JP2008287826A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細化が進んだシステムLSIに混載される場合においても、各構成トランジスタが必要十分な動作能力を発揮しつつ、サイズの増大化を抑え、かつ安定的な高速動作を実現することができる半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】ロウデコーダ回路は、第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタと、第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタと、第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタで構成されることにより、低電圧化が進んだ制御回路でも、ワードラインを高速にかつ信頼性を確保しながら駆動する。
【選択図】図2
【解決手段】ロウデコーダ回路は、第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタと、第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタと、第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタで構成されることにより、低電圧化が進んだ制御回路でも、ワードラインを高速にかつ信頼性を確保しながら駆動する。
【選択図】図2
Description
本発明は、微細化が進んだシステムLSIに混載される半導体記憶装置に関するものである。
従来、微細化が進んだシステムLSIに混載される半導体記憶装置(例えば、特許文献1および特許文献2を参照)は、図4のような構成を有している。
図4は従来の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。図4において、1はメモリセル、2はセンス回路、WLはワードライン、BLはビットライン、3はロウデコーダ回路、4はレベルシフタである。
図4は従来の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。図4において、1はメモリセル、2はセンス回路、WLはワードライン、BLはビットライン、3はロウデコーダ回路、4はレベルシフタである。
メモリセル1は一般的なDRAMのメモリセルである。Nチャネルトランジスタからキャパシタへの充電を行うため、ワードラインWLの電位は、ビットラインBLの電位よりも高い電圧を印加することが必要である。また、電荷保持特性の改善のためNチャネルトランジスタのリーク電圧を抑制するため、ワードラインWLはアクセスしない際には負電圧とすることも一般的に行われている。
そのためには、ロウデコーダ回路3内には、センス回路2などに配置されるトランジスタよりもゲート酸化膜の膜厚が厚い高耐圧トランジスタを配置する必要がある。その動作に対して、ワードラインWLをビットラインBLと同程度の制御回路の電圧で動作させるため、ロウデコーダ回路3内には、レベルシフタ4が配置される。
図5は従来の半導体記憶装置におけるロウデコーダ回路3の構成を示す回路図である。図5において、11は出力インバータ、12はゲート酸化膜の膜厚が厚い高耐圧トランジスタ領域、13はNAND素子、14はインバータ、ADはロウアドレス信号である。
レベルシフタ4には、ロウアドレス信号ADがNAND素子13およびインバータ14によってデコードされた信号が入力される。この入力レベルは、ビットラインBLと同程度の制御回路の電圧であり、比較的低い。レベルシフタ4の出力は出力インバータ11に出力され。出力インバータ11の出力はワードラインWLに接続される。出力インバータ11には、ワードラインWLのハイレベルVPPと、ローレベルVNWLが入力される。レベルシフタ4と出力インバータ11は、ゲート酸化膜の膜厚が厚い高耐圧トランジスタ領域12に配置される。
以上のように構成された半導体記憶装置について、その動作原理を以下に説明する。
メモリセル1のデータを読み出すセンス回路2は微細化のために、例えば45nm世代においては、高密度なトランジスタが使われており、印加可能な電圧はセンター値で1.0V〜1.2V程度であり、ゲート酸化膜の膜厚は1.5nm程度である。ワードラインWLに必要な電圧は、それにメモリセル1のNチャネルトランジスタのしきい値電圧程度高い2.0Vから、負電圧の設定は、このローレベルがゲート電圧の印加によってドレインのリーク電流が増加する特性(GIDL)を考慮して、−0.4V程度の負電圧となる。よって、ロウデコーダ3内の高耐圧トランジスタにはゲート酸化膜の膜厚が5nm以上のトランジスタが用いられ、そのしきい値電圧は、0.6V以上になることが一般的である。
メモリセル1のデータを読み出すセンス回路2は微細化のために、例えば45nm世代においては、高密度なトランジスタが使われており、印加可能な電圧はセンター値で1.0V〜1.2V程度であり、ゲート酸化膜の膜厚は1.5nm程度である。ワードラインWLに必要な電圧は、それにメモリセル1のNチャネルトランジスタのしきい値電圧程度高い2.0Vから、負電圧の設定は、このローレベルがゲート電圧の印加によってドレインのリーク電流が増加する特性(GIDL)を考慮して、−0.4V程度の負電圧となる。よって、ロウデコーダ3内の高耐圧トランジスタにはゲート酸化膜の膜厚が5nm以上のトランジスタが用いられ、そのしきい値電圧は、0.6V以上になることが一般的である。
