JP2012146367A - Semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体記憶装置に関し、特にDRAMマクロを用いた半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device using a DRAM macro.
近年、半導体記憶装置(例示:半導体集積回路装置)を搭載した製品において、高機能、高品質、小型軽量化のために大容量のDRAMマクロを搭載した製品が増加している。市場においては、製品の低消費電力化および更なる小型軽量化が要求されている。DRAMマクロ分野においても、消費電力の低減および大容量化面積の縮小の要求が高まりつつある。 In recent years, among products equipped with semiconductor memory devices (eg, semiconductor integrated circuit devices), products incorporating large-capacity DRAM macros for high functionality, high quality, small size, and light weight are increasing. In the market, there is a demand for lower power consumption and further reduction in size and weight of products. Also in the DRAM macro field, there is an increasing demand for reduction of power consumption and reduction of the area of large capacity.
消費電力を低減する技術として、特開平10−302469号公報に半導体記憶装置の技術が開示されている。この半導体記憶装置は、ビット線のトランスファーゲートを切り替えることにより一つのセンスアンプを二つのビット線対の増幅に共用するシェアードセンスアンプを用いたアレイ回路を有している。このアレイ回路は、データ伝播時に必要となるビット線トランスファーゲートのブートを昇圧電位の供給で直接行わず、センスアンプ活性時のビット線の上昇を受けたビット線トランスファーゲートのゲートをセルフブートする方法を用いている。以下詳細に説明する。 As a technique for reducing power consumption, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-302469 discloses a technique of a semiconductor memory device. This semiconductor memory device has an array circuit using a shared sense amplifier that shares one sense amplifier for amplification of two bit line pairs by switching bit line transfer gates. This array circuit is a method of self-booting the gate of the bit line transfer gate which has received the rise of the bit line when the sense amplifier is active, without directly booting the bit line transfer gate required for data propagation by supplying the boosted potential. Is used. This will be described in detail below.
図1は、特開平10−302469号公報の半導体記憶装置の構成例を示すブロック図である。図2は、図1におけるビット線対とセンスアンプとの関係を示す回路図である。図3は、図2におけるビット線トランスファーゲート駆動回路の回路図である。図4は、図1〜図3で示される半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。なお、図1〜図4における符号は特開平10−302469号公報の符号をそのまま記載したものであり、本発明の実施の形態において使用される符号とは無関係である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a semiconductor memory device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-302469. FIG. 2 is a circuit diagram showing the relationship between the bit line pair and the sense amplifier in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of the bit line transfer gate driving circuit in FIG. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the semiconductor memory device shown in FIGS. The reference numerals in FIGS. 1 to 4 are the same as those described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-302469, and are not related to the reference numerals used in the embodiment of the present invention.
図1に示されるように、メモリセルアレイ10、20には、それぞれ複数のワード線WLとそれと交差する複数のビット線対BL、/BL(/BLは、BLバーを意味する。以下他の符号を含めて同様とする。)が配置されている。それぞれの交差部には、メモリセルMCが配置される。それぞれのビット線対BL、/BLの間には、センスアンプSAが配置される。ビット線対BL、/BLとセンスアンプSAとの間には、ビット線対選択用のビット線トランスファーゲートQ00、Q01、Q02、Q03、…(メモリセルアレイ10用)、Q10、Q11、Q12、Q13、…(メモリセルアレイ20用)が設けられる。それらのビット線トランスファーゲートQ00、Q01、…は、ビット線トランスファーゲート駆動回路42の出力BLTlによりそのゲート電極が駆動される。それらのビット線トランスファーゲート10、Q11、…は、ビット線トランスファーゲート駆動回路44の出力BLTrによりそのゲート電極が駆動される。以下では、図2のビット線トランスファーゲート駆動回路42、44を、図3のビット線トランスファーゲート駆動回路42、44とした具体例について説明する。
As shown in FIG. 1, each of the
図2に示されるように、左右のメモリセルアレイ10、20内にそれぞれ複数のワード線WL1、複数のワード線WL2が設けられる(図2では各1本にのみを表示)。ワード線WL1、WL2とビット線/BLとの交差部に、それぞれメモリセルMC1、MC2が設けられる。メモリセルMC1は1個のN型トランジスタQ1と1個の容量C1とで構成される。メモリセルMC2は1個のN型トランジスタQ2と1個の容量C2とで構成される。ダミーワード線DWL1、DWL2が、ビット線トランスファーゲートQ00、Q01と、ビット線トランスファーゲートQ10、Q11との間に配置される。ダミーワード線DWL1とビット線BLとの交差部には、ダミーセルDC1が設けられる。ダミーワード線DWL2とビット線/BLとの交差部には、ダミーセルDC2が設けられる。図2の例では、ダミーセルDC1、DC2はそれぞれ所定の結合容量からなる。ダミーセルDC1、DC2は、いずれも左右のメモリセルアレイ10、20で共用される。左右のメモリセルアレイ10、20の間のセンスアンプアレイ30には、CMOSのラッチ回路からなるセンスアンプSAと、ビット線対をグランド電位Vssにプリチャージするビット線プリチャージ回路BPとが設けられる。センスアンプSAは、P型MOSトランジスタQ25とN型MOSトランジスタQ26からなるCMOSインバータと、P型MOSトランジスタQ27とN型MOSトランジスタQ28からなるCMOSインバータとを交差接続してなる。そして、N型MOSトランジスタQ26、Q28の共通ソースはグランド電位に接続され、P型のMOSトランジスタQ25、Q27の共通ソースには、センスアンプの活性化信号PSAが与えられる。ビット線プリチャージ回路BPは、ビット線対をショートするN型トランジスタQ29とビット線対をグランド電位Vssにする接地用のN型トランジスタQ30、Q31を有する。これらのトランジスタは、ビット線リセット信号BRSにより制御され導通される。
As shown in FIG. 2, a plurality of word lines WL1 and a plurality of word lines WL2 are provided in the left and right
図3に示されるように、ビット線トランスファーゲート駆動回路42、44は、コントロール信号/actを使用する。このコントロール信号/actは、プリチャージ期間はHigh、アクティブ期間はLowになる制御信号である。メモリセルアレイ選択信号A、/Aがそれぞれのビット線トランスファーゲート駆動回路42,44に与えられる。この例では、ビット線トランスファーゲート駆動回路42の出力はN型トランジスタN10、N11で構成され、レベル変換機能付きインバータ素子62と通常のインバータ素子63により駆動される。NANDゲート61はコントロール信号/actと選択信号Aが入力される。ビット線トランスファーゲート駆動回路42の出力の制御信号端BLTlには、電源電圧Vccから3段のクランプ用トランジスタダイオードN14、N15、N16の閾値上がった電位にクランプするクランプ回路67が接続される。同様に、ビット線トランスファーゲート駆動回路44の出力はN型トランジスタN12、N13で構成され、レベル変換機能付きインバータ素子65と通常のインバータ素子66によりそれぞれ駆動される。NANDゲート64はコントロール信号/actと選択信号/Aが入力される。ビット線トランスファーゲート駆動回路44の出力の制御信号端BLTrには、電源電圧Vccから3段のクランプ用トランジスタダイオードN14、N15、N16の閾値上がった電位にクランプするクランプ回路68が接続される。
As shown in FIG. 3, the bit line transfer
図4に示されるように、これらのビット線トランスファーゲート駆動回路42、44の動作において、プリチャージ期間、アクティブ期間、そして再度プリチャージ期間が順次行われる。アクティブ期間の終了時に、ビット線リセット信号BRSの発生によりプリチャージ回路BPの各トランジスタQ29〜Q31が導通状態になり、ビット線対BL、/BLがショートされると共にグランド電位Vssにプリチャージされる。駆動回路43の出力bltlは電源電圧Vcc(例えば3V)のレベルにされ、コントロール信号cglが昇圧電源Vpp(例えば5V)にされる。同様に、駆動回路445の出力bltrは電源電圧Vccのレベルにされ、コントロール信号cgrが昇圧電源Vppにされる。その結果、駆動信号BLTlとBLTrは共に電源電圧Vccレベルになる。プリチャージ期間は、コントロール信号/actがHighであり、両選択信号A、/AがHighである。そのため、NANDゲート61、64の出力は共にLow、インバータ素子62、65は昇圧電圧Vppのレベルになる。その結果、N型トランジスタN10、N12が導通し、両制御信号BLTl、BLTrは電源電圧Vccレベルにある。
As shown in FIG. 4, in the operation of these bit line transfer
次に、アクティブ期間になると、コントロール信号/actがLowになり、選択信号A、/Aの一方がLowになる。上記の例に従い、選択信号/AがLowになった場合を考える。NANDゲート64の出力がHigh、インバータ素子65の出力がLowとなる。N型トランジスタN12が非導通となる。インバータ素子66の出力がHighとなるので、N型トランジスタN13が導通して、制御信号BLTrはLow(グランドレベル)に下がる。その結果、対応するビット線トランスファーゲートQ10、Q11が非導通となり、ビット線対(メモリセルアレイ20側)をセンスアンプSAから分離する。一方、NANDゲート61の出力がHigh、インバータ素子62の出力がLowとなる。N型トランジスタN10が非導通となる。インバータ素子63の出力もLowであり、N型トランジスタN11も非導通となる。その結果、制御信号BLTlの信号線は、フローティング状態になる。制御信号BLTlの信号線がフローティング状態になると、ビット線トランスファーゲートQ00、Q01のゲート電極がビット線BL、/BLの上昇に伴う容量カップリングC00、C01で電源電圧Vccより高く昇圧される。そして、High側のメモリセルに電源電圧Vccレベルでの再書き込みが行われる。
Next, in the active period, the control signal / act becomes Low, and one of the selection signals A and / A becomes Low. Consider the case where the selection signal / A becomes Low in accordance with the above example. The output of the
