JP3188608B2 - Dram内のアクセストランジスタを介してチャージ転送を検知するセンス回路 - Google Patents

Dram内のアクセストランジスタを介してチャージ転送を検知するセンス回路

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JP3188608B2
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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、ビットライン上のチャ
ージの最適なラッチ動作を実行できるようにダイナミッ
ク・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)装置の読
み出し動作中にメモリセル・アクセス・トランジスタを
介してチャージ転送のタイミングを追跡・検知するセン
ス回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ(DRAM)は、ロウおよびカラムでアドレス可能
な複数のメモリセルから構成されている。各メモリセル
は、キャパシタと絶縁ゲート電解効果型のアクセストラ
ンジスタ(Insulated-Gate Field-Effect Access Trans
istor :IGFET)から構成されている。キャパシタ
はアクセストランジスタを介してカラムライン(また
は、ディジットラインもしくはビットラインとも呼ばれ
る)と結合されている。
【0003】アクセストランジスタのゲートの動作はロ
ウライン(または、ワードラインとも呼ばれる)により
制御される。2進法のデータビットは充電されたセル容
量(2進数:1)または、非充電セル容量(2進数:
0)で表される。各メモリセルの内容を読み出すため
に、メモリセルに関連づけられたワードラインが活性化
され、これによりメモリセルキャパシタ(単に、セルキ
ャパシタともいう)が個々のセルに関連づけられたディ
ジットラインと短絡される。メモリセル内に蓄えられた
フルチャージ(もしくは、チャージなし)の情報をディ
ジットラインへ転送するために、ワードラインを電源電
圧Vccより大きい電圧でブートストラップすることは
一般的に行われる。読み出し動作の前に、ディジットラ
インペアは1/2Vccの電圧で平衡化される(イコラ
イズされる)。
【0004】このように、セルキャパシタがその関連づ
けられているディジットラインと短絡され、セルキャパ
シタからの放電によりイコライズされた平衡電圧(1/
2Vcc)が、わずかに上昇されるか、わずかに引き下
げられるかのいずれかとなる。ディジットラインとセル
キャパシタ間でフルチャージ転送が一旦生じれば、ディ
ジットラインと関連のあるセンスアンプがデータをラッ
チするために起動する。
【0005】このセンスアンプのラッチ動作に関して以
下に説明する。もしディジットラインの電圧が1/2V
ccよりも小さかったならば、Nチャネルセンスアンプ
はディジットラインの電圧を接地電位へ落とす。反対
に、もし、ディジットラインの電圧が1/2Vccより
も大きかったならば、Pチャネルセンスアンプは、ディ
ジットラインの電圧を最大のVccまで上げる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
DRAM装置におけるラッチ動作に関して以下の問題が
あった。センスアンプによるラッチ動作のタイミングを
厳密に検出することは重要である。もしラッチ動作がフ
ルチャージ転送が完了する以前になされた場合、ラッチ
された値は、メモリセル内に格納されたデータビットの
真のデータ値を反映していない。一方、もしフルチャー
ジ転送の完了後相当時間の経過した時にラッチ動作が行
われた場合、ディジットライン上の電荷は部分的に消え
去っており、ラッチされた値は、格納されたデータビッ
トの真の値を反映しない。たとえ、データが不正確にラ
ッチされていないとしても、メモリの動作スピードは影
響を受ける。
【0007】明確に言えば、DRAMにおいてはデータ
のラッチ動作に対して最適な瞬間がある。ラッチ動作が
その最適な瞬間に近づくほど、メモリの動作特性は良く
なると言える。現在の技術では、ダミーメモリアレイ素
子(これは、実際のメモリアレイのRC時定数の近似値
を与える)と組み合わせた遅延素子の列もしくはシュミ