その場合、レベルシフタ4を動作させるためには、レベルシフタ4の入力に0.6V以上の安定的な電圧を供給する必要があるが、入力はセンター値で1.0V〜1.2V程度であるから、ワースト電圧で0.8V程度となる。レベルシフタ4は、Pチャネルトランジスタのクロスカップル構成となるが、これはPチャネルトランジスタがONしている側に接続されているNチャネルトランジスタによって、Pチャネルトランジスタのドレインの電圧をNチャネルトランジスタのソース電位に引き下げることで、Pチャネルトランジスタのクロスカップルの相が反転させ、出力を反転させることにより動作する。入力電圧が低い場合でも高い電圧の出力が可能となり広く利用されている。
しかし、動作のためには、入力のハイレベルがNチャネルトランジスタのしきい値電圧よりも十分高いことが必要である。
特開平7−307091号公報
特開2002−298579号公報
しかしながら、上記のような従来の半導体記憶装置では、微細化が進んだ45nm世代等においては、入力のハイレベルのワースト値0.8Vに対して、レベルシフタ4を構成するトランジスタのしきい値電圧が0.6V以上であり、電圧値として十分ではない。
このように入力電圧がしきい値に近い場合に、Pチャネルトランジスタの能力に対してNチャネルトランジスタの能力を大きくするためには、NチャネルトランジスタのサイズをPチャネルトランジスタの20倍以上に設定することが必要となり、回路サイズが大きくなるばかりか、負荷が増えるため高速動作が困難になるという問題点を有していた。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、微細化が進んだシステムLSIに混載される場合においても、各構成トランジスタが必要十分な動作能力を発揮しつつ、サイズの増大化を抑え、かつ安定的な高速動作を実現することができる半導体記憶装置を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明の半導体記憶装置は、メモリセルと、前記メモリセルに接続されたワードラインと、前記ワードラインに接続されたロウデコーダ回路と、前記ロウデコーダ回路による前記ワードラインを介した前記メモリセルのアクセスを制御する制御回路とを有し、前記制御回路は、ゲート酸化膜が第1の膜厚のトランジスタで構成され、前記ロウデコーダ回路は、前記ゲート酸化膜が前記第1の膜厚のトランジスタと、前記ゲート酸化膜が前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚のトランジスタと、前記ゲート酸化膜が前記第2の膜厚より厚い第3の膜厚のトランジスタとで構成されたことを特徴とする。
以上のように本発明によれば、制御回路とワードラインとの間に配置されそれらのゲート酸化膜間の厚みを有するゲート酸化膜を持つトランジスタ回路により、電圧の低い制御回路からの制御信号で、電圧の高いワードラインを高信頼性で高速に動作させることができる。
そのため、微細化が進んだシステムLSIに混載される場合においても、各構成トランジスタが必要十分な動作能力を発揮しつつ、サイズの増大化を抑え、かつ安定的な高速動作を実現することができる。
本発明の請求項1に記載の半導体記憶装置は、メモリセルと、前記メモリセルに接続されたワードラインと、前記ワードラインに接続されたロウデコーダ回路と、前記ロウデコーダ回路による前記ワードラインを介した前記メモリセルのアクセスを制御する制御回路とを有し、前記制御回路は、ゲート酸化膜が第1の膜厚のトランジスタで構成され、前記ロウデコーダ回路は、前記ゲート酸化膜が前記第1の膜厚のトランジスタと、前記ゲート酸化膜が前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚のトランジスタと、前記ゲート酸化膜が前記第2の膜厚より厚い第3の膜厚のトランジスタとで構成されたことを特徴とする。
これにより、制御回路とワードラインとの間に配置されそれらのゲート酸化膜間の厚みを有するゲート酸化膜を持つトランジスタ回路により、電圧の低い制御回路からの制御信号で、電圧の高いワードラインを高信頼性で高速に動作させることが可能となる。
また、請求項2に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第2の膜厚のゲート酸化膜領域に、レベルシフト回路を有することを特徴とする。
これにより、高速に制御回路からの信号をワードラインに伝達することが可能となる。
これにより、高速に制御回路からの信号をワードラインに伝達することが可能となる。
また、請求項3に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインに印加するための負の電圧が供給されることを特徴とする。
これにより、メモリセルの電荷保持特性などの性能を向上させることが可能となる。
また、請求項4に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域は、外部とのデータの伝達に使われるI/O領域と同じ膜厚とすることを特徴とする。