関連する技術として特開2002−133869号公報に半導体記憶装置が開示されている。この半導体記憶装置は、外部電源電圧を受けて動作する。この半導体記憶装置は、データレベルの一方が第1の電圧に相当する記憶データを伝達するための第1および第2のデータ線と、前記記憶データを保持するためのメモリセルとを備える。前記メモリセルは、前記データレベルを保持するための記憶ノードと、前記第1の電圧よりも高い第2の電圧に設定されるワード線の活性化に応答して、前記記憶ノードと前記第1および第2のデータ線の一方との間を電気的に結合するためのデータ伝達ゲートとを含む。活性化時において前記外部電源電圧よりも高く前記第2の電圧よりも低い第3の電圧に設定される制御信号に応答して、前記第1および第2のデータ線の各々を同一の所定電圧に設定するためのデータ線イコライズ回路をさらに備える。この技術は、上述のセルフブート方式とは異なり、従来のチャージポンプ方式により昇圧電位を生成している。 As a related technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-133869 discloses a semiconductor memory device. This semiconductor memory device operates in response to an external power supply voltage. The semiconductor memory device includes first and second data lines for transmitting storage data whose one of the data levels corresponds to a first voltage, and a memory cell for holding the storage data. The memory cell responds to activation of a storage node for holding the data level and a word line set to a second voltage higher than the first voltage, and the storage node and the first And a data transmission gate for electrically coupling to one of the second data lines. In response to a control signal set to a third voltage higher than the external power supply voltage and lower than the second voltage at the time of activation, each of the first and second data lines is set to the same predetermined voltage. A data line equalizing circuit for setting to. Unlike the above-described self-boot method, this technique generates a boosted potential by a conventional charge pump method.
また、特開平8−125034号公報に半導体記憶装置が開示されている。この半導体記憶装置は、複数のNおよびPチャネルMOS半導体素子を含む。前記複数のNおよびPチャネルMOS半導体素子はSOI基板上に形成される。前記複数のNおよびPチャネルMOS半導体素子の各々は、ソース領域と、ドレイン領域と、そのソース領域およびドレイン領域間に位置するボディ領域とを有する。前記複数のNチャネルMOS半導体素子のうち少なくとも1つのNチャネルMOS半導体素子のボディ領域が電気的に固定される。前記複数のPチャネルMOS半導体素子のうち少なくとも1つのPチャネルMOS半導体素子のボディ領域が電気的にフローティング状態にされている。この技術では、電気的に固定という言及にとどまり、ビット線とセンスアンプを繋ぐトランジスタのゲートのブートに関する記載はない。 Japanese Patent Laid-Open No. 8-125034 discloses a semiconductor memory device. This semiconductor memory device includes a plurality of N and P channel MOS semiconductor elements. The plurality of N and P channel MOS semiconductor elements are formed on an SOI substrate. Each of the plurality of N and P channel MOS semiconductor elements has a source region, a drain region, and a body region located between the source region and the drain region. The body region of at least one N channel MOS semiconductor element among the plurality of N channel MOS semiconductor elements is electrically fixed. The body region of at least one P channel MOS semiconductor element among the plurality of P channel MOS semiconductor elements is in an electrically floating state. In this technology, only the mention of being electrically fixed is made, and there is no description regarding booting of the gate of the transistor connecting the bit line and the sense amplifier.
特開平9−63266号公報に半導体記憶装置、および半導体回路装置が開示されている。この半導体記憶装置は、通常動作モードおよび前記通常動作モードよりも動作速度の遅い特殊動作モードを有する。半導体記憶装置は、第1および第2のセンスノードと、前記第1および第2のセンスノードに接続され、前記第1および第2のセンスノード間に生じた電位差を増幅するセンスアンプと、前記センスアンプの一方側に配置された第1のビット線対と、前記センスアンプの他方側に配置された第2のビット線対と、前記第1および第2のビット線対と交差する複数のワード線と、行アドレス信号に応答して前記ワード線を選択的に活性化する行デコーダと、前記第1および第2のセンスノードと前記第1のビット線対との間に接続された第1のスイッチ手段と、前記第1および第2のセンスノードと前記第2のビット線対との間に接続された第2のスイッチ手段と、前記通常動作モードでは、前記第1および第2のビット線対の一方を前記センスアンプに接続するように前記第1および第2のスイッチ手段を制御するとともに、前記特殊動作モードでは、前記第1および第2のビット線対の一方を前記センスアンプに接続し、前記接続された一方のビット線対にデータが読出された後に前記接続された一方のビット線対を前記センスアンプから切離し、前記センスアンプが活性化された後に前記切離された一方のビット線対を再び前記センスアンプに接続するように前記第1および第2のスイッチ手段を制御する制御手段とを備えた。この技術は、上述のセルフブート方式とは異なり、電源電位と昇圧電位をトランジスタ活性化時に切り替えてブートを実現させている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-63266 discloses a semiconductor memory device and a semiconductor circuit device. This semiconductor memory device has a normal operation mode and a special operation mode whose operation speed is slower than that of the normal operation mode. The semiconductor memory device includes first and second sense nodes, a sense amplifier connected to the first and second sense nodes and amplifying a potential difference generated between the first and second sense nodes; A plurality of first bit line pairs disposed on one side of the sense amplifier, a second bit line pair disposed on the other side of the sense amplifier, and a plurality of crossing the first and second bit line pairs. A word line; a row decoder for selectively activating the word line in response to a row address signal; and a first decoder connected between the first and second sense nodes and the first bit line pair. 1 switch means, second switch means connected between the first and second sense nodes and the second bit line pair, and in the normal operation mode, the first and second switch means Connect one of the bit line pairs to the The first and second switch means are controlled to be connected to an amplifier, and in the special operation mode, one of the first and second bit line pairs is connected to the sense amplifier, and the connected The connected bit line pair is disconnected from the sense amplifier after data is read to one bit line pair, and the disconnected bit line pair is again connected after the sense amplifier is activated. And control means for controlling the first and second switch means so as to be connected to a sense amplifier. Unlike the above-described self-boot method, this technique realizes booting by switching the power supply potential and the boosted potential when the transistor is activated.
特開平11−288592号公報に半導体集積回路が開示されている。この半導体集積回路は、複数のデータ線対と複数のワード線の交点に設けられた複数のメモリセルと、前記複数のデータ線対のそれぞれに読み出されるメモリセルからの信号を第1電位または第2電位に増幅するための複数のセンスアンプと、前記複数のデータ線対を第3電位にプリチャージするためのプリチャージ回路と、前記第3電位を発生し、前記プリチャージ回路に前記第3電位を供給するための電圧発生回路と、複数のデータ線対の一方に接続されそれぞれに蓄積容量とMOSトランジスタを含む複数のダミーメモリセルと、前記複数のダミーメモリセルの蓄積容量の一端に共通接続されたプレート電極と、前記プレート電極を前記第3電位から第4電位に駆動する手段とを備える。前記第4電位は、第1電位と前記第2電位の1/2の電位であり、前記第3電位は、前記第1電位と前記第4電位の間の電位、または前記第4電位と前記第2電位の間の電位である。この技術は、シェアードセンスアンプ方式ではなく、セルフブート方式でもない。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-288592 discloses a semiconductor integrated circuit. In this semiconductor integrated circuit, a plurality of memory cells provided at intersections of a plurality of data line pairs and a plurality of word lines, and signals from the memory cells read to the plurality of data line pairs, respectively, are supplied with a first potential or a first potential. A plurality of sense amplifiers for amplifying to two potentials; a precharge circuit for precharging the plurality of data line pairs to a third potential; and generating the third potential; Common to a voltage generation circuit for supplying a potential, a plurality of dummy memory cells connected to one of a plurality of data line pairs, each including a storage capacitor and a MOS transistor, and one end of the storage capacitors of the plurality of dummy memory cells A connected plate electrode; and means for driving the plate electrode from the third potential to a fourth potential. The fourth potential is a half of the first potential and the second potential, and the third potential is a potential between the first potential and the fourth potential, or the fourth potential and the A potential between the second potentials. This technique is not a shared sense amplifier system, nor is it a self-boot system.
