JP2876830B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2876830B2
JP2876830B2 JP3183110A JP18311091A JP2876830B2 JP 2876830 B2 JP2876830 B2 JP 2876830B2 JP 3183110 A JP3183110 A JP 3183110A JP 18311091 A JP18311091 A JP 18311091A JP 2876830 B2 JP2876830 B2 JP 2876830B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置に関し、
特にビット線対を選択するカラムスイッチ回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体記憶装置は図7と図9に示
す。図7に示す半導体記憶装置は、複数のビット線対B
L0/BL0(オーハ゛ーライン)〜BL1/BL1(オーハ゛ーライン)を選択
的にデータ線DL,DL(オーハ゛ーライン)に接続するカラムス
イッチ23を備えており、カラムスイッチ23はNMO
SトランジスタM1,M4とM1,M4とは逆相のゲート入
力となるPMOSトランジスタM2,M3からなるトラン
スファーゲートで構成されている。
【0003】一方、図9のカラムスイッチ33はビット
線対BL0〜BL1(オーハ゛ーライン)をNMOSトランジスタM
5,M6の入力とし、M5,M6と直列に挿入されたNMO
SトランジスタM7のゲートを列アドレスデータ回路3
8に接続する差動増幅回路で構成されている。
【0004】まず、図7に示した従来例の動作を図8を
参照して説明する。アドレス信号の変化を検出してパル
ス信号を発生するアドレス遷移検出回路26からワード
線を活性化するパルス信号XEと、センスアンプ回路2
5を活性化するパルス信号SEと、プリチャージ回路2
2を活性化するパルス信号Pが所定のタイミング(t
1,t2)で出力される。行アドレスデコーダ回路27は
アドレス信号A0〜Anをデコードし、選択されたワード
線W0はパルス信号XEが低レベル状態では低レベル状
態を保ち、パルス信号XEが高レベル状態となったとき
にだけワード線W0は高レベル状態に移行する。なお、
ビット線BL,BL(オーハ゛ーライン)及びデータ線DL,DL
(オーハ゛ーライン)はパルス信号Pにより予めプリチャージが行
われる。つまり、ワード線W0が低レベルの間にプリチ
ャージ回路22のプリチャージ用トランジスタはオン状
態となり、全ビット線対とデータ線はプリチャージされ
る。逆にワード線W0が高レベルの時、プリチャージ用
トランジスタはオフ状態となり、ビット線対BL0,B
L0(オーハ゛ーライン)とデータ線DL0,DL0(オーハ゛ーライン)には
電荷が供給されない状態となる。
【0005】このようにワード線W0が高レベル状態と
なり、プリチャージ回路22がオフ状態となって、選択
されたメモリセル21のデータがビット線BL0〜BL1
(オーハ゛ーライン)に出力される。もし、メモリセル21が高レ
ベルのデータを保持しているとメモリセル21に接続さ
れたビット線は高レベルのままであり、逆に低レベルの
データの読み出されるビット線は低レベルになる。
【0006】その後、ワード線W0が高レベルから低レ
ベルに変わったところでビット線の低レベルは再び高レ
ベルにプリチャージされる(t3)。
【0007】一方、列デコーダ回路28によりカラムス
イッチ選択信号S0が低レベルから高レベルに変わる
と、トランジスタM1,M2,M3,M4がオン状態とな
り、ビット線BL0,BL0(オーハ゛ーライン)の状態がそのまま
データ線DL0,DL0(オーハ゛ーライン)に伝達され、センスア
ンプ回路25に入力される。センスアンプ回路25で増
幅されたデータはデータラッチ/出力バッファ回路29
から外部に出力される。
【0008】次に、図9に示された従来例の動作を図1
0を参照して説明する。この例も図7に示した従来例と
同様に、行アドレスデコーダ回路37がワード線W0を
選択して、プリチャージ回路32をオフ状態にして、メ
モリセル31のデータがビット線BL0〜BL0(オーハ゛ーライ
ン)、BL1〜BL1(オーハ゛ーライン)に出力される。一方、列デ
コーダ回路38によりすでにカラムスイッチ選択信号S
0は低レベルから高レベルに変わっており、カラムスイ
ッチ回路33のNMOSトランジスタM7はオン状態と
なっている。この例のカラムスイッチ回路33はビット