また、請求項4に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域は、外部とのデータの伝達に使われるI/O領域と同じ膜厚とすることを特徴とする。
これにより、製造工程を簡略化しつつ信頼性を低下させることがない。
また、請求項5に記載の半導体記憶装置は、請求項3に記載の半導体記憶装置であって、前記負の電圧は、接地電圧と前記ゲート酸化膜が前記第3の膜厚のトランジスタのしきい値電圧との間の絶対値よりも、低くないことを特徴とする。
また、請求項5に記載の半導体記憶装置は、請求項3に記載の半導体記憶装置であって、前記負の電圧は、接地電圧と前記ゲート酸化膜が前記第3の膜厚のトランジスタのしきい値電圧との間の絶対値よりも、低くないことを特徴とする。
これにより、レベルシフタを第3の膜厚のゲート酸化膜領域に配置する必要が無く、回路を簡略化できる。
また、請求項6に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第2の膜厚のゲート酸化膜領域は、前記メモリセルと同じ膜厚とすることを特徴とする。
また、請求項6に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第2の膜厚のゲート酸化膜領域は、前記メモリセルと同じ膜厚とすることを特徴とする。
これにより、製造工程を簡略化しつつ信頼性を低下させることがない。
また、請求項7に記載の半導体記憶装置は、請求項2に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記レベルシフト回路は、前記ワードドライバの複数に接続されたことを特徴とする。
また、請求項7に記載の半導体記憶装置は、請求項2に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記レベルシフト回路は、前記ワードドライバの複数に接続されたことを特徴とする。
これにより、回路面積を削減することが可能となる。
また、請求項8に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記ワードドライバは、前記ワードラインをローレベルにラッチする機能を有することを特徴とする。
また、請求項8に記載の半導体記憶装置は、請求項1に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記ワードドライバは、前記ワードラインをローレベルにラッチする機能を有することを特徴とする。
これにより、回路面積をさらに削減することが可能となる。
また、請求項9に記載の半導体記憶装置は、請求項2に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記ワードドライバは、前記ワードラインをローレベルにラッチする機能を有し、前記レベルシフト回路は、前記ワードドライバの複数に接続され、それらのワードドライバに対して、選択的に前記ラッチ機能を無効化することを特徴とする。
また、請求項9に記載の半導体記憶装置は、請求項2に記載の半導体記憶装置であって、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記ワードドライバは、前記ワードラインをローレベルにラッチする機能を有し、前記レベルシフト回路は、前記ワードドライバの複数に接続され、それらのワードドライバに対して、選択的に前記ラッチ機能を無効化することを特徴とする。
これにより、回路面積をさらに削減することが可能となる。
また、請求項10に記載の半導体記憶装置は、請求項3に記載の半導体記憶装置であって、前記メモリセルが、Nチャネルトランジスタとキャパシタで構成されたダイナミック・ランダム・アクセスメモリ型のメモリセルで、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記ワードドライバは、ソースが前記負の電圧に接続され、ドレインが前記ワードラインに接続されたドライバトランジスタを有し、前記ドライバトランジスタのゲート電圧のローレベルは接地電圧であることを特徴とする。
また、請求項10に記載の半導体記憶装置は、請求項3に記載の半導体記憶装置であって、前記メモリセルが、Nチャネルトランジスタとキャパシタで構成されたダイナミック・ランダム・アクセスメモリ型のメモリセルで、前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、前記ワードドライバは、ソースが前記負の電圧に接続され、ドレインが前記ワードラインに接続されたドライバトランジスタを有し、前記ドライバトランジスタのゲート電圧のローレベルは接地電圧であることを特徴とする。
これにより、回路面積をさらに削減することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を示す半導体記憶装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