図1〜図4で説明した特開平10−302469号公報の技術においては、昇圧電圧Vppを生成する昇圧電圧Vpp生成回路の消費電流が増大するという問題がある。その理由について以下に説明する。この技術においては、例えば、メモリセルMC1(又はMC2)に書き込まれたデータを読み出すとき、ビット線対BL、/BLに生じる差電位をセンスアンプSAに伝播するために、経由するビット線トランスファーゲートQ00、Q01(又はQ10、Q11)のゲート接点である駆動信号BLTl(又はBLTr)の電圧値を、センスアンプSAの活性に伴うセルフブートにより電源電圧Vccより高くし、メモリセルMC1(又はMC2)への書込み電圧をVccレベルにしている。 The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-302469 described with reference to FIGS. 1 to 4 has a problem that the current consumption of the boosted voltage Vpp generation circuit that generates the boosted voltage Vpp increases. The reason will be described below. In this technique, for example, when data written in the memory cell MC1 (or MC2) is read, a bit line transfer gate that is passed through in order to propagate a difference potential generated in the bit line pair BL, / BL to the sense amplifier SA. The voltage value of the drive signal BLTl (or BLTr), which is the gate contact of Q00, Q01 (or Q10, Q11), is made higher than the power supply voltage Vcc by self-boot accompanying the activation of the sense amplifier SA, and the memory cell MC1 (or MC2) Is set to the Vcc level.
ここで、駆動信号BLTl、BLTrは、メモリセルアレイ10、20のビット線列に沿って配線され、長配線で容量負荷が大きい。そのために、ビット線トランスファーゲートQ00、Q01、Q10、Q11のゲートの駆動信号BLTl、BLTrをVcc電位にプリチャージする必要がある。また、ビット線トランスファーゲートQ00、Q01、Q10、Q11のゲート節点BLTl、BLTrをVcc電位にプリチャージするために、ビット線トランスファーゲートQ00、Q01、Q10、Q11のゲートを駆動するビット線トランスファーゲート駆動回路42、44のビット線トランスファーゲート活性素子であるN型トランジスタN10、N12のゲートに接続されるインバータ素子62、65の電源として昇圧電圧Vpp電位(公知例ではVcc3Vに対して5V)の供給が必要である。そのため、昇圧電圧Vpp電位の生成を行う昇圧電圧Vpp生成回路の負荷が増大する。
Here, the drive signals BLTl and BLTr are routed along the bit line columns of the
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the embodiments for carrying out the invention. These numbers and symbols are added with parentheses in order to clarify the correspondence between the description of the claims and the mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.
本発明の半導体記憶装置は、第1方向に延在し、第2方向に並んだ複数のセンスアンプアレイ(148(150))と複数のドライバ部(112−113、115−116、121−122、124−125)とを具備している。複数のセンスアンプアレイ(148(150))の各々は、ビット線対(blu−blc−bll、/blu−/blc−/bll)と、センスアンプ部(102(149))と、プリチャージ部(109−111、118−120)と、メモリアレイ部(101、104)と、スイッチ部(114、117、123、126)とを備えている。ビット線対(blu、/bluなど)は、第1方向に延伸する。センスアンプ部(102など)は、ビット線対(blu、/bluなど)に接続されている。プリチャージ部(109−111など)は、ビット線対(blu、/bluなど)に接続され、センスアンプ部(102など)の両側に設けられている。メモリアレイ部(101など)は、ビット線対(blu、/bluなど)に接続され、各プリチャージ部(109−111など)のセンスアンプ部(102など)と反対の側に設けられている。スイッチ部(114など)は、プリチャージ部(109−111など)とセンスアンプ部(102など)との間のビット線対(blu、/bluなど)上に設けられている。メモリアレイ部(101など)は、第2方向に延伸する複数のワード線(WLU、WLL)とビット線対(blu、/bluなど)との交点に対応して設けられた複数のメモリセル(128、130、132、134)を含んでいる。プリチャージ部(109−111など)は、プリチャージ期間にビット線対(blu、/bluなど)を所定の電位にプリチャージする。スイッチ部(114など)は、メモリセル(128など)の選択時に、複数のドライバ部(112−113など)のいずれか一つが生成するスイッチ部(114など)を制御する信号に基づいて、メモリセルデータを伝播する。 The semiconductor memory device of the present invention includes a plurality of sense amplifier arrays (148 (150)) and a plurality of driver units (112-113, 115-116, 121-122) extending in the first direction and arranged in the second direction. 124-125). Each of the plurality of sense amplifier arrays (148 (150)) includes a bit line pair (blu-blc-bll, / blu / blc- / bll), a sense amplifier unit (102 (149)), and a precharge unit. (109-111, 118-120), a memory array unit (101, 104), and a switch unit (114, 117, 123, 126). A bit line pair (such as blu and / blu) extends in the first direction. The sense amplifier unit (102, etc.) is connected to a bit line pair (blu, / blu, etc.). The precharge unit (109-111 etc.) is connected to a bit line pair (blu, / blu etc.) and is provided on both sides of the sense amplifier unit (102 etc.). A memory array unit (such as 101) is connected to a bit line pair (such as blu and / blu) and is provided on the opposite side of the sense amplifier unit (such as 102) of each precharge unit (such as 109-111). . The switch unit (such as 114) is provided on a bit line pair (such as blu and / blu) between the precharge unit (such as 109-111) and the sense amplifier unit (such as 102). The memory array unit (101, etc.) includes a plurality of memory cells (corresponding to intersections between a plurality of word lines (WLU, WLL) extending in the second direction and bit line pairs (blu, / blue, etc.)). 128, 130, 132, 134). A precharge unit (such as 109-111) precharges a bit line pair (such as blu and / blu) to a predetermined potential during the precharge period. The switch unit (eg, 114) is configured to select a memory based on a signal for controlling the switch unit (eg, 114) generated by any one of the plurality of driver units (eg, 112-113) when the memory cell (eg, 128) is selected. Propagate cell data.
本発明は、複数のセンスアンプアレイ(148など)に対して、1個ではなく、複数個のドライバ部(112−113など)を設けている。従って、選択されアクティブとなったセンスアンプアレイ(148など)を担うドライバ部(112−113)のみ動作すれば良く、1個のドライバ部(112−113など)がチャージすべきスイッチ部(114など)のゲート節点guの数を削減させることができる。そのため、選択されアクティブとなったセンスアンプアレイ(148など)において、セルデータのライト、リードに必要なセンスアンプ部(102など)の活性に伴う、ビット線(blc)の上昇幅によるスイッチ部(114など)のゲート節点guのセルフブートにより、従来では必要だったワード線(WLU)に用いている昇圧電位(Vpp)の供給を受けることなく、[メモリセルデータ伝播に必要な駆動電位]=[電源電位(VCC)よりも高い昇圧電位]を確保することができる。そのため、ワード線(WLU)に用いている昇圧電位(Vpp)を生成する回路の負荷、および消費電流を削減することができる。 In the present invention, a plurality of driver units (such as 112-113) are provided instead of one for a plurality of sense amplifier arrays (such as 148). Accordingly, it is sufficient to operate only the driver unit (112-113) that bears the sense amplifier array (148, etc.) selected and activated, and the switch unit (114, etc.) to be charged by one driver unit (112-113, etc.). ) Can be reduced. Therefore, in a sense amplifier array (such as 148) that has been selected and activated, a switch portion (by a rising width of the bit line (blc) that accompanies the activation of the sense amplifier portion (such as 102) required for writing and reading cell data ( 114) and the like, and without receiving the boosted potential (Vpp) used for the word line (WLU), which has been necessary in the prior art, [driving potential necessary for memory cell data propagation] = [A boosted potential higher than the power supply potential (VCC)] can be secured. Therefore, it is possible to reduce the load and current consumption of the circuit that generates the boosted potential (Vpp) used for the word line (WLU).
本発明により、シェアードセンスアンプ方式でセルフブートを用いた半導体記憶装置において、回路面積を縮小し、消費電流を削減することができる。 According to the present invention, in a semiconductor memory device using self-boot in the shared sense amplifier method, the circuit area can be reduced and the current consumption can be reduced.
