JP2906518B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2906518B2
JP2906518B2 JP2016845A JP1684590A JP2906518B2 JP 2906518 B2 JP2906518 B2 JP 2906518B2 JP 2016845 A JP2016845 A JP 2016845A JP 1684590 A JP1684590 A JP 1684590A JP 2906518 B2 JP2906518 B2 JP 2906518B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に関し、特にセンス増幅器等
に供給する電源電圧を外部から供給される電源電圧より
低くして供給する構成の半導体記憶装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、大容量DRAMにおいては、サブミクロン化されつ
つあるMISトランジスタの信頼性劣化を防ぐために、メ
モリチップ上に外部から供給される電源の電圧より低い
内部電源電圧を発生する電源電圧変換回路を搭載する傾
向がある。
この回路には、例えば1986年のエイティーンス コン
ファレンス オブ ソリッド ステート デバイシズ
アンド マテリアルス(18th Conference of Solid Sta
te Devices and Materials)における「オンチップ サ
プライ ボルテージ コンバージョン システム アン
ド イッツ アプリケーション ツー ア フォーメガ
ビット ディラム(On−chip Supply Voltage Conversi
on Systems and Its Application to a 4Mb DRAM)」の
アブストラクト(Abstract)307〜310頁に記載された回
路がある。
この回路を第4図に示し、従来の技術について説明す
る。
この回路は、ビット線対(BL1,▲▼)〜(BLn,
▲▼)の信号をそれぞれ対応して増幅するセンス
増幅器21〜2nと、これらセンス増幅器21〜2nの高電位側
及び低電位側の電源供給端とそれぞれ対応して接続する
高電位側及び低電位側のセンス増幅器駆動線SAP,SAN
と、これらセンス増幅器駆動線SAP,SANと接続するプリ
チャージ回路4と、ドレインをセンス増幅器駆動線SAP
と接続しセンス増幅器活性化信号▲▼によりオン・
オフするPチャネルMIS型のトランジスタQ3と、ソース
を接地しドレインをセンス増幅器駆動線SANと接続して
センス増幅器活性化信号ΦSによりオン・オフするNチ
ャネルMIS型のトランジスタQ2と、第1の入力端に外部
から供給される電源(以下一次電源という)の電圧Vcc
より低い基準電圧VREFを入力し第2の入力端をトランジ
スタQ3のソースと接続する差動増幅器11及びゲートにこ
の差動増幅器11の出力電圧を入力しソースを一次電源の
電源供給端子(電圧Vcc)と接続しドレインをトランジ
スタQ3のソースと接続するPチャネルMIS型のトランジ
スタQ1を備え内部電源電圧VINTを発生する電源電圧変換
回路5とを有する構成となっている。
次に、この回路の動作について説明する。
この回路は、センス増幅器21〜2nによるビット線対
(BL1,▲▼)〜(BLn,▲▼)の信号増幅開
始以前においては、センス増幅器駆動線SAP,SAN及びビ
ット線対(BL1,▲▼)〜(BLn,▲▼)は同
電位、例えばVREF/2にプリチャージされている。又、セ
ンス増幅器活性化信号ΦS,▲▼はそれぞれ低電
位,高電位にあり、トランジスタQ2,Q3はいずれもオフ
している。
ビット線対(BL1,▲▼)〜(BLn,▲▼)
の増幅はセンス増幅器活性化信号のΦS,▲▼がそ
れぞれ高電位,低電位となり、トランジスタQ2,Q3がオ
ンし、センス増幅器駆動線SAPが電位上昇、センス増幅
器駆動線SANが電位下降することで開始される。
そして増幅器終了時には、各ビット線対(BL1,▲
▼)〜(BLn,▲▼)の高電位側は基準電位VREF