以下、本発明の実施の形態を示す半導体記憶装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は本実施の形態の半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。図1において、100はメモリアレイ、101はメモリセル、102はセンス回路、103はロウデコーダ回路、104は制御回路、105は電源回路、WLn(n=0、1・・・Nで、Nは整数)はワードライン、BLm(m=0、1・・・Mで、Mは整数)はビットラインである。
メモリアレイ100には、アレイ状にメモリセル101が配置される。メモリセル101は、1本のワードラインWLnと1本のビットラインBLmの交点に、必要に応じて配置される。それぞれのワードラインWLnはロウデコーダ回路103に接続される。またビットラインBLmはセンス回路102に接続される。ロウデコーダ回路103とセンス回路102は制御回路104から制御される。また、ロウデコーダ回路103には、ワードラインWLnの電源を発生する電源回路105が接続される。
図2は本実施の形態の半導体記憶装置におけるロウデコーダ回路103の構成を示す回路図である。図2において、VPPはワードラインWLnのハイレベル(H)、VNWLはワードラインWLnのローレベル(L)、VSSはグランド電圧、VDDは制御回路104に供給される電位、201は第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域、202は第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域、203は第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域、VDD18は第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202に供給される電圧、205はレベルシフタ、210は出力インバータ回路、211はインバータ、212はNAND素子、WDは第1のワードライン選択信号、AD1は第2のワードライン選択信号である。第2のワードライン選択信号AD1は制御回路104から入力される。
第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201には、PチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタが配置され、第1のゲート酸化膜厚は、第2のゲート酸化膜厚と第3のゲート酸化膜厚より厚く、より高電圧の電圧が構成トランジスタにかかった場合でも、信頼性を確保することができる。
ここで、ワードラインWLnを駆動する論理を実現するワードライン回路の一例を示す。
第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201において、Pチャネルトランジスタ206のソースにはワードラインのハイレベルVPPが印加され、ドレインはワードラインWLnに接続される。Nチャネルトランジスタ207のソースにはワードラインのローレベルVNWLが接続され、ドレインはワードラインWLnに接続される。Pチャネルトランジスタ206およびNチャネルトランジスタ207のゲートは、Pチャネルトランジスタ208のドレインに接続され、Pチャネルトランジスタ208のゲートはワードラインWLnに接続され、ソースはワードラインのハイレベルVPPが印加される。
第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201において、Pチャネルトランジスタ206のソースにはワードラインのハイレベルVPPが印加され、ドレインはワードラインWLnに接続される。Nチャネルトランジスタ207のソースにはワードラインのローレベルVNWLが接続され、ドレインはワードラインWLnに接続される。Pチャネルトランジスタ206およびNチャネルトランジスタ207のゲートは、Pチャネルトランジスタ208のドレインに接続され、Pチャネルトランジスタ208のゲートはワードラインWLnに接続され、ソースはワードラインのハイレベルVPPが印加される。
ワードラインのローレベルVNWLは、グランド電圧VSSよりも低い負電圧であり、ワードラインのハイレベルVPP、ワードラインのローレベルVNWLは、電源回路105から供給される。
第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202には、PチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタが配置され、第2のゲート酸化膜厚は、第1のゲート酸化膜厚より薄く、第3のゲート酸化膜厚より厚い。
ここで、ワードラインを駆動する論理を実現するデコード回路の一例を示す。
Nチャネルトランジスタ209は、Pチャネルトランジスタ208と出力インバータ回路210との間に接続される。Nチャネルトランジスタ209のゲートには第1のワードライン選択信号WDが接続される。出力インバータ回路210は、Pチャネルトランジスタ208の能力より十分大きい電流供給能力を有する。出力インバータ回路210は、一般的なインバータ回路であり、入力にはレベルシフタ205の出力が配置される。
Nチャネルトランジスタ209は、Pチャネルトランジスタ208と出力インバータ回路210との間に接続される。Nチャネルトランジスタ209のゲートには第1のワードライン選択信号WDが接続される。出力インバータ回路210は、Pチャネルトランジスタ208の能力より十分大きい電流供給能力を有する。出力インバータ回路210は、一般的なインバータ回路であり、入力にはレベルシフタ205の出力が配置される。