以下、本発明の半導体記憶装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成について、添付図面を参照して説明する。図5は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。半導体記憶装置1は、複数のセンスアンプアレイ148と、複数のビット線トランスファーゲート選択回路105と、複数のビット線トランスファーゲート非選択回路106とを具備している。
(First embodiment)
The configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. The
センスアンプアレイ148は、センスアンプ部102と、セルデータ増幅の際にセンスアンプ部102を共用・シェアするセルアレイ部101、104と、リード/ライト系素子部103と、ビット線対イコライズ素子としてのN型トランジスタ109、110、111及びN型トランジスタ118、119、120と、ビット線トランスファーゲート素子としてのN型トランジスタ114、117及びN型トランジスタ123、126と、N型トランジスタ114、117及びN型トランジスタ123、126のゲート節点に電位供給するためのドライバ素子であって通常のN型トランジスタ(114,117,123,126など)よりは小さい閾値電圧で活性化する低VTN型トランジスタ112、115及び通常のN型トランジスタ(114,117,123,126など)よりは小さい閾値電圧で活性化する低VTN型トランジスタ121、124と、N型トランジスタ113、116及びN型トランジスタ122、125と、センスアンプで増幅する際のリファレンス電位生成用のダミーセル146、147を備えている。低VTN型トランジスタ112、115及び低VTN型トランジスタ121、124は、電源電圧VCCで駆動される。
The
セルアレイ部101は、複数のワード線WLU0〜WLUn(nは任意)、ビット線対blu、/blu、セルデータ伝播スイッチであるN型トランジスタ127、129およびメモリセル128、130を含んでいる。セルアレイ部104は、複数のワード線WLL0〜WLLn(nは任意)、ビット線対bll、/bll、セルデータ伝播スイッチであるN型トランジスタ131、133およびメモリセル132、134を含んでいる。セルアレイ部101、104何れを選択、活性化するかは、アレイ選択信号TGLP、TGUPにより決定され、セルデータ増幅の際はセンスアンプ部102を共用・シェアする。
The
ワード線WLU0、WLU1は、それぞれセルデータ伝播スイッチであるN型トランジスタ127、129のゲートに接続される。N型トランジスタ127、129のソースは、それぞれメモリセル128、130に接続される。N型トランジスタ127、129のドレインは、それぞれビット線対blu、/bluに接続される。さらにワード線WLU0、WLU1はセンスアンプアレイ148単位で複数のセルアレイ部101に接続されている。ワード線WLL0、WLL1は、それぞれセルデータ伝播スイッチであるN型トランジスタ131、133のゲートに接続される。N型トランジスタ131、133のソースは、それぞれメモリセル132、134に接続される。N型トランジスタ131、133のドレインは、それぞれビット線対bll、/bllに接続される。さらにワード線WLL0、WLL1はセンスアンプアレイ148単位で複数のセルアレイ部104に接続されている。
Word lines WLU0 and WLU1 are connected to the gates of N-
ビット線blu、/bluのビット線トランスファーゲート素子である高耐圧ではないN型トランジスタ114、117と、ビット線bll、/bllのビット線トランスファーゲート素子である高耐圧ではないN型トランジスタ123、126とは、シェアードセンスアンプ部で共有シェアするセンスアンプ部102と、ライトリード系素子部103と、ダミーセル146、147とを挟んでいる。
Non-high breakdown voltage N-
セルアレイ部101内のビット線対blu、/blu及びセルアレイ部104内のビット線対bll、/bllは、それぞれビット線トランスファーゲート素子である高耐圧ではないN型トランジスタ114、117及びN型トランジスタ123、126を介して、センスアンプ部102の増幅節点であるビット線対blc、/blcに接続される。
The bit line pair blu and / bl in the
センスアンプ部102は、P型MOSトランジスタ13とN型MOSトランジスタ14からなるCMOSインバータと、P型MOSトランジスタ15とN型MOSトランジスタ16からなるCMOSインバータとを交差接続してなる。そして、N型のMOSトランジスタ14、16の共通ソースはグランド電位に接続され、P型のMOSトランジスタ13、15の共通ソースはP型のMOSトランジスタ17のソースに接続される。P型のMOSトランジスタ17のドレインはVCCに接続され、ゲートはセンスアンプ部102を駆動するセンスアンプ活性信号SAPを反転するインバータ素子11の出力が接続される。
The
ライト/リード系素子部103はライト/リードバス、カラムスイッチ、アドレスデコーダ等で構成される。
The write /
ダミーセル146は、センスアンプ部102の増幅節点であるビット線/blcとダミーセル146を駆動するダミーワード線DWL0との間で形成される容量である。ダミーセル147は、センスアンプ部102の増幅節点であるビット線blcとダミーセル147を駆動するダミーワード線DWL1との間で形成される容量である。
The
ビット線トランスファーゲート素子である高耐圧ではないN型トランジスタ114、117のゲート節点gu、/guは、それぞれN型トランジスタを2つ縦に接続したドライバ(VCCをソースとする低VTであるゲート長大の低VTN型トランジスタ112とGNDをソースとするN型トランジスタ113、VCCをソースとする低VTであるゲート長大の低VTN型トランジスタ115とGNDをソースとするN型トランジスタ116でそれぞれ構成されている。)の出力として接続されている。低VTN型トランジスタ112、115のゲートはビット線トランスファーゲート選択信号TGUと接続されている。N型トランジスタ113、116のゲートはビット線トランスファーゲート非選択信号STBUと接続されている。
The gate nodes gu and / gu of the N-
ビット線トランスファーゲート素子である高耐圧ではないN型トランジスタ123、126のゲート節点gl、/glは、それぞれN型トランジスタを2つ縦に接続したドライバ(VCCをソースとする低VTであるゲート長大の低VTN型トランジスタ121とGNDをソースとするN型トランジスタ122、VCCをソースとする低VTであるゲート長大の低VTN型トランジスタ124とGNDをソースとするN型トランジスタ125とでそれぞれ構成されている。)の出力として接続されている。低VTN型トランジスタ121、124のゲートはビット線トランスファーゲート選択信号TGLと接続されている。N型トランジスタ122、125のゲートはビット線トランスファーゲート非選択信号STBLと接続されている。
The gate nodes gl and / gl of the N-
ビット線トランスファーゲート選択信号TGUと、ビット線トランスファーゲート非選択信号STBUは、センスアンプ列に沿ってセンスアンプ列上に配線され、センスアンプアレイ148に複数本接続されている。ビット線トランスファーゲート選択信号TGLと、ビット線トランスファーゲート非選択信号STBLは、センスアンプ列に沿ってセンスアンプ列上に配線され、センスアンプアレイ148に複数本接続されている。
The bit line transfer gate selection signal TGU and the bit line transfer gate non-selection signal STBU are wired on the sense amplifier row along the sense amplifier row, and a plurality of bit line transfer gate selection signals TGU are connected to the
ビット線対イコライズ用バランス素子として、ソース、ドレインをビット線対に、ゲートをイコライズ信号PDLUにそれぞれ接続されたN型トランジスタ109が配置されている。ビット線イコライズ用GNDプリチャージ素子として、ドレインをビット線blu、/blu、ソースをGND、ゲートをイコライズ信号PDLUにそれぞれ接続されたN型トランジスタ110、111が配置されている。イコライズ信号PDLUもワード線と同じようにセンスアンプ列に沿って配線され、センスアンプアレイ148に複数本接続されている。ビット線対イコライズ用バランス素子として、ソース、ドレインをビット線対に、ゲートをイコライズ信号PDLLにそれぞれ接続されたN型トランジスタ118が配置されている。ビット線イコライズ用GNDプリチャージ素子として、ドレインをビット線bll、/bll、ソースをGND、ゲートをイコライズ信号PDLLにそれぞれ接続されたN型トランジスタ119、120が配置されている。イコライズ信号PDLLもワード線と同じようにセンスアンプ列に沿って配線され、センスアンプアレイ148に複数本接続している。
An N-
ビット線トランスファーゲート選択回路は、センスアンプ部102を挟むように2個(105、107)配置されている。ビット線トランスファーゲート選択回路105は、入力としてアレイ選択信号TGUP、およびアレイ活性化信号/actを有する。アレイ活性化信号/actをインバータ素子134で反転した反転信号と、アレイ選択信号TGUPと、遅延素子136を介したアレイ選択信号TGUPの遅延信号の3つを入力としたNANDゲート135の出力を、インバータ素子137に入力し、その出力をビット線トランスファーゲート選択信号TGUとして出力する。インバータ素子137は、電源電圧VCCで駆動される。
Two bit line transfer gate selection circuits (105, 107) are arranged so as to sandwich the
ビット線トランスファーゲート選択回路107は、入力としてアレイ選択信号TGLP、およびアレイ活性化信号/actを有する。アレイ活性化信号/actをインバータ素子138で反転した反転信号と、アレイ選択信号TGLPと、遅延素子140を介したアレイ選択信号TGLPの遅延信号の3つを入力としたNANDゲート139の出力を、インバータ素子141に入力し、その出力をビット線トランスファーゲート選択信号TGLとして出力する。インバータ素子141は、電源電圧VCCで駆動される。
Bit line transfer
ビット線トランスファーゲート非選択回路は、センスアンプ部102を挟むように2個(106、108)配置されている。ビット線トランスファーゲート非選択回路106は、入力としてアレイ選択信号TGLP、およびアレイ活性化信号/actを有する。アレイ活性化信号/actと、アレイ選択信号TGLPの2つを入力としたNORゲート142の出力を、インバータ素子143に入力し、その出力をビット線トランスファーゲート非選択信号STBUとして出力する。
Two bit line transfer gate non-selection circuits (106, 108) are arranged so as to sandwich the
ビット線トランスファーゲート非選択回路108は、入力としてアレイ選択信号TGUP、およびアレイ活性化信号/actを有する。アレイ活性化信号/actと、アレイ選択信号TGUPの2つを入力としたNORゲート144の出力を、インバータ素子145に入力し、その出力をビット線トランスファーゲート非選択信号STBLとして出力する。
Bit line transfer