に到達する。
センス増幅駆動線SAP及び高電位側のビット線が一時
電源の電圧Vccの値にかかわらず基準電圧VREF迄しか上
昇しないのは電源電圧変換回路5によるもので、これよ
りセンス増幅器21〜2nを構成するトランジスタやビット
線対((BL1,▲▼)〜(BLn,▲▼)上に存
在するスイッチングトランジスタのソース,ドレインに
高電圧が印加されることなく、特性の劣化を抑えること
ができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の半導体記憶装置は、電源電圧変換回路
5で発生した内部電源電圧VINTを、トランジスタQ3を介
してセン増幅器駆動線SAPへ供給する構成となっている
ので、センス増幅器駆動線SAPの電位上昇に時間がかか
り、ビット線の高電位側が基準電圧VREFに達するまでの
時間が長くなるという欠点がある。
これは、1つは、トランジスタQ1をオンさせるには内
部電源電圧VINTの下降によって差動増幅器11の出力が低
電位になる必要があり、内部電源電圧VINTの下降中はセ
ンス増幅器駆動線SAPの電位上昇は行われないためであ
り、また、センス増幅器駆動線SAPの電位上昇が内部電
源電圧VINTの上昇につれて緩慢になるためである。尚、
後者は内部電源電圧VINTの上昇につれて差動増幅器11の
出力が上昇し、トランジスタQ1の電流供給能力が下るた
めである。
本発明の目的は、ビット線の高電位側が基準電圧に達
するまでの時間を短縮することができる半導体記憶装置
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、センス増幅器の第1及び第2
の電源供給端にそれぞれ対応して接続する第1及び第2
のセンス増幅器駆動線のうち、第1のセンス増幅器駆動
線電位を1次電源電圧レベルにプルアップする第1のト
ランジスタを有し、前記第1のセンス増幅器駆動線電位
を前記1次電源電圧より低いレベルの第1の基準電圧と
比較し、その比較結果が前記第1の基準電圧よりも低け
れば、センス増幅器活性化信号の活性化に応答して前記
トランジスタをオンにし前記第1のセンス増幅器駆動線
電位を前記基準電圧とほぼ等しくするように制御する第
1の電圧変換手段と、第2のセンス増幅器駆動線電位を
2次電源電圧レベルにプルダウンする第2のトランジス
タを有し、前記第2のセンス増幅器駆動線電位を2次電
源電圧より低いレベルの第2の基準電圧と比較し、その
比較結果が前記第2の基準電圧よりも高ければ、第2の
センス増幅器活性化信号の活性化に応答して前記第2の
トランジスタをオンにし前記第2のセンス増幅器駆動線
電位を前記第2の基準電圧とほぼ等しくするように制御
する第2の電圧変換手段とを備える半導体記憶装置にお
いて、前記第2のセンス増幅器駆動線電位を任意に設定
するように、前記第2の基準電位を所定のタイミングで
変化するようにしたことを特徴とする。
〔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。
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図である。
この実施例は、ビット線対(BL1,▲▼)〜(BL
n,▲▼)の信号をそれぞれ対応して増幅するため
のセンス増幅器21〜2nと、このセンス増幅器21〜2nの高
電位側及び低電位側の電源供給端とそれぞれ対応して接
続する高電位側及び低電位側のセンス増幅器駆動線SAP,
SANと、これらセンス増幅器駆動線SAP,SANと接続するプ
リチャージ回路4と、第1の入力端をセンス増幅器駆動
線SAPと接続し第2の入力端に一次電源の高電位側の電
源出力端の電圧Vccより低いレベルの基準電圧VREFを入
力してこれら第1及び第2の入力端の電圧を差動増幅す
る差動増幅回路11、ソースを一時電源の高電位側の電源
出力端と接続しドレインをセンス増幅器駆動線SAPと接
続するPチャネルMIS型のトランジスタQ1、及びセンス
増幅器活性化信号ΦSが能動レベルになるトランジスタQ