線BL0〜BL1(オーハ゛ーライン)をNMOSトランジスタM
5,M6のゲート入力としており、NMOSトランジスタ
M5,M6のソースを共通接点とし、該接点接地との間に
列アドレスデコーダ回路38により選択される信号Sを
ゲート入力とするNMOSトランジスタM7が接続され
ている。このカラムスイッチ回路33はNMOSトラン
ジスタM7がオン状態、つまり選択状態の時、NMOS
トランジスタM5,M6のゲート電位、つまりビット線B
L,BL(オーハ゛ーライン)の電位差を増幅してデータ線DL,
DL(オーハ゛ーライン)に出力する。ワード線Wが低レベルの間
に、ビット線BL0〜BL1(オーハ゛ーライン)は高レベルにプリ
チャージされるので、カラムスイッチ選択信号S0が高
レベルの間中、NMOSトランジスタM5,M6,M7は
オン状態となり、データ線DL,DL(オーハ゛ーライン)のプリ
チャージ回路34がオン状態であれば、電流は電源レベ
ルから、NMOSトランジスタM5またはM6とNMOS
トランジスタM7を通って接地へ常に流れている。
【0009】図9に示す従来例でも、センスアンプ回路
35で増幅されたデータはデータバス線DBに出力さ
れ、次にデータラッチ/出力バッファ39を通ってデー
タ端子DOUTに出力される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上説明してきた従来
のカラムスイッチ回路23,33のうち、トランスファ
ーゲート方式の例(図7)では、カラムスイッチ回路2
3のトランジスタM1〜M4を常にオン状態にしていて
も、プリチャージ回路22とワード線Wからパルス信号
XE,Pで制御されているので、電流はワード線Wが高
レベルになっている時だけプリチャージ回路22から流
れ、消費電流は比較的少ないもののレイアウト上で次の
ような問題点があった。すなわちPMOSトランジスタ
M2,M3とNMOSトランジスタM1,M4を配置する時
にラッチアップ現象を防止するために、これらトランジ
スタの分離幅を十分に取る必要があり、さらにPMOS
トランジスタM2,M3のデザインルール、例えばチャネ
ル長、P+拡散層分離間隔等は、P+のアクセプタとして
使うボロンの拡散係数がNMOSトランジスタの場合の
ドナーとしてのヒ素よりも大きいので、NMOSトラン
ジスタのデザインルールより大きく、トランジスタサイ
ズが大きくなりがちであった。その結果、メモリセル幅
と同一幅でカラムスイッチ23を配置することは非常に
難しかった。
【0011】一方、図9に示されている従来例では、カ
ラムスイッチ回路33はNMOSトランジスタだけで構
成されているので上述のレイアウト上問題は少ないが、
電流がプリチャージ回路34からNMOSトランジスタ
M5,M6,M7がオン状態である限り接地へ流れ込み、
消費電流が増加するという問題点がある。しかも、ワー
ド線Wが非選択状態でも、カラムスイッチ33がオン状
態であれば、電流が流れてしまう。従来カラムアドレス
選択信号はサイクルタイムと同サイクルで変化していた
ので、サイクルタイムが長いほどカラムスイッチを通っ
て流れる電流が大きくなる。更に、ビット構成が大きく
なると、同時にオン状態となるカラムスイッチ33の数
がビット構成と同じだけ増えるので、(カラムスイッチ
一台に流れる電流)×(ビット数分)だけ電流をカラム
スイッチ回路で消費することになる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願第1発明の要旨は、
行列状に配置されデータビットをそれぞれ記憶する複数
のメモリセルと、メモリセルの複数の行にそれぞれ接続
され、選択的に活性化される複数のワード線と、アドレ
ス遷移後のデータアクセスサイクル中に第1制御パルス
信号と第2制御パルス信号を出力するアドレス遷移検出
回路と、第1制御パルス信号に応答して行アドレスに対
応するワード線をデータアクセスサイクル中の第1期間
の間、選択的に活性化するアドレスデコーダと、データ
回路に接続されたデータ線対と、メモリセルの複数の列
にそれぞれ接続され、選択されたワード線に接続された
メモリセルに記憶されているデータビットに対応する電
圧差がそれぞれ形成される複数のビット線対と、上記第
2制御パルス信号に応答して上記データアクセスサイク
ル中の上記第1期間と異なる第2期間の間データ線対を
プリチャージするプリチャージ回路と、上記データ線対
と上記複数のビット線対との間にそれぞれ接続され選択
信号に応答して選択されたビット線対上の電圧差に対応