なお、図5の例では、N型トランジスタ114、117及びN型トランジスタ123、126のゲート節点に電位供給するためのドライバ素子であって通常のN型トランジスタ(114,117,123,126など)よりは小さい閾値電圧で活性化する低VTN型トランジスタ112、115及び通常のN型トランジスタ(114,117,123,126など)よりは小さい閾値電圧で活性化する低VTN型トランジスタ121、124の組は、ビット線対毎に設けられている。しかし、本発明はこの例に限定されるものではなく、それら低VTN型トランジスタの組が2以上のビット線対毎に(ただし、少なくとも2組以上)設けられていても良い。その場合、それら低VTN型トランジスタの設置面積を低減できる。
In the example of FIG. 5, a driver element for supplying a potential to the gate nodes of the N-
次に、本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の動作について説明する。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。この図では、タイミング期間t1〜t6における、WLU、DWL、PDLU及びPDLL(PDLU/Lで表示)、/act、TGU、TGL、SAP、及びblu、/bluの変化をグラフ上側(接地電位GND〜(電源電位VCC)〜昇圧電位Vpp)で示し、gu、/gu、blc、/blcの変化をグラフ下側(接地電位GND〜電源電位VCC)で示している。なお、アレイ選択信号TGUP、TGLP、ビット線トランスファーゲート非選択信号STBU、STBLは記載を省略している。以下、この図の例では、図5の上側のセルアレイ部101のメモリセル128が選択される例を示す。その際、アレイ選択信号TGLPはLowレベル(GND)、TGUPはHighレベル(VCC)になり、N型トランジスタ123、126はオフするので、セルアレイ部101と104で共用・シェアしているセンスアンプ部102は、セルアレイ部101のメモリセルのデータの増幅のために活性化する。説明は省略するが、図5の下側のセルアレイ部104のメモリセル132が選択される場合は、アレイ選択信号TGLPとTGUPの状態が逆になるだけで、それ以降は同様の動作をする。
Next, the operation of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. In this figure, changes in WLU, DWL, PDLU, and PDLL (indicated by PDLU / L), / act, TGU, TGL, SAP, and blu, / bl in timing periods t1 to t6 are shown on the upper side of the graph (ground potential GND˜ (Power supply potential VCC) to boosted potential Vpp), and changes in gu, / gu, blc, and / blc are shown on the lower side of the graph (ground potential GND to power supply potential VCC). The array selection signals TGUP and TGLP and the bit line transfer gate non-selection signals STBU and STBL are not shown. Hereinafter, the example of this figure shows an example in which the
(1)スタンバイのタイミング期間t1
ビット線対イコライズ信号PDLU、PDLLのHighレベル(VCC)により、ビット線対blu、/bluがバランスし、プリチャージされている(GND)。その時間、ビット線トランスファーゲート選択回路105、107の出力であるビット線トランスファーゲート選択信号TGU、TGLは、アレイ活性化信号/actのHighレベル(VCC)によりLowレベル(GND)となる。また、アレイ選択信号TGUP、TGLPのデコード状態に関係なく、アレイ活性化信号/actはHighレベル(VCC)であるため、ビット線トランスファーゲート非選択信号STBU、STBL(図6にて図示されず)はHighレベル(VCC)になり、セルフブート節点gu、/gu、gl、/glはGNDレベルに初期化されている。
(1) Standby timing period t1
The bit line pair blu and / blu are balanced and precharged (GND) by the high level (VCC) of the bit line pair equalize signals PDLU and PDLL. During this time, the bit line transfer gate selection signals TGU and TGL, which are the outputs of the bit line transfer
(2)スタンバイ解除、アレイ選択とセルフブート節点へのプリチャージ開始のタイミング期間t2
アレイ選択信号TGUP、TGLPのデコードとアレイ活性化信号/actはLow(GND)で、選択アレイ側(セルアレイ部101側)のビット線トランスファーゲート選択信号TGUがHigh(VCC)となり、非選択アレイ側(セルアレイ部104側)のビット線トランスファーゲート選択信号TGLはLow(GND)のままである。これにより共有・シェアしているセンスアンプ部102は、セルアレイ部101のメモリセルのデータの増幅のために活性化することになる。選択アレイ側のビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114、117のゲート入力信号(gu、/gu)を出力するビット線トランスファーゲート活性素子である低VTN型トランジスタ112、115は、セルフブート節点gu、/guへプリチャージを開始する。それと並行して選択アレイ側のビット線イコライズ信号PDLUがLowレベル(GND)になり、ビット線対blu、/bluのバランス、プリチャージを解除する。
(2) Timing period t2 of standby release, array selection, and start of precharge to self-boot node
Decoding of the array selection signals TGUP and TGLP and the array activation signal / act are Low (GND), the bit line transfer gate selection signal TGU on the selected array side (
(3)ワード活性、セルフブート節点プリチャージのタイミング期間t3
セルフブートの節点である高耐圧ではないN型トランジスタ114、117のゲート節点gu、/guは負荷容量が小さく、高耐圧ではないN型トランジスタ114、117の両方のゲート節点電位は
VCC−Vtn112(Vtn112:低VTN型トランジスタ112の閾値、
Vtn112≒Vtn115(:低VTN型トランジスタ115の閾値、低VTN型トランジスタ112と同じものを使用するため、閾値はプロセスばらつき分を含め、ほぼ同じ))
に設定される。並行してワード線WLU0の活性(Vpp)により、セル128のデータが、ビット線bluに伝搬し、続いてビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114を経由して、センスアンプ内ビット線blcに伝搬する。それと共に、ダミーワード線DWL0の活性(Vpp)により、ダミーセル146の容量分の電荷が、センスアンプ内ビット線/blcに伝搬、GNDレベルから僅かに電位を持ち上げ、続いてビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ117を経由して、ビット線/bluに伝播する。
(3) Timing period t3 of word activation and self-boot node precharge
The gate nodes gu and / gu of the N-
Vtn112≈Vtn115 (: The threshold value of the low VTN transistor 115 is the same as that of the
Set to In parallel with the activation (Vpp) of the word line WLU0, the data of the
(4)センスアンプ活性、セルフブート開始のタイミング期間t4
センスアンプ活性信号SAPの活性(VCC)により、センスアンプ部102による増幅が開始され、センスアンプ内ビット線blc電位が上昇する。それが、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114を経由して、ビット線blu電位を上昇させる。ビット線bluの電位上昇に伴い、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114のセルフブートゲート節点guがセルフブートによりVCC以上に上昇する。VCC以上に上昇した電位がVCC+Vtn112(Vtn112:低VTN型トランジスタ112の閾値)に到達した時点で、メモリセル128への書き込み電圧(ビット線bluの電位)がVCCとなり、読み出す際に必要十分な電荷を確保することが可能となる。セルフブートゲート節点guはセンスアンプ部102の活性期間中、bluの電位降下がないため、ブートされた電位を保持する。セルフブートゲート節点/guの電位はセンスアンプ部102活性の影響を受けることなく、低VTN型トランジスタ115を経由したVCC−Vtn115(Vtn115:低VTN型トランジスタ115の閾値)に落ち着く。
(4) Sense amplifier active, self boot start timing period t4
Amplification by the
(5)内部初期化開始、およびセルフブート終了のタイミング期間t5
メモリセル128の再書き込み電荷を確保した後、ワード線WLU0、ダミーワード線DWL0が非活性(GND)になる。続くセンスアンプ活性信号SAPの非活性(GND)を受け、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114のゲート節点guはGNDレベルに向かう。アレイ活性化信号/actのHighレベル(VCC)を受けて、ビット線トランスファーゲート選択信号TGUはLowレベル(GND)となる。ビット線トランスファーゲート非選択信号STBUはHighレベル(VCC)となり、ビット線/bluのビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ117のゲート節点/guも、GNDレベルに落ち着く。ビット線対blu、/bluはビット線対イコライザPDLUのHighレベル(VCC)を受け、GNDレベルにバランス、プリチャージされる。
(5) Timing period t5 of internal initialization start and self-boot end
After securing the rewrite charge of the
(6)初期化が行われたタイミング期間t6
以降、内部は、それまでのt1からt5を繰り返し動作する。
(6) Timing period t6 when initialization is performed
Thereafter, the inside repeatedly operates from t1 to t5.