1をオンにしセンス増幅器駆動線SAPの電圧が基準電圧V
REF越えると差動増幅回路11の出力電圧によりトランジ
スタQ1をオフにし、このトランジスタQ1のドレインの電
圧、すなわち内部電源電圧をほぼ基準電圧VREFとする反
転回路12,NAND回路13より成るゲート回路を備えた電源
電圧変換駆動回路1と、ソースを一次電源の低電位側の
電源供給端子、すなわち接地端子と接続しドレインをセ
ンス増幅器駆動線SANと接続してセンス増幅器活性化信
号ΦSによりオン・オフするNチャネルMIS型のトランジ
スタQ2とを有する構成となっている。
この実施例においては、センス増幅器ΦSが能動レベ
ルの高レベルになると、NAND回路13の出力が低レベルに
なるのでトランジスタQ1はオンとなり、センス増幅器駆
動線SAPに直ちに一次電源(電圧Vcc)から電源が供給さ
れ電位が上昇する。
センス増幅器駆動線SAPの電位が上昇し基準電圧VREF
を越えると差動増幅器11の出力は高レベルとなり、従っ
てNAND回路13の出力は高レベルとなってトランジスタQ1
はオフとなる。従って、トランジスタQ1のドレイン及び
センス増幅器駆動線SAPの電圧、すなわち内部電源電圧V
INTはほぼ基準電圧VREFと等しくなる。
従って、センス増幅器駆動線SAP及びビット線高電位
側の電位が基準電圧VREFに達するまでの時間を従来例よ
り短かくすることができる。
この効果を確認するため、第1図及び第4図の回路に
ついて計算機シミュレーションを行った。その条件及び
結果を次に示す。
センス増幅器21〜2nの数を4090とし、その1個当りの
トランジスタのチャネル長L及びチャネル幅Wは、Pチ
ャネルMIS型に関してはL=1.8μm、W=18μm、Nチ
ャネルMIS型に関してはL=1.8μm,W=7μm、ビット
線BL1〜BLn,▲▼〜▲▼の容量は200fF、電
源電圧変換駆動回路1のトランジスタQ1はL=14μm,W
=2000μm、電源電圧変換回路5のトランジスタQ1はL
=1.4μm,W=4000μm、トランジスタQ3はL=1.4μm,W
=4000μmとした。又、コンダクタンス定数β、及びし
きい値電圧VTについてはPチャネルMTS型のトランジス
タはβ=200μs/V,VT=−0.8V、NチャネルMIS型トラン
ジスタはβ=400μs/V,VT=0.8Vとした。
以上の様な回路定数を用いてVcc=5V,VREF=4.4V、ビ
ット線対の差電位20mVの条件で高電位側のビット線2Vか
ら4Vに達する迄の時間を両者について算出した。その結
果は第1図の回路では18ns、第4図の回路では34nsであ
った。
第2図は本発明の第2の実施例を示す回路図である。
この実施例は、第1図のトランジスタQ2に換えて第2
の電源電圧変換駆動回路1Aを設けたものである。
第2の電源電圧変換駆動回路1Aは、第1の入力端を低
電位側のセンス増幅器駆動線SANと接続し第2の入力端
に第2の基準電圧VREFLを入力してこれら第1及び第2
の入力端の電圧を差動増幅する第2の差動増幅回路11A
と、ソースを一次電源の低電位の電源出力端、すなわち
接地端子と接続しドレインをセンス増幅器駆動線SANと
接続するNチャネルMIS型のトランジスタQ2と、センス
増幅器活性化信号ΦSが能動レベルになるあと差動増幅
回路11Aの出力電圧によりトランジスタQ2をオン・オフ
してこのトランジスタQ2のドレインの電圧を第2の基準
電圧VREFLとほぼ等しくし、センス増幅器活性化信号ΦS
が非能動レベルのときトランジスタQ2をオフにする第2
のゲート回路のNOR回路14とを備えた構成となってい
る。
この実施例においては、ビット線の高電位側だけでは
なく、低電位側も基準電圧VREFLに抑えることができる
ので、ビット線の充放電電荷量をより少なく抑えること
ができるという利点がある。
第3図は本発明の第3の実施例を説明するための基
準電圧VREFLと内部電源電圧VINTLの波形図である。
この実施例は、第2図に示された第2の実施例におい
て、基準電圧VREFLを時間と共に変化するようにしたも
のである。