レベルシフタ205は、一般的なレベルシフタであり、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジスタで構成され、電圧VDD18とグランド電圧VSSが供給される。レベルシフタ205のNチャネルトランジスタのゲートには、第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域203の各素子からの出力が入力される。
この第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202のゲート酸化膜の厚さは、メモリセル101を構成するトランジスタと同様のゲート酸化膜厚を使用できる場合が多く、その場合、製造工程を短縮することが可能となる。
第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域203には、PチャネルトランジスタおよびNチャネルトランジスタが配置され、第3のゲート酸化膜厚は、第1のゲート酸化膜厚と第2のゲート酸化膜厚より薄い。
ここで、この領域に配置されるワードラインを駆動する論理を実現するデコード回路の一例を示す。
NAND素子212には第2のワードライン選択信号AD1が入力され、NAND素子212の出力はインバータ211とレベルシフタ205に入力される。NAND素子212とインバータ211には、制御回路104に供給される電位VDDとグランド電圧VSSが供給される。
NAND素子212には第2のワードライン選択信号AD1が入力され、NAND素子212の出力はインバータ211とレベルシフタ205に入力される。NAND素子212とインバータ211には、制御回路104に供給される電位VDDとグランド電圧VSSが供給される。
図3は本実施の形態の半導体記憶装置におけるロウデコーダ回路において、前述の第1のワードライン選択信号WDを生成するレベル変換回路の構成を示す回路図であり、図2の回路同様にロウデコーダ回路103内に配置される。
図3において、301はレベルシフタ、302は出力インバータ回路であり、これらは第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202に配置され、303、304はインバータであり、これらは第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域203に配置される。AD0は第3のワードライン選択信号であり、レベル変換されて第1のワードライン選択信号WDとなる。そのレベル変換は下記の構成により成される。この回路はAD0の本数に応じて複数配置される。また、この第3のワードライン選択信号AD0は制御回路104から入力される。
第1のワードライン選択信号WDは出力インバータ回路302から出力される。出力インバータ回路302には、レベルシフタ301の出力が入力される。レベルシフタ301には、第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域203に配置されたインバータ303、304の出力が入力される。出力インバータ回路302とレベルシフタ301には電圧VDD18とグランド電圧VSSが印加される。
インバータ304の入力はインバータ303の出力に接続され、インバータ303の入力は、第3のワードライン選択信号AD0が入力される。インバータ303、304には電圧VDDとグランド電圧VSSが印加される。
次に、上記のように構成された回路の動作原理を説明する。
メモリセル101のデータを読み出すセンス回路102には、微細化のために制御回路104と同等のゲート酸化膜厚を有する高密度なトランジスタを使用するのが一般的である。このセンス回路102の領域のゲート酸化膜厚は、第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域203と同様である。例えば45nm世代においては、印加可能な電圧は1.0V〜1.2V程度であり、ゲート酸化膜厚は1.5nm程度である。
メモリセル101のデータを読み出すセンス回路102には、微細化のために制御回路104と同等のゲート酸化膜厚を有する高密度なトランジスタを使用するのが一般的である。このセンス回路102の領域のゲート酸化膜厚は、第3のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域203と同様である。例えば45nm世代においては、印加可能な電圧は1.0V〜1.2V程度であり、ゲート酸化膜厚は1.5nm程度である。
メモリセル101に十分な動作をさせるためには、前記領域に印加可能な電圧よりもトランジスタのしきい値程度高い電圧を印加することが一般的である。その場合、メモリセル101のトランジスタは、第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202におけるトランジスタを用いることで可能となる。例えば45nm世代においては、印加可能な電圧は1.8V程度であり、ゲート酸化膜厚は3.5nm程度である。