ットトリガ回路を用いてラッチ動作の最適の時間(タイ
ミング)を近似するのが通常である。しかしながら、最
適のラッチタイミングを得ることは困難なことであっ
た。
【0008】本発明は、上記した従来のDRAM装置の
センスアンプにおけるラッチ動作のタイミングに伴う問
題点を解決するためになされたものであり、その目的と
するところは、DRAM装置に適用され、メモリセルト
ランジスタからディジットライン上に読み出されたチャ
ージのラッチ動作の最適なタイミングを検出し、センス
アンプに指示できるセンス回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段および作用】本発明のセン
ス回路は、フェーズイネーブル信号が供給されるダミー
ワードラインと、ダミーワードライン上のフェーズイネ
ーブル信号により制御されるゲートを有しており、しき
い値電圧に関してDRAMアレイ内のセルアクセストラ
ンジスタをシミュレートする単一のダミーアクセストラ
ンジスタと、ダミーアクセストランジスタを介して第1
のポテンシャルに結合されるとともに、ディジットライ
ン容量をシミュレートするキャパシタを介して第2のポ
テンシャルに結合されているフローティングノードと、
フローティングノードのチャージ状態を表す出力信号を
生じ、この出力信号をDRAM内のデータのラッチ動作
を開始するために用いる、フローティングノードに結合
された出力ノードとから構成され、これによりセルアク
セストランジスタを介してチャージ転送を追跡・検知す
ることを特徴としている。
【0010】好ましい態様においては、上記センス回路
において、ダミーワードラインは、前記DRAMのメモ
リセルアレイのワードラインと構造的に同一であること
を特徴としている。構造的に同一なので、周囲の温度の
変化や電圧の変動があった場合でも正確なチャージ転送
を検出することができる。
【0011】好ましい態様においては、上記センス回路
において、ダミーワードラインは抵抗とキャパシタとを
有し、該抵抗の抵抗値と該キャパシタのキャパシタ値と
で関連づけられており、該抵抗値および該キャパシタ値
は、機能的ワードラインのRC時定数と密接に近似した
ダミーワードラインのRC時定数を与えることを特徴と
している。好ましい態様においては、上記センス回路に
おいて、フローティングノードは、反転したCMOSド
ライバ回路を介して出力ノードと結合され、該CMOS
ドライバ回路はフローティングノードと直接結合された
入力を有することを特徴としている。
【0012】好ましい態様においては、上記センス回路
は、さらに第1のアクセストランジスタを有し、該第1
のアクセストランジスタのゲートは出力ノードと結合さ
れ、該第1のアクセストランジスタは、フローティング
ノードと第1のポテンシャルとを結合することを特徴と
している。好ましい態様においては、上記センス回路に
おいて、出力ノードからの信号の大きさは、少なくとも
1つの追加のCMOSドライバ回路を通過させて増加さ
せられることを特徴としている。
【0013】好ましい態様においては、上記センス回路
において、フローティングノードは第1のバスに結合さ
れ、該第1のバスからフローティングノードへの電流は
電流制限装置により制限されることを特徴としている。
好ましい態様においては、上記センス回路において、前
記フローティングノードは前記キャパシタを介して前記
第2のポテンシャルに保たれている第2のバスと結合し
ており、第2のアクセストランジスタおよび第3のアク
セストランジスタを有し、該第2のアクセストランジス
タおよび該第3のアクセストランジスタを介して、前記
ダミーアクセストランジスタのゲートと前記フローティ
ングノードとを、それぞれ、リセット信号に応答する前
記第2のバスに結合することを特徴としている。
【0014】上記した構成の本発明のセンス回路および
様々な実施態様におけるセンス回路は、低消費電力の簡
単な構成を有する回路である。該センス回路は、DRA
Mセルとそのセルに関連づけられたディジットライン間
でのキャパシタ転送のセンスアンプによるラッチ動作タ
イミングを正確に検知し指示する機能を有する。即ち、
本発明のセンス回路はDRAM装置内に組み込まれ、D
RAMセルのキャパシタと該セルに関連するディジット
ライン(ビットライン)間のチャージ転送時のセンスア
ンプによるラッチ動作の最適タイミングを正確に追跡・
検知する機能を有する。
