電圧Vbbが予定された電圧レベルに維持されるようにする。
図6を参照しながら詳細に見ると、スイッチ回路部223は、各々一端がチャージポンプ222の出力端Oすなわち、バンク用バルク電圧Vbbの供給端に接続され、ゲートに制御信号Vbb_upが提供される、並列に配置された複数のMOSトランジスタMN1〜MN6と、複数のMOSトランジスタMN1〜MN6に対応し、前記複数のMOSトランジスタMN1〜MN6の他端と接地電圧Vss供給端をスイッチングするために並列に配置された複数のスイッチS1〜S6とを備える。ここで、複数のスイッチS1〜S6は、金属配線のオプションや論理回路を用いて実現することができ、さらに、MOSトランジスタなどを用いて実現することもできる。
図7を参照しながら詳細に見ると、バンク用バルク電圧レベル検出器210は、接地電圧Vss供給端の電圧レベルに対応し、基準電圧Vrefを第1ノードCに伝達するための第1レベル検出部211と、バンク用バルク電圧Vbbのレベルに対応して、接地電圧Vssを第1ノードCに伝達するための第2レベル検出部212と、基準電圧Vrefのレベルと接地電圧Vssレベルを、電圧変化幅を基準として前記第1ノードCの電圧をバッファリングするためのバッファ部213と、バッファ部213の電圧を所定レベルにシフトして発振検出信号osc_en1として出力するためのレベルシフタ214とを備える。前記第1レベル検出部211は、基準電圧Vref端と第1ノードCとの間に各々直列に形成された複数の抵抗としてのPMOSトランジスタMP1,MP2,MP3,MP4を用いて実施構成され、前記複数のPMOSトランジスタMP1,MP2,MP3,MP4の各ゲートは、接地電圧Vss端に接続されている。前記第2レベル検出部212は、接地電圧Vss端と第1ノードCとの間に各々直列に形成された複数の抵抗としてのPMOSトランジスタMP5,MP6,MP7,MP8とバイパストランジスタMN8を用いて実施構成され、前記複数のPMOSトランジスタMP1,MP2,MP3,MP4の各ゲートは、バンク用バルク電圧Vbb供給端に接続されており、前記バイパストランジスタMN8のゲートには、制御信号Vbb_upが供給されている。
図9は、図1と図2に示された半導体記憶装置の動作波形をより詳しく示した波形図である。
以下では、図8と図9を参照ながら、本実施例に係る半導体記憶装置の動作について詳しく説明する。
Vbb_Peri…周辺回路用バルク電圧
Vbb_up…制御信号
Vpl…セルプレート電圧
Vpp…高電位電圧
Vref…基準電圧
Vss…接地電圧
WL…ワード線
100…周辺回路部
110,120,130,140…セル領域(バンク0〜バンク3)
200…バンク用バルク電圧提供部
210点バンク用バルク電圧レベル検出器
211…第1レベル検出部
212…第2レベル検出部
213…バッファ部
214…レベルシフタ
220…バンク用バルク電圧生成部
221…オシレータ
222…チャージポンプ
223…スイッチ回路部
300…周辺回路用バルク電圧提供部
310…周辺回路用バルク電圧レベル検出器
320…周辺回路用バルク電圧生成部
400…命令制御部
500…チップセット
1000…閾値電圧制御部
2000…ロード部
Claims (44)
- データ伝送のためのスイッチ用MOSトランジスタを備えた単位セルを複数備えたセル領域と、
前記単位セルに格納されたデータへのアクセスのための周辺回路部と、
前記スイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧を制御するための閾値電圧制御部と、
を含むことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記閾値電圧制御部は、
前記スイッチ用MOSトランジスタのバルク端にバルク電圧を提供することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記閾値電圧制御部は、
前記データ伝送のためのスイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧を一時的に下げるために前記バルク電圧のレベルを一時的に下げて提供することを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによってデータ信号が伝えられるように与えられた予定された区間であることを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによって伝えられたデータ信号を検出して増幅するために与えられた予定された区間をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
- 前記閾値電圧制御部は、
前記セル領域に配置されたスイッチ用MOSトランジスタに提供されるバンク用バルク電圧を生成するためのバンク用バルク電圧提供部と、
前記周辺回路部に配置されたMOSトランジスタに提供される周辺回路用バルク電圧を生成するための周辺回路用バルク電圧提供部と、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。 - 前記セル領域は、複数のバンクを備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。
- 前記バンク用バルク電圧提供部は、
前記バンク用バルク電圧を提供するためのバンク用バルク電圧生成部と、
前記バンク用バルク電圧のレベルを検出して、前記バルク電圧生成部から予定されたレベルの前記バンク用バルク電圧が出力されるように制御するためのバンク用バルク電圧レベル検出器と、
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。 - チップセットから入力されるアクティブ信号に応じて、バンク用バルク電圧生成部が前記バンク用バルク電圧を出力することができるように制御する制御信号を出力するための命令制御部をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体記憶装置。
- 前記バンク用バルク電圧生成部は、
前記バンク用バルク電圧レベル検出器から提供される発振検出信号に応じて、発振されたクロック信号を提供するためのオシレータと、
前記発振されたクロック信号に応じて、前記バンク用バルク電圧が予定された電圧レベルになることができるように出力端の電荷をポンピングするためのチャージポンプと、