する電圧差を上記データ線対上に発生させる複数の列ス
イッチ回路と、列アドレスに対応する列スイッチ回路に
上記選択信号を供給する列アドレスデコーダとを備えた
半導体記憶装置において、上記複数の列スイッチ回路の
各々は、上記データ線対を構成するデータ線と共通ノー
ドとの間に接続され対応するビット線対を構成するビッ
ト線でゲート制御される第1トランジスタ及び第2トラ
ンジスタと、上記共通ノードと固定電圧源との間に接続
され、活性化パルス信号でゲート制御された第3トラン
ジスタとを有し、上記アドレス遷移検出回路は制御信号
として更に第3制御パルス信号を上記列アドレスデコー
ダ回路に供給し、上記列アドレスデコーダは上記第3制
御パルス信号に応答して上記第1期間中の第3期間の間
上記活性化パルス信号を上記列アドレスに対応する列ス
イッチ回路の第3トランジスタに供給することである。
【0013】本願第2発明の要旨は、上記複数の列スイ
ッチ回路はそれぞれの第3トランジスタと上記固定電圧
源との間に接続された第4トランジスタをそれぞれ有し
ており、上記第3制御パルス信号は上記列アドレスデコ
ーダ回路に代わりに上記第4トランジスタのゲートに供
給され、上記列アドレスデコーダ回路は選択された列ア
ドレスに応答して上記選択信号を形成することである。
【0014】
【0015】
【発明の作用】上記構成に係る半導体記憶装置では、メ
モリセルからデータがビット線対に読みだされると、ビ
ット線対上に電圧差が生じる。列アドレスビットで指定
されたカラムスイッチはカラム選択信号で活性化され、
データ線の一方を放電し、ビット線対上の電圧差をデー
タ線対に転送する。この時、アドレス遷移検出回路から
供給される制御パルス信号が活性レベルにある間のみカ
ラムスイッチはオンし、その他の期間はオフに留まる。
【0016】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図1は本発明の第1実施例に係る半導体記憶
装置の回路図であり、図2は第1実施例の列アドレスデ
コーダ7の回路図、図3は第1実施例のタイミング図、
図11はプリチャージ回路の回路図である。
【0017】図1において、行列状のメモリセル1はワ
ード線Wとビット線対BLに接続されており、ワード線
Wは行アドレスでデコーダー7で選択される。ビット線
対BLはカラムスイッチ回路3を介してデータ線DL(オ
ーハ゛ーライン)に接続され、データ線DL,D(オーハ゛ーライン)はセ
ンスアンプ回路5とデータラッチ/出力バッファ回路9
を介してデータ端子DOUTに至る。ビット線対BLとデ
ータ線DL,DL(オーハ゛ーライン)はプリチャージ回路2,4
でプリチャージされ、アドレス遷移検出回路6は制御用
パルス信号XE,SE,Pを発生する。
【0018】列アドレスデコーダ回路8はインバータI
1〜I6とナンドゲートNA1〜NA4で構成されている。
【0019】次に第1実施例の動作を説明する。アドレ
ス入力信号A0〜Anによって行アドレスと列アドレス
が各々行アドレスデコーダ回路7と列アドレスデコーダ
回路8に供給される。前記アドレス信号の変化は、アド
レス遷移検出回路6で検出され、パルス信号を順次発生
させる。まず、時刻t11にワード線を活性化するパル
ス信号XEと列アドレス選択信号を活性化するパルス信
号YEが発生し、次に、時刻t12にプリチャージ回路
活性化するパルス信号Pとセンスアンプ回路5を活
性化するパルス信号SEが発生する。
【0020】行アドレスデコーダ回路7で選択されたワ
ード線W0,W1がパルス信号化XEに応答して選択され
る。しかしながら、ビット線対BL、データ線DL,D
L(オーハ゛ーライン)はワード線Wが低レベルの間にプリチャー
ジされており、高レベルに移行するとパルス信号Pによ
ってプリチャージ回路2,4はオフ状態となる。ワード
線W0,W1が高レベルになると、メモリセル1からデー
タがビット線BL0,BL(オーハ゛ーライン),BL1,BL(オーハ
゛ーライン)に出力され、メモリセル1のデータは高レベルの
ノード側のビット線を高レベル状態のままにし、低レベ
ルノード側のビット線を高レベルから低レベルに移行さ
せる。ワード線W0,W1が低レベルに再び変化したとこ
ろでビット線対BLは再び高レベルになる。
【0021】一方、列アドレスデコーダ回路8で選択さ
れた信号B0 はパルス信号YEと共にナンドゲートNA
3 に供給され、パルス信号化されたカラムスイッチ選択
信号S0が出力される。このカラムスイッチ選択信号S0
で選択されるNMOSトランジスタM10は、選択信号S