この第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202におけるトランジスタはしきい値電圧が0.3V〜0.5V程度の間に設定される。また、メモリセル101の電荷の保持特性をよくするために、ワードラインWLnの電圧のローレベル電圧VNWLを負電圧に設定することが有効であることが一般的に知られている。このローレベルとして、ゲート電圧の印加によってドレインのリーク電流が増加する特性(GIDL)の観点から、適度な電圧が設定されるが、ゲート酸化膜厚が3.5nm程度のデバイスの場合は、−0.4V程度が一般的である。
このローレベル電圧を実現するワードドライバ回路は、第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201に配置されており、このワードドライバ回路としては、VPP〜VNWLの電圧幅の1.8V〜−0.4Vである2.2V程度の耐圧が必要であり、第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201におけるトランジスタのゲート酸化膜の厚さは5nm以上の設定が必要となるが、このトランジスタとして、例えば45nm世代の場合、3.3V系のトランジスタ(I/Oなどに広く使用される)がそのまま使える。また、第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201におけるトランジスタのしきい値電圧は、リーク電圧を低く抑える観点から0.5V〜0.7V程度に設定される。
本実施の形態の半導体記憶装置においては、次のような原理で安定的な動作が可能となる。
レベルシフタ205とレベルシフタ301は、ワードラインWLnを直接駆動する最終段のワードドライバ回路が配置されている第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201よりも、低いしきい値電圧を有する領域である第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202に配置されているため、入力電圧である制御回路104のVDD電圧が下がった場合でも十分に動作させることが可能となる。
レベルシフタ205とレベルシフタ301は、ワードラインWLnを直接駆動する最終段のワードドライバ回路が配置されている第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201よりも、低いしきい値電圧を有する領域である第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202に配置されているため、入力電圧である制御回路104のVDD電圧が下がった場合でも十分に動作させることが可能となる。
これにより、VDD−VSS間のレンジのワードライン選択信号AD0、AD1から、VDD18−VSS間のレンジの信号にレベル変換が可能となる。またその出力により、さらにしきい値電圧の高い第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201の回路を駆動するが、レベル変換がされているため、安定的に高速動作が可能となる。
さらに、第1のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域201におけるトランジスタには、ワードラインWLnのハイレベルVPPとローレベルVNWLが印加されているが、この領域201のトランジスタのしきい値電圧をVT201とすると、VPPは、VPP<VDD18+VT201の範囲で動作させることが可能であり、VNWLは、VNWL>VSS−VT201の範囲の負電圧で動作させることが可能となる。
以上により、第2のゲート酸化膜厚を有するトランジスタの領域202におけるトランジスタのゲート酸化膜が3.5nm程度の場合、VDD18は標準条件で1.8Vとなるため、VPP<2.4VからVNWL>−0.6Vの範囲の動作が可能となる。
本発明の半導体記憶装置は、微細化が進んだシステムLSIに混載される場合においても、各構成トランジスタが必要十分な動作能力を発揮しつつ、サイズの増大化を抑え、かつ安定的な高速動作を実現することができるもので、微細化されたシステムLSIに混載されるメモリマクロとして有用である。
100 メモリアレイ
101 メモリセル
102 センス回路
103 ロウデコーダ回路
104 制御回路
105 電源回路
WLn ワードライン(n=0、1・・・Nで、Nは整数)
BLm ビットライン(m=0、1・・・Mで、Mは整数)
VPP ワードラインのハイレベル
VNWL ワードラインのローレベル
VSS グランド電圧
VDD 制御回路に供給される電位
VDD18 ゲート酸化膜が第2の厚さの(第2のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域に供給される電圧
201 ゲート酸化膜が第1の厚さの(第1のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域
202 ゲート酸化膜が第2の厚さの(第2のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域