複数のワード線と、ワード線と交差する複数のビット線対により構成され、センスアンプのP型トランジスタとN型トランジスタの両方を共有するシェアードセンスアンプを用いる半導体記憶装置の場合、センスアンプからビット線へのデータHigh伝播時、トランスファーゲートのVT(閾値)分の電位低下を避けるため、ビット線トランスファーゲートのゲートに昇圧電位を供給することが不可欠となる。特許文献1の例(図1〜図4)では、図3に示すように、ビット線のデータ伝播時にブートが不可欠のビット線トランスファーゲートを駆動する節点BLTl、BLTrが長配線で容量負荷が大きいため、ブート前に十分な電荷を充電すべく、駆動用インバータ62、65に昇圧電圧Vppを用い、前段のドライバであるN型トランジスタN10、N12のゲートに昇圧電位Vppを印加し、その出力をVCCとする構成であった。
In the case of a semiconductor memory device using a shared sense amplifier that is configured by a plurality of word lines and a plurality of bit line pairs intersecting the word lines and shares both the P-type transistor and the N-type transistor of the sense amplifier, the bit from the sense amplifier When data High is propagated to the line, it is indispensable to supply a boosted potential to the gate of the bit line transfer gate in order to avoid a potential drop corresponding to VT (threshold) of the transfer gate. In the example of FIGS. 1 to 4 (FIGS. 1 to 4), as shown in FIG. 3, the nodes BLTl and BLTr for driving the bit line transfer gate, which is essential for booting at the time of bit line data propagation, are long wires and have a large capacitive load. Therefore, the boosted voltage Vpp is used for the driving
しかし、本実施の形態では、図5に示すように、上記ブートが不可欠な節点をセンスアンプ列単位(センスアンプアレイ148毎)で分割したことにより、セルフブート節点gu(、/gu、gl、/gl)で示すようなビット線トランスファーゲートであるN型トランジスタ114(、117、123、126)のゲート容量と、セルフブート節点gu(、/gu、gl、/gl)に電位を供給するドライバである低VTN型トランジスタ112とN型トランジスタ113(、低VTN型トランジスタ115とN型トランジスタ116、低VTN型トランジスタ121とN型トランジスタ122、低VTN型トランジスタ124とN型トランジスタ125)の拡散層容量のみとすることでセルフブートがかかる節点の負荷を極小化、セルフブート実行前の電位確保を十分に確実にして効率良くブートがかかるようにしている。
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, by dividing the nodes indispensable for booting in units of sense amplifier arrays (each sense amplifier array 148), self-boot nodes gu (, / gu, gl, / Gl) and a driver for supplying a potential to the gate capacitance of the N-type transistor 114 (117, 123, 126) as a bit line transfer gate and the self-boot nodes gu (, / gu, gl, / gl). Diffusion layer of
それに加えて、更に図5の低VTN型トランジスタ112(、115、121、124)で示すVCC供給側素子に低VTトランジスタを使用することによって、セルフブート節点gu(、/gu、gl、/gl)に電位を供給するドライバのゲートにVCCレベルの昇圧回路により生成される昇圧電位Vppではなく通常の周辺回路に使用しているVCCを印加し、出力電位を“VCC−VTN(低VTトランジスタ(低VTN型トランジスタ112(、121、115、124))の閾値)”、とすることができる。VTNが小さいため(VCC−VTN)をセルフブーストするとVCCを超えることができるからである。低VTトランジスタのVTNは、通常のN型トランジスタに比べ小さいため、出力電位VCC−VTNとVCCの差は、SAP活性に伴うセルフブートにより上昇する電位幅よりはるかに小さく、セルフブート時、センスアンプ149内High側ビット線blcからメモリセル101内High側ビット線bluに最大電位であるVCCレベルを伝播できる出力、VCC+VTNをセルフブート節点guに出力することが十分可能である。そのため、ワード線ドライバを除く昇圧電位Vpp生成回路の削除が可能になり、昇圧電位Vpp供給能力の省電力化、具体的には、電圧比較等を含む昇圧電源生成回路、ポンピング回路、オシレータ等の規模縮小による消費電流の削減という効果がある。なお、本実施の形態では、特許文献1の例に比べブート直前のビット線トランスファーゲートのゲート節点電位が上記低VTの閾値分だけ低くなるが、同節点の容量負荷が、特許文献1の例の長配線分に比べ著しく微小であるため、ブート電位不足にはならない。
In addition, by using a low VT transistor for the VCC supply side element indicated by the low VTN transistor 112 (115, 121, 124) of FIG. 5, self-boot nodes gu (, / gu, gl, / gl ) Is applied to the gate of the driver that supplies the potential to the gate of the normal peripheral circuit instead of the boosted potential Vpp generated by the VCC level booster circuit, and the output potential is set to “VCC−VTN (low VT transistor ( The threshold value of the low VTN transistor 112 (, 121, 115, 124))) ”. This is because VTN is small and (VCC-VTN) can be boosted to exceed VCC. Since the VTN of the low VT transistor is smaller than that of a normal N-type transistor, the difference between the output potential VCC−VTN and VCC is much smaller than the potential width that rises due to self-boot associated with the SAP activity. It is sufficiently possible to output VCC + VTN to the self-boot node gu, the output capable of propagating the VCC level as the maximum potential from the high-side bit line blc in 149 to the high-side bit line blu in the
(第2の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成について、添付図面を参照して説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。この半導体記憶装置1aは、第1の実施の形態の半導体記憶装置1(図5)で示されたビット線対をGNDプリチャージ方式からHfVcc(≒VCC×0.5)プリチャージ方式に変更した回路を用いている。半導体記憶装置1a(図7)は、半導体記憶装置1(図5)と比較して本発明の特徴部分に変更はないが、HfVccプリチャージ方式を用いているので、回路構成に関して以下の3つの点で異なっている。
(Second Embodiment)
The configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. In this semiconductor memory device 1a, the bit line pair shown in the semiconductor memory device 1 (FIG. 5) of the first embodiment is changed from the GND precharge method to the HfVcc (≈VCC × 0.5) precharge method. A circuit is used. The semiconductor memory device 1a (FIG. 7) is not changed in the characteristic part of the present invention as compared with the semiconductor memory device 1 (FIG. 5). However, since the HfVcc precharge method is used, the following three circuit configurations are used. It is different in point.
(a)第1の相違点は、
GNDプリチャージ方式では注目セルのビット線がHighなのかLow判定するために必要とされた比較用リファレンスレベル生成のためのダミーワード系回路(DWL0、DWL1を含む)が不要になる。
(b)第2の相違点は、
GNDプリチャージ方式ではビット線のイコライズレベル(GND)と、PDLU、PDLLの活性時との電位差、いわゆるVGS(ゲート、ソース間電圧、実質VCC)が十分あり、ビット線対は問題なくイコライズできるが、HfVcc方式では、ビット線のイコライズレベルがHfVcc(≒VCC×0.5)になってしまうため、いわゆるVGSがGNDプリチャージ方式の半分になってしまうため、PDLU、PDLLの活性時の電位を昇圧する必要がある。PDLU、PDLLの活性時の電位は、昇圧電位Vpp電位までは必要ないものの、VCCより図7で示したN型トランジスタ109、110、111、118、119、120のVTを超える程度に昇圧した電位Vpp2を必要とする。ただし、高耐圧トランジスタは使用せず、電位供給の最適化で対応可能な範囲内である。
(c)半導体記憶装置1(図5)のセンスアンプ部102では、スウィング幅がGNDからVCC近傍であった。しかし、本方式(半導体記憶装置1a(図7))のセンスアンプ部149では、スウィング幅がHfVccからVCC近傍になるため、セルフブートの昇圧幅が減少する。ただし、これも図7で示したN型トランジスタ114、117、123、126のチャネル幅W、および低VTN型トランジスタ112、115、121、121のチャネル長Lの最適化で電位伝播に必要なブートレベルは十分に確保できる。
(A) The first difference is
In the GND precharge method, a dummy word circuit (including DWL0 and DWL1) for generating a reference level for comparison, which is required to determine whether the bit line of the cell of interest is High, becomes unnecessary.