0 が高レベルの間だけオン状態となり、カラムスイッチ
3を活性化する。このカラムスイッチ3はビット線対B
Lをゲート入力とするNMOSトランジスタM8,M9を
有しており、これらのソース接点N1 は共通で、このソ
ースN1 と接地との間にNMOSトランジスタM10が配
置されている。したがって、NMOSトランジスタM8
のドレインはデータ線DLに、NMOSトランジスタM
9 のドレインはデータ線DL(オーハ゛ーライン)に接続される構
成となっている。
【0022】今、ワード線W0により選択されたメモリ
セル1からビット線BL0に高レベルが、ビット線BL0
(オーハ゛ーライン)に低レベルがそれぞれ出力され、ビット線B
L0とBL0(オーハ゛ーライン)の電位と接点N1の電位差によ
り、NMOSM10がオン状態となるので、データ線DL
0,DL0(オーハ゛ーライン)に電位差が生じる。この電位差はB
L0−N1>BL0(オーハ゛ーライン)−N1であれば、DL0<D
L0(オーハ゛ーライン)となり、BL0−N1<BL0(オーハ゛ーライン)−
N1であればDL0>DL0(オーハ゛ーライン)になる。
【0023】この例では、カラムスイッチ3がNMOS
トランジスタだけで構成されているので、カラムスイッ
チ3が占有する面積を小さくすることができ、またカラ
ムスイッチ信号S0をパルス信号化しているので、カラ
ムスイッチで消費される電流が前記パルス信号の高レベ
ル状態の時間だけ流れる。したがって、消費電流の削減
になる。特に読み出しサイクルが長くなっても、カラム
スイッチ3がパルス信号で制御され、そのパルス幅がサ
イクル時間に依存しないので消費電流は一定となる。
【0024】次に本発明の第2実施例について図面を参
照して説明する。図4は本発明の第2実施例を示す回路
図であり、図5に第2実施例の列アドレスデコーダ18
の回路図を示し、図6は第2実施例のタイミング波形図
である。
【0025】この例では、ビット線対BL上にメモリセ
ル11からデータを出力する動作は第1実施例と同様で
ある。カラムスイッチ回路13はビット線対BLを入力
とし、ソースN2を共通とするNMOSトランジスタM1
1,M12と、接地間に設けられたNMOSトランジスタ
M13,M14とを備えている。NMOSトランジスタM13
のゲート入力はカラムスイッチ活性化パルス信号YEで
あり、NMOSトランジスタM14のゲート入力はカラム
アドレス選択信号Sである。またNMOSトランジスタ
M11のドレインはデータ線DLに、NMOSトランジス
タM12のドレインはデータ線DL(オーハ゛ーライン)に接続され
ている。
【0026】列アドレス入力が列アドレスデコーダ回路
18でデコードされ、カラムアドレス選択信号Sが一本
選択される。一方、アドレス遷移検出回路16によって
パルス信号YEがNMOSトランジスタM13のゲート入
力される。NMOSトランジスタM13とM14が共にオン
状態となったとき、カラムスイッチ13は活性化され、
選択されたビット線BL,BL(オーハ゛ーライン)の電位がデー
タ線DL,DL(オーハ゛ーライン)に伝達される。この例におい
ても、カラムスイッチ回路13はカラムアドレス信号S
によってNMOSトランジスタM14がオン状態であって
も、パルス信号YEが高レベルの間だけしか活性化され
ないので、カラムスイッチ13で消費される電流は従来
例に比べて減少する。しかも、サイクル時間が長くなっ
てもカラムスイッチ13で消費される電流は第1実施例
と同様に一定である。
【0027】この例においては、カラムスイッチ活性化
信号YEはカラムスイッチ13に直接入力されているの
で、列アドレスデコーダ回路18のトランジスタ数を第
1実施例より少なくすることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はカラムス
イッチの選択信号をアドレス遷移検出回路出力のパルス
信号で制御しているので、カラムスイッチ回路で消費す
る電流をビット構成を増やしたり、サイクル時間を長く
しても少なく一定に抑制できるという効果がある。
【0029】例えば、図9に示した従来例では、カラム
スイッチ1台当り3ミリアンペアの電流を消費してお
り、8ビット構成では、カラムスイッチ8台が同時に活
性化されるので3×8=24ミリアンペアの電流を消費
していた。一方、本発明では、例えば読み出しサイクル
時間150ナノ秒のうち、パルス信号YEが活性化され
る期間を30ナノ秒とすると、24×30/150=