ビット線増幅開始時t0においては、センス増幅器駆動
線SANは初期電位V0にあり、センス増幅器活性化信号▲
▼が低電位になることでセンス増幅器駆動線SANの
電位はVREFLの最初の電位V1に向って降下し始める。
次に時刻t1において基準電圧VREFLが電圧V1より低い
電圧V2に変化することで、センス増幅器駆動線SANの電
位は電圧V2に向って更に降下し始める。
これは従来からダイナミックメモリにおいて用いられ
てきた2段階センスに対応する動作である。2段階セン
スとは、第4図のトランジスタQ2をチャネル幅の異なる
2つのトランジスタにより構成しこの2つのトランジス
タを順次オンさせてセンス増幅器駆動線SANを降下させ
る方法である。
これはセンス増幅器の感度がセンス増幅器の共通ソー
ス、すなわちセンス増幅器駆動線SANの電位の降下速度
がゆるやかな程向上する為に、まずチャネル幅の小さい
トランジスタで降下させ、ある程度ビット線に差電位が
ついた頃にチャネル幅の大きいトランジスタで所望の電
位迄すばやく降下させる方法である。
この第3の実施例では、基準電圧VREFLの設定のしか
たにより任意にセンス増幅器駆動線SANの電位を設定す
ることができるという利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、第1のセンス増幅器駆
動線と一次電源との間に1つのトランジスタを設け、こ
のトランジスタのオン・オフをゲート回路を介してセン
ス増幅器活性化信号及び差動増幅回路の出力信号で制御
する構成とすることにより、センス増幅器駆動線及びビ
ット線の高電位側の電位が基準電圧(VREF)に達するま
での時間を短縮することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ本発明の第1及び第2の実
施例を示す回路図、第3図は本発明の第3の実施例を説
明するための第2の基準電圧及び内部電源電圧の波形
図、第4図は従来の半導体記憶回路の一例を示す回路図
である。 1,1A……電源電圧変換駆動回路、4……プリチャージ回
路、5……電源電圧変換回路、11,11A……差動増幅器、
12……反転回路、13……NAND回路、14……NOR回路、21
〜2n……センス増幅器、BL1〜BLn,▲▼〜▲
▼……ビット線、SAN,SAP……センス増幅器駆動線、Q
1〜Q3……トランジスタ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】センス増幅器の第1及び第2の電源供給端
    にそれぞれ対応して接続する第1及び第2のセンス増幅
    器駆動線のうち、第1のセンス増幅器駆動線電位を1次
    電源電圧レベルにプルアップする第1のトランジスタを
    有し、前記第1のセンス増幅器駆動線電位を前記1次電
    源電圧より低いレベルの第1の基準電圧と比較し、その
    比較結果が前記第1の基準電圧よりも低ければ、センス
    増幅器活性化信号の活性化に応答して前記トランジスタ
    をオンにし前記第1のセンス増幅器駆動線電位を前記基
    準電圧とほぼ等しくするように制御する第1の電圧変換
    手段と、第2のセンス増幅器駆動線電位を2次電源電圧
    レベルにプルダウンする第2のトランジスタを有し、前
    記第2のセンス増幅器駆動線電位を2次電源電圧より低
    いレベルの第2の基準電圧と比較し、その比較結果が前
    記第2の基準電圧よりも高ければ、第2のセンス増幅器
    活性化信号の活性化に応答して前記第2のトランジスタ
    をオンにし前記第2のセンス増幅器駆動線電位を前記第
    2の基準電圧とほぼ等しくするように制御する第2の電
    圧変換手段とを備える半導体記憶装置において、前記第
    2のセンス増幅器駆動線電位を任意に設定するように、
    前記第2の基準電位を所定のタイミングで変化するよう
    にしたことを特徴とする半導体記憶装置。
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