前記制御信号に応じて、前記チャージポンプの出力端を介して、前記セル領域に提供される前記バンク用バルク電圧のレベルが、前記バンク用バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間の間接地電圧レベルになるように制御するスイッチ回路部と、
を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体記憶装置。 - 前記オシレータは、リングオシレータであることを特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置。
- 前記オシレータは、
前記発振検出信号を一端に入力されるナンドゲートと、
前記ナンドゲートの出力を入力として前端の信号を反転して出力するが最終出力が前記ナンドゲートの他端に入力されるようにする直列接続された複数のインバータと、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体記憶装置。 - 前記チャージポンプは、
前記発振されたクロック信号を一端に入力されるキャパシタと、
前記キャパシタの他端と接地電圧供給端との間に提供される第1ダイオードと、
前記キャパシタの他端と前記出力端との間に提供される第2ダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1及び第2ダイオードは、MOSトランジスタを用いて実現されることを特徴とする請求項13に記載の半導体記憶装置。
- 前記スイッチ回路部は、
各々一端が前記チャージポンプの出力端に接続され、ゲートに前記制御信号を提供される、並列に配置された複数のMOSトランジスタと、
前記複数のMOSトランジスタに対応し、MOSトランジスタの他端と接地電圧供給端とをスイッチするために並列に配置された複数のスイッチと、
を含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体記憶装置。 - 前記複数のスイッチは、MOSトランジスタを用いて実現されることを特徴とする請求項15に記載の半導体記憶装置。
- 前記バンク用バルク電圧レベル検出器は、
接地電圧供給端の電圧レベルに対応して、基準電圧を第1ノードに伝達するための第1レベル検出部と、
前記バンク用バルク電圧のレベルに対応して、前記接地電圧を前記第1ノードに伝達するための第2レベル検出部と、
前記基準電圧のレベルと前記接地電圧レベルを電圧変化幅の基準にして前記第1ノードの電圧をバッファリングするためのバッファ部と、
前記バッファ部の電圧を所定レベルにシフトして前記発振検出信号として出力するためのレベルシフタと、
を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体記憶装置。 - 前記周辺回路用バルク電圧提供部は、
前記周辺回路用バルク電圧を提供するための周辺回路用バルク電圧生成部と、
前記周辺回路用バルク電圧のレベルを検出して、前記周辺回路用バルク電圧生成部から予定されたレベルの前記周辺回路用バルク電圧が出力されるように制御するための周辺回路用バルク電圧レベル検出器と、
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。 - セル領域に配置される単位セルを構成するスイッチ用MOSトランジスタと、
前記MOSトランジスタのバルクにバルク電圧を供給するためのバンク用バルク電圧提供部と、
周辺回路部にバルク電圧を供給するための周辺回路用バルク電圧提供部と、
を含み、前記バンク用バルク電圧提供部は、データへのアクセス動作時に前記スイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧が低くなるように前記スイッチ用MOSトランジスタに一時的に第1バルク電圧を供給することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによってデータ信号が伝えられるように与えられた予定された区間であることを特徴とする請求項19に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによって伝えられたデータ信号を検出して増幅するために与えられた予定された区間をさらに含むことを特徴とする請求項20に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1バルク電圧のレベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項19に記載の半導体記憶装置。
- 前記バンク用バルク電圧提供部は、前記第1バルク電圧を供給する区間以外の区間では負の電圧レベルの第2バルク電圧を提供することを特徴とする請求項22に記載の半導体記憶装置。
- 前記バンク用バルク電圧提供部は、
前記バンク用バルク電圧を提供するためのバンク用バルク電圧生成部と、
前記バンク用バルク電圧のレベルを検出して、前記バルク電圧生成部から予定されたレベルの前記バンク用バルク電圧が出力されるように制御するためのバンク用バルク電圧レベル検出器と、
を含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体記憶装置。 - チップセットから入力されるアクティブ信号に応じて、バンク用バルク電圧生成部が前記バンク用バルク電圧を出力することができるように制御する制御信号を出力するための命令制御部をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載の半導体記憶装置。
- 前記バンク用バルク電圧生成部は、
前記バンク用バルク電圧レベル検出器から提供される発振検出信号に応じて、発振されたクロック信号を提供するためのオシレータと、
前記発振されたクロック信号に応じて、前記バンク用バルク電圧が予定された電圧レベルになることができるように出力端の電荷をポンピングするためのチャージポンプと、
前記制御信号に応じて、前記チャージポンプの出力端を介して、前記セル領域に提供される前記バンク用バルク電圧のレベルが、前記バンク用バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間の間接地電圧レベルになるように制御するスイッチ回路部と、
を含むことを特徴とする請求項24に記載の半導体記憶装置。 - 前記周辺回路用バルク電圧提供部は、