4.8ミリアンペアとなり、著しく電流削減が達成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の回路図である。
【図2】第1実施例の列アドレスデコーダ回路の回路図
である。
【図3】第1実施例のタイミングチャートである。
【図4】第2実施例の回路図である。
【図5】第2実施例の列アドレスデコーダ回路を示す回
路図である。
【図6】第2実施例のタイミングチャートである。
【図7】従来例の回路図である。
【図8】従来例のタイミングチャートである。
【図9】他の従来例の回路図である。
【図10】他の従来例のタイミングチャートである。
【図11】プリチャージ回路の回路図である。
【符号の説明】
1,11,21,31 メモリセル 2,12,22,32 ビット線プリチャージ回路 3,13,23,33 カラムスイッチ回路 4,14,24,34 データ線プリチャージ回路 5,15,25,35 センスアンプ回路 6,16,26,36 アドレス遷移検出回路 7,17,27,37 行アドレスデコーダ回路 8,18,28,38 列アドレスデコーダ回路 M2,M3,M91,M92,M93 PMOSトランジスタ M1,M4〜M14 NMOSトランジスタ W ワード線 BL ビット線対 DL,DL(オーハ゛ーライン) データ線 S カラムスイッチ選択信号 XE ワード線活性化パルス信号 SE センスアンプ回路活性化パルス信号 P プリチャージ回路活性化パルス信号 YE カラムスイッチ回路活性化パルス信号 A アドレス入力信号 B カラムアドレスデコード信号 N1,N2 接点 9,19,29,39 データラッチ/出力バッファ回
路 DB データバス線 DOUT データ出力端子

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】行列状に配置されデータビットをそれぞれ
    記憶する複数のメモリセルと、 メモリセルの複数の行にそれぞれ接続され、選択的に活
    性化される複数のワード線と、 アドレス遷移後のデータアクセスサイクル中に第1制御
    パルス信号と第2制御パルス信号を出力するアドレス遷
    移検出回路と、 第1制御パルス信号に応答して行アドレスに対応するワ
    ード線をデータアクセスサイクル中の第1期間の間、選
    択的に活性化するアドレスデコーダと、 データ回路に接続されたデータ線対と、 メモリセルの複数の列にそれぞれ接続され、選択された
    ワード線に接続されたメモリセルに記憶されているデー
    タビットに対応する電圧差がそれぞれ形成される複数の
    ビット線対と、 上記第2制御パルス信号に応答して上記データアクセス
    サイクル中の上記第1期間と異なる第2期間の間データ
    線対をプリチャージするプリチャージ回路と、 上記データ線対と上記複数のビット線対との間にそれぞ
    れ接続され選択信号に応答して選択されたビット線対上
    の電圧差に対応する電圧差を上記データ線対上に発生さ
    せる複数の列スイッチ回路と、 列アドレスに対応する列スイッチ回路に上記選択信号を
    供給する列アドレスデコーダとを備えた半導体記憶装置
    において、 上記複数の列スイッチ回路の各々は、上記データ線対を
    構成するデータ線と共通ノードとの間に接続され対応す
    るビット線対を構成するビット線でゲート制御される第
    1トランジスタ及び第2トランジスタと、上記共通ノー
    ドと固定電圧源との間に接続され、活性化パルス信号で
    ゲート制御された第3トランジスタとを有し、 上記アドレス遷移検出回路は制御信号として更に第3制
    御パルス信号を上記列アドレスデコーダ回路に供給し、 上記列アドレスデコーダは上記第3制御パルス信号に応
    答して上記第1期間中の第3期間の間、上記活性化パル
    ス信号を上記列アドレスに対応する列スイッチ 回路の第
    3トランジスタに供給すること を特徴とする半導体記憶
    装置。
  2. 【請求項2】 上記複数の列スイッチ回路はそれぞれの
    第3トランジスタと上記固定電圧源との間に接続された
    第4トランジスタをそれぞれ有しており、上記第3制御
    パルス信号は上記列アドレスデコーダ回路に代わりに上
    記第4トランジスタのゲートに供給され、上記列アドレ
    スデコーダ回路は選択された列アドレスに応答して上記
    選択信号を形成する請求項1記載の半導体記憶装置。
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