203 ゲート酸化膜が第3の厚さの(第3のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域
205 レベルシフタ
210 出力インバータ回路
211 インバータ
212 NAND素子
WD 第1のワードライン選択信号
AD1 第2のワードライン選択信号
AD0 第3のワードライン選択信号
301 レベルシフタ
302 出力インバータ回路
303、304 インバータ
101 メモリセル
102 センス回路
103 ロウデコーダ回路
104 制御回路
105 電源回路
WLn ワードライン(n=0、1・・・Nで、Nは整数)
BLm ビットライン(m=0、1・・・Mで、Mは整数)
VPP ワードラインのハイレベル
VNWL ワードラインのローレベル
VSS グランド電圧
VDD 制御回路に供給される電位
VDD18 ゲート酸化膜が第2の厚さの(第2のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域に供給される電圧
201 ゲート酸化膜が第1の厚さの(第1のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域
202 ゲート酸化膜が第2の厚さの(第2のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域
203 ゲート酸化膜が第3の厚さの(第3のゲート酸化膜厚を有する)トランジスタの領域
205 レベルシフタ
210 出力インバータ回路
211 インバータ
212 NAND素子
WD 第1のワードライン選択信号
AD1 第2のワードライン選択信号
AD0 第3のワードライン選択信号
301 レベルシフタ
302 出力インバータ回路
303、304 インバータ
Claims (10)
- メモリセルと、
前記メモリセルに接続されたワードラインと、
前記ワードラインに接続されたロウデコーダ回路と、
前記ロウデコーダ回路による前記ワードラインを介した前記メモリセルのアクセスを制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、ゲート酸化膜が第1の膜厚のトランジスタで構成され、
前記ロウデコーダ回路は、
前記ゲート酸化膜が前記第1の膜厚のトランジスタと、
前記ゲート酸化膜が前記第1の膜厚より厚い第2の膜厚のトランジスタと、
前記ゲート酸化膜が前記第2の膜厚より厚い第3の膜厚のトランジスタとで構成された
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第2の膜厚のゲート酸化膜領域に、レベルシフト回路を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインに印加するための負の電圧が供給される
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域は、外部とのデータの伝達に使われるI/O領域と同じ膜厚とする
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記負の電圧は、接地電圧と前記ゲート酸化膜が前記第3の膜厚のトランジスタのしきい値電圧との間の絶対値よりも、低くない
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2の膜厚のゲート酸化膜領域は、前記メモリセルと同じ膜厚とする
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、
前記レベルシフト回路は、前記ワードドライバの複数に接続された
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、
前記ワードドライバは、前記ワードラインをローレベルにラッチする機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、
前記ワードドライバは、前記ワードラインをローレベルにラッチする機能を有し、
前記レベルシフト回路は、前記ワードドライバの複数に接続され、それらのワードドライバに対して、選択的に前記ラッチ機能を無効化する
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記メモリセルが、Nチャネルトランジスタとキャパシタで構成されたダイナミック・ランダム・アクセスメモリ型のメモリセルで、
前記第3の膜厚のゲート酸化膜領域に、前記ワードラインを駆動するためのワードドライバを有し、
前記ワードドライバは、ソースが前記負の電圧に接続され、ドレインが前記ワードラインに接続されたドライバトランジスタを有し、
前記ドライバトランジスタのゲート電圧のローレベルは接地電圧である
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体記憶装置。
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2008
- 2008-05-06 US US12/115,921 patent/US7733735B2/en active Active
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