(B) The second difference is
In the GND precharge method, there is a sufficient potential difference between the equalization level (GND) of the bit line and when PDLU and PDLL are active, so-called VGS (gate-source voltage, substantial VCC), and the bit line pair can be equalized without any problem. In the HfVcc method, since the equalization level of the bit line becomes HfVcc (≈VCC × 0.5), so-called VGS becomes half of the GND precharge method, so that the potential when PDLU and PDLL are active It is necessary to boost the pressure. Although the potential at the time of activation of PDLU and PDLL is not required up to the boosted potential Vpp potential, the potential is boosted from VCC to the level exceeding the VT of N-
(C) In the
本実施の形態の半導体記憶装置1aは、図7に示すような回路構成をしている。半導体記憶装置1と比較して、センスアンプ部149にセンスアンプ活性信号SANが追加されている点とダミーワード系素子が削除されている点以外は、基本的に変更はない。
The semiconductor memory device 1a of the present embodiment has a circuit configuration as shown in FIG. Compared with the
センスアンプ部149は、P型MOSトランジスタ13とN型MOSトランジスタ14からなるCMOSインバータと、P型MOSトランジスタ15とN型MOSトランジスタ16からなるCMOSインバータとを交差接続してなる。そして、N型MOSトランジスタ14、 16の共通ソースはN型のMOSトランジスタ18のソースに接続される。N型MOSトランジスタ18のドレインはグランド電位に接続され、ゲートには、センスアンプ部149を駆動するセンスアンプ活性信号SANを、インバータ素子12で反転した信号を接続する。P型のMOSトランジスタ13、15の共通ソースには、P型のMOSトランジスタ17のソースが接続される。P型のMOSトランジスタ17のドレインはVCCに接続し、ゲートには、センスアンプ部149を駆動するセンスアンプ活性信号SAPを、インバータ素子11で反転した信号を接続する。
The
制御とそれに伴う動作はプリチャージ電位とブート幅以外、第1の実施の形態と同様である。なお、第1の実施の形態におけるセンスアンプアレイ148は本実施の形態におけるセンスアンプアレイ150に相当する。
The control and the accompanying operation are the same as those in the first embodiment except for the precharge potential and the boot width. Note that the
次に、本発明の第2の実施の形態に係る半導体記憶装置の動作について説明する。
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体記憶装置の動作を示すタイミングチャートである。この図では、タイミング期間t1〜t6における、WLU、PDLU及びPDLL(PDLU/Lで表示)、/act、TGU、TGL、SAP及びSAN、及びblu、/bluの変化をグラフ上側(接地電位GND〜(HfVcc)〜(電源電位VCC)〜(昇圧電位Vpp2)〜昇圧電位Vpp)で示し、gu、/gu、blc、/blcの変化をグラフ下側(接地電位GND〜(HfVcc)〜電源電位VCC)で示している。なお、アレイ選択信号TGUP、TGLP、ビット線トランスファーゲート非選択信号STBU、STBLは記載を省略している。以下、この図の例では、図7の上側のセルアレイ部101のメモリセル128が選択される例を示す。その際、アレイ選択信号TGLPはLowレベル(GND)、TGUPはHighレベル(VCC)になり、N型トランジスタ123、126はオフするので、セルアレイ部101と104で共用、シェアしているセンスアンプ部102は、セルアレイ部101のメモリセルのデータの増幅のために活性化する。説明は省略するが、図7の下側のセルアレイ部104のメモリセル132が選択される場合は、アレイ選択信号TGLPとTGUPの状態が逆になるだけで、それ以降は同様の動作をする。
Next, the operation of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. In this figure, changes in WLU, PDLU and PDLL (indicated by PDLU / L), / act, TGU, TGL, SAP and SAN, and blu and / bl in timing periods t1 to t6 are shown on the upper side of the graph (ground potential GND˜ (HfVcc) to (power supply potential VCC) to (boosted potential Vpp2) to boosted potential Vpp), and changes in gu, / gu, blc, / blc are shown on the lower side of the graph (ground potential GND to (HfVcc) to power supply potential VCC. ). The array selection signals TGUP and TGLP and the bit line transfer gate non-selection signals STBU and STBL are not shown. Hereinafter, the example of this figure shows an example in which the
(1)スタンバイのタイミング期間t1
ビット線をバランスするのに十分な昇圧電位Vpp2(VCC+(N型トランジスタ109〜111、118〜120の閾値より高い電位))を供給するビット線対イコライズ信号PDLU、PDLLはHighレベル(Vpp2)により、ビット線対blu、/bluがバランス、HfVcc電位にプリチャージされている。それ以外は第1の実施の形態での(1)と同じであるため、記載を省略する。
(1) Standby timing period t1
The bit line pair equalizing signals PDLU and PDLL for supplying a boosted potential Vpp2 (VCC + (potential higher than the threshold value of the N-
(2)スタンバイ解除、アレイ選択とセルフブート節点へのプリチャージ開始のタイミング期間t2
ビット線対のプリチャージ電位(HfVcc)以外は第1の実施の形態での(2)と差異がないため、記載を省略する。
(2) Timing period t2 of standby release, array selection, and start of precharge to self-boot node
Since there is no difference from (2) in the first embodiment except for the precharge potential (HfVcc) of the bit line pair, the description is omitted.
(3)ワード活性、セルフブート節点プリチャージのタイミング期間t3
特許文献1の例(図1〜図4)では複数のセンスアンプアレイ30に接続されて長配線となる制御信号BLTl、BLTrに対し、本実施の形態ではセルフブートの節点である高耐圧ではないN型トランジスタ114、117のゲート節点gu、/guは負荷容量が小さく、高耐圧ではないN型トランジスタ114,117、両方のゲート節点電位は、
VCC−Vtn112(Vtn112:低VTN型トランジスタ112の閾値、
Vtn112≒Vtn115(:低VTN型トランジスタ115の閾値、低VTN型トランジスタ112と同じものを使用するため、閾値はプロセスばらつき分を含め、ほぼ同じ))
に設定される。並行してワード線WLU0の活性(Vpp)により、セル128のデータが、ビット線bluに伝搬し、続いてビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114を経由して、センスアンプ内ビット線blcに伝搬する。それと共に、センスアンプ内ビット線/blcは、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ117を経由してビット線/bluと共にHfVcc電位を維持する。
(3) Timing period t3 of word activation and self-boot node precharge
In the example of FIGS. 1 to 4 (FIGS. 1 to 4), the control signals BLTl and BLTr that are connected to a plurality of
VCC-Vtn112 (Vtn112: threshold value of the
Vtn112≈Vtn115 (: The threshold value of the low VTN transistor 115 is the same as that of the
Set to In parallel with the activation (Vpp) of the word line WLU0, the data of the
(4)センスアンプ活性、セルフブート開始のタイミング期間t4
センスアンプ活性信号SAPおよびSANの活性(VCCおよびGND)により、センスアンプ部149による増幅が開始され、センスアンプ内ビット線blc電位が上昇し、センスアンプ内ビット線/blc電位が下降し始める。それが、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114を経由して、第1の実施の形態よりはHfVcc分だけ小さくビット線bluの電位を上昇させる。ビット線bluの電位上昇に伴い、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114のセルフブートゲート節点guがセルフブートによりVCC以上に上昇する。VCC以上に上昇した電位がVCC+Vtn112(Vtn112:低VTN型トランジスタ112の閾値)に到達した時点で、メモリセル128への書き込み電圧(ビット線bluの電位)がVCCとなり、読み出す際に必要十分な電荷を確保することが可能となる。セルフブートゲート節点guはセンスアンプ部149の活性期間中、bluの電位降下がないため、ブートされた電位を保持する。セルフブート節点/guの電位は最終的に、N型トランジスタ115を経由したVCC−Vtn115(Vtn115:低VTN型トランジスタ115の閾値)に落ち着く。
(4) Sense amplifier active, self boot start timing period t4
Sense amplifier activation signals SAP and SAN (VCC and GND) activate amplification by the
(5)内部初期化開始、およびセルフブート終了のタイミング期間t5
メモリセル128の再書き込み電荷を確保した後、ワード線WLU0が非活性(GND)になる。続くセンスアンプ活性信号SAPおよびSANの非活性(GNDおよびVCC)を受け、ビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ114のゲート節点guはGNDレベルに向かう。アレイ活性化信号/actはHighレベル(VCC)を受けて、ビット線トランスファーゲート選択信号TGUはLowレベル(GND)となる。ビット線トランスファーゲート非選択信号STBUはHighレベル(VCC)となり、ビット線/bluのビット線トランスファーゲートである高耐圧ではないN型トランジスタ117のゲート節点/guも、GNDレベルに落ち着く。ビット線対blu、/bluはビット線対イコライザPDLUのHighレベル(Vpp2)を受け、HfVcc電位にバランス、プリチャージされる。
(5) Timing period t5 of internal initialization start and self-boot end
After securing the rewrite charge of the
(6)初期化が行われたタイミング期間t6
以降、内部は、それまでのt1からt5を繰り返し動作する。
(6) Timing period t6 when initialization is performed
Thereafter, the inside repeatedly operates from t1 to t5.