前記周辺回路用バルク電圧を提供するための周辺回路用バルク電圧生成部と、
前記周辺回路用バルク電圧のレベルを検出して、前記周辺回路用バルク電圧生成部から予定されたレベルの前記周辺回路用バルク電圧が出力されるように制御するための周辺回路用バルク電圧レベル検出器と、
を含むことを特徴とする請求項19に記載の半導体記憶装置。 - セル領域に配置される単位セルを構成するスイッチ用MOSトランジスタと、
前記MOSトランジスタのバルクに第1バルク電圧又は第2バルク電圧を選択的に供給するためのバルク電圧提供部と、
前記バルク電圧提供部を制御するための命令制御部と、
を含み、前記バルク電圧提供部は、データへのアクセス動作時に前記スイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧が低くなるように前記スイッチ用MOSトランジスタに一時的に第1バルク電圧を供給することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによってデータ信号が伝えられるように与えられた予定された区間であることを特徴とする請求項28に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによって伝えられたデータ信号を検出して増幅するために与えられた予定された区間をさらに含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1バルク電圧のレベルは接地電圧レベルであることを特徴とする請求項28に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧提供部は、前記第1バルク電圧を供給する区間以外の区間では負の電圧レベルの第2バルク電圧を提供することを特徴とする請求項31に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧提供部は、
前記第1又は第2バルク電圧を提供するためのバルク電圧生成部と、
前記第1又は第2バルク電圧のレベルを検出して、前記バルク電圧生成部から予定されたレベルのバルク電圧が出力されるように制御するためのバルク電圧レベル検出器と、
を含むことを特徴とする請求項28に記載の半導体記憶装置。 - 前記バルク電圧生成部は、
前記バルク電圧レベル検出器から提供される発振検出信号に応じて、発振されたクロック信号を提供するためのオシレータと、
前記発振されたクロック信号に応じて、前記バンク用バルク電圧が予定された電圧レベルになることができるように出力端の電荷をポンピングするためのチャージポンプと、
前記制御信号に応じて、前記チャージポンプの出力端を介して、前記バルク電圧のレベルが、前記バルク電圧のレベルを一時的に下げる区間の間接地電圧レベルになるように制御するスイッチ回路部と、
を含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体記憶装置。 - セル領域に配置される単位セルを構成するスイッチ用MOSトランジスタと、
前記MOSトランジスタのバルクに第1バルク電圧を供給するためのバルク電圧提供部と、
前記バルク電圧提供部の出力端に接続され、前記出力端を第2バルク電圧でスイッチングするスイッチ回路部と、
前記スイッチ回路部を制御するための命令制御部と、
を含み、前記バルク電圧提供部の出力端はデータへのアクセス動作時に前記スイッチ用MOSトランジスタの閾値電圧が低くなるように前記スイッチング回路部と一時的にスイッチングすることを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記一時的にスイッチされる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによってデータ信号が伝えられるように与えられた予定された区間であることを特徴とする請求項35に記載の半導体記憶装置。
- 前記一時的にスイッチされる区間は、前記スイッチ用MOSトランジスタによって伝えられたデータ信号を検出して増幅するために与えられた予定された区間をさらに含むことを特徴とする請求項36に記載の半導体記憶装置。
- 前記第2バルク電圧のレベルは、接地電圧レベルであることを特徴とする請求項35に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧提供部は、前記第2バルク電圧を供給する区間以外の区間では負の電圧レベルの前記第1バルク電圧を提供することを特徴とする請求項38に記載の半導体記憶装置。
- 前記バルク電圧提供部は、
前記第1バルク電圧を提供するためのバルク電圧生成部と、
前記第1又は第2バルク電圧のレベルを検出して、前記バルク電圧生成部から予定されたレベルのバルク電圧が出力されるように制御するためのバルク電圧レベル検出器と、
を含むことを特徴とする請求項35に記載の半導体記憶装置。 - 前記バルク電圧生成部は、
前記バルク電圧レベル検出器から提供される発振検出信号に応じて、発振されたクロック信号を提供するためのオシレータと、
前記発振されたクロック信号に応じて、前記バンク用バルク電圧が予定された電圧レベルになることができるように出力端の電荷をポンピングするためのチャージポンプと、
を含むことを特徴とする請求項40に記載の半導体記憶装置。 - スイッチ用MOSトランジスタのバルク電圧として第1電圧レベルの第1バルク電圧を提供するステップと、
前記スイッチ用MOSトランジスタのバルク電圧として第2電圧レベルの前記第1バルク電圧を提供するステップと、
単位セルに格納されたデータ信号を、前記スイッチ用MOSトランジスタをターンオンさせてビット線に伝送するステップと、
前記スイッチ用MOSトランジスタのバルク電圧として前記第1バルク電圧を提供するステップと、
を含むことを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。 - 前記ビット線に伝えられたデータ信号を検出して増幅する検出増幅ステップをさらに含み、前記検出増幅ステップで前記スイッチMOSトランジスタのバルク電圧として前記第2電圧レベルの前記第1バルク電圧が提供されることを特徴とする請求項42に記載の半導体記憶装置の駆動方法。
- 前記第1電圧レベルの絶対値より前記第2電圧レベルの絶対値がさらに小さいことを特徴とする請求項43に記載の半導体記憶装置の駆動方法。
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