本実施の形態に示されるように、ビット線のプリチャージ方式における第1の実施の形態で示された技術は、1/2(Half)VCC方式でも適用でき、第1の実施の形態と同様の効果も得られる。そのため、本発明は活用範囲が広い。 As shown in the present embodiment, the technique shown in the first embodiment in the bit line precharge method can be applied to the ½ (Half) VCC method, and is the same as in the first embodiment. The effect of can also be obtained. Therefore, the present invention has a wide application range.
本発明は少なくとも以下の効果を有している。
(I)第1の効果として、消費電流の削減がある。その理由としては、本発明はビット線トランスファーゲート選択回路に昇圧電位Vpp電位を供給することなくセルフブートを得られるため、昇圧電位Vpp生成回路の負荷削減ができるからである。
(II)第2の効果として、回路面積の縮小がある。その理由としては、昇圧電位Vpp生成回路、および関連回路の規模縮小、アレイ内部における高耐圧トランジスタが不要となるからである。
The present invention has at least the following effects.
(I) The first effect is reduction of current consumption. The reason is that the present invention can obtain a self-boot without supplying the boosted potential Vpp potential to the bit line transfer gate selection circuit, so that the load of the boosted potential Vpp generation circuit can be reduced.
(II) As a second effect, there is a reduction in circuit area. This is because the boosted potential Vpp generation circuit and related circuits are reduced in size, and a high breakdown voltage transistor in the array is not required.
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and it is obvious that the embodiments can be appropriately modified or changed within the scope of the technical idea of the present invention.
1 半導体記憶装置
101、104 セルアレイ部
102、149 センスアンプ部
103 ライト/リード系素子部
105、107 ビット線トランスファーゲート選択回路
106、108 ビット線トランスファーゲート非選択回路
Q29、109、118 N型トランジスタ
Q30、Q31、110、111、119、120 N型トランジスタ
N10、N12 N型トランジスタ
112、115、121、124 低VTN型トランジスタ
N11、N13、113、116、122、125 N型トランジスタ
114、117、123、126 N型トランジスタ
62、63、65、66 インバータ素子
Q25、Q27、13、15 P型MOSトランジスタ
Q26、Q28、14、16 N型MOSトランジスタ
17 P型MOSトランジスタ
18 N型MOSトランジスタ
11、12 インバータ素子
DC1、DC2、146、147 ダミーセル
Q1、Q2、127、129、131、133、 N型トランジスタ
C1、C2 容量
128、130、132、134 メモリセル
61、64、135、139 NANDゲート
137、141 インバータ素子
143、145 インバータ素子
136、140 遅延素子
142、144 NORゲート
10、20 メモリセルアレイ
30、148、150 センスアンプアレイ
MC1、MC2 メモリセル
BL、/BL、blu、/blu、bll、/bll ビット線対
WL1、WL2、WLU0〜WLUn、WLL0〜WLLn ワード線
DWL1、DWL2、DWL0 ダミーワード線
SA センスアンプ
BP プリチャージ回路
Q00〜Q11 ビット線トランスファーゲート
42、44 ビット線トランスファーゲート駆動回路
C00〜C11 結合容量
N14、N15、N16 クランプ用トランジスタダイオード
Vpp 昇圧電圧
Vpp2 昇圧電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor memory device 101, 104 Cell array part 102, 149 Sense amplifier part 103 Write / read system element part 105, 107 Bit line transfer gate selection circuit 106, 108 Bit line transfer gate non-selection circuit Q29, 109, 118 N-type transistor Q30 Q31, 110, 111, 119, 120 N-type transistor N10, N12 N-type transistors 112, 115, 121, 124 Low VTN type transistors N11, N13, 113, 116, 122, 125 N-type transistors 114, 117, 123, 126 N-type transistors 62, 63, 65, 66 Inverter elements Q25, Q27, 13, 15 P-type MOS transistors Q26, Q28, 14, 16 N-type MOS transistor 17 P-type MOS transistor 18 N MOS transistors 11, 12 Inverter elements DC1, DC2, 146, 147 Dummy cells Q1, Q2, 127, 129, 131, 133, N-type transistors C1, C2 Capacities 128, 130, 132, 134 Memory cells 61, 64, 135, 139 NAND gate 137, 141 Inverter element 143, 145 Inverter element 136, 140 Delay element 142, 144 NOR gate 10, 20 Memory cell array 30, 148, 150 Sense amplifier array MC1, MC2 Memory cells BL, / BL, blu, / blu, bll, / bll Bit line pairs WL1, WL2, WLU0-WLUn, WLL0-WLLn Word lines DWL1, DWL2, DWL0 Dummy word line SA Sense amplifier BP Precharge circuit Q00-Q11 Bit line traffic Scan fur gate 42 bit line transfer gate drive circuit C00~C11 coupling capacitance N14, N15, N16 clamping transistor diode Vpp boosted voltage Vpp2 boosted voltage
Claims (7)
前記複数のセンスアンプアレイに接続された複数のドライバ部と
を具備し、
前記複数のセンスアンプアレイの各々は、
前記第1方向に延伸するビット線対と、
前記ビット線対に接続されたセンスアンプ部と、
前記ビット線対に接続され、前記センスアンプ部の両側に設けられたプリチャージ部と、
前記ビット線対に接続され、各プリチャージ部の前記センスアンプ部と反対の側に設けられたメモリアレイ部と、
前記プリチャージ部と前記センスアンプ部との間の前記ビット線対上に設けられたスイッチ部と
を備え、
前記メモリアレイ部は、前記第2方向に延伸する複数のワード線と前記ビット線対との交点に対応して設けられた複数のメモリセルを含み、
前記プリチャージ部は、プリチャージ期間に前記ビット線対を所定の電位にプリチャージし、
前記スイッチ部は、前記メモリセルの選択時に、前記複数のドライバ部のいずれか一つが生成する前記スイッチ部を制御する信号に基づいて、メモリセルデータを伝播する
半導体記憶装置。 A plurality of sense amplifier arrays extending in the first direction and arranged in the second direction;
A plurality of driver units connected to the plurality of sense amplifier arrays,
Each of the plurality of sense amplifier arrays includes:
A pair of bit lines extending in the first direction;
A sense amplifier connected to the bit line pair;
A precharge unit connected to the bit line pair and provided on both sides of the sense amplifier unit;
A memory array unit connected to the bit line pair and provided on the opposite side of the sense amplifier unit of each precharge unit;
A switch unit provided on the bit line pair between the precharge unit and the sense amplifier unit,
The memory array unit includes a plurality of memory cells provided corresponding to intersections of a plurality of word lines extending in the second direction and the bit line pair,
The precharge unit precharges the bit line pair to a predetermined potential during a precharge period,
The switch unit propagates memory cell data based on a signal for controlling the switch unit generated by any one of the plurality of driver units when the memory cell is selected.
前記ドライバ部は、直列接続された2個のN型トランジスタを含み、
前記2個のN型トランジスタのうち、一方のN型トランジスタのソースは電源電位に、他方のN型トランジスタのソースはGND電位にそれぞれ接続され、
前記一方のN型トランジスタの閾値電圧は、前記他方のN型トランジスタの閾値電圧よりも低い
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The driver unit includes two N-type transistors connected in series,
Of the two N-type transistors, the source of one N-type transistor is connected to the power supply potential, and the source of the other N-type transistor is connected to the GND potential.
The threshold voltage of the one N-type transistor is lower than the threshold voltage of the other N-type transistor.
前記ドライバ部は、前記ビット線対がアクティブである場合のみ前記スイッチ部を駆動する
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The driver unit drives the switch unit only when the bit line pair is active. Semiconductor memory device.
前記一方のN型トランジスタを駆動する選択部と、
前記他方のN型トランジスタを駆動する非選択部と
を更に具備し、
前記選択部の素子は前記電源電位で駆動される
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 2,
A selector for driving the one N-type transistor;
A non-selection unit for driving the other N-type transistor,
The element of the selection unit is driven by the power supply potential.
前記プリチャージ部は、プリチャージ電位がGND電位である
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The semiconductor memory device, wherein the precharge unit has a precharge potential of a GND potential.
前記プリチャージ部は、プリチャージ電位が電源電位の1/2である
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
In the semiconductor memory device, the precharge unit has a precharge potential that is ½ of a power supply potential.
前記ドライバ部は、前記ビット線対毎に設けられている
半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1,
The driver section is provided for each of the bit line pairs.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011004604A JP2012146367A (en) | 2011-01-13 | 2011-01-13 | Semiconductor storage device |
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