【0015】本発明のセンス回路は、DRAM装置の周
辺回路として配置され、ディジットラインの容量(capa
citance)をシミュレートするキャパシタを介してグラ
ンドへ結合されているフローティングノードをチャージ
するためのモデルアクセストランジスタすなわちダミー
アクセストランジスタを使用する。このフローティング
ノードは、Nチャネル電界効果型の出力トランジスタの
ゲートと接続されている。該フローティングノードの電
圧が、この出力トランジスタのしきい値(threshold vo
ltage )に到達したら、出力トランジスタはオンし始め
る。該出力トランジスタからの出力は(この場合、接地
電位である)、上記フローティングノードを電源Vcc
に接続するPチャネルトランジスタのゲートへフィード
バックされる。該Pチャネルトランジスタは、Nチャネ
ル出力トランジスタのトリップ点(即ち、しきい値電
圧)へ到達したら、該フローティングノードの電位を電
源電位Vccへ急速に引き上げるために用いられる。こ
のセンス回路は、次の読み出しサイクルのためにハイレ
ベルの信号をNチャネル・リセット・トランジスタのゲ
ートへ送ることによりリセットされる。このNチャネル
・リセット・トランジスタはこの容量性ノード(上記フ
ローティングノード)を接地電位に結合する。
【0016】
【実施例】本発明は、ダイナミック・ランダム・アクセ
ス・メモリ(以下”DRAM”と略称する。)装置のメ
モリアレイを構成するメモリセルのキャパシタおよび該
キャパシタに接続されたディジットライン(degit lin
e)間でのチャージ転送の際、センスアンプによるラッ
チ動作のタイミングを正確に追跡・検知し指示する機能
を持つ低消費電力のセンス回路に関する発明である。こ
のセンス回路は、DRAM装置の周辺回路として位置づ
けられる。
【0017】図1は、本発明の好適な実施例としてのD
RAM装置内に用いられるセンス回路10の構成図であ
る。図1に示すように、この新規な低消費型センス回路
10は、キャパシタC1を介して、グランド電位(接地
電位、図1では”▽”で表されている、以下同じ。)と
結合されているフローティングノードN1を中心として
構成されている。このキャパシタC1の容量値は、最終
の金属マスク工程時に多くのオプションで変更可能であ
るが、ディジットライン容量を正確にシミュレートする
ように選択する。
【0018】ノードN1は、ダミーアクセストランジス
タとしてのNチャネルの第1の絶縁ゲート電界効果型の
アクセストランジスタQN1(Insulated-Gate Field-Ef
fectAccess Transistor:以下「IGFET」と略称す
る)を介して電圧Vccを供給する電源と結合されてい
る。この、IGFET(QN1)はDRAMアレイ内の
セル・アクセス・トランジスタの動作特性を(特に、し
きい値電圧に関して)エミュレートする。
【0019】トランジスタQN1のゲートはダミーワー
ドラインWLD を介して、ダミーワードライン・ドライ
バD1と結合されている。DRAMアレイの機能的ワー
ドラインと構造的に同一のダミーワードラインWLD
は、互いに関連づけられた抵抗RWLと容量CWLを有し、
これらはDRAMの機能的ワードラインのRC時定数に
密接に近似させたRC時定数を付与する。従って、周囲
の温度および電圧の変動に対して、該機能的ワードライ
ンとダミーワードラインWLDとは同じ動作を行う。ダ
ミーワードラインドライバD1は、ロウアドレスストロ
ーブRASから派生されたフェーズイネーブル信号SPE
の信号線を入力線としている。
【0020】本実施例のセンス回路10では、DRAM
アレイ内の機能的ワードラインドライバのように、ダミ
ーワードラインドライバD1のプルアップ側は、電源電
圧Vccよりも高いブートストラップ(bootstrapped)
電圧Vccpをもたらすブートストラップ電源バスに結
合されていることに注目されたい。アクセストランジス
QN1のゲートに加えられるブートストラップ電圧
ccpにより、アクセス装置を介して高められたチャー
ジ転送を与える。
【0021】フローティングノードN1はCMOSイン
バータINV1の入力側と結合されている。このインバ
ータINV1は、第1のPチャネルIGFET(QP
1)と第2のNチャネルIGFET(QN2)から構成
されている。インバータINV1の中間出力信号OUT
1は、第2のPチャネルIGFET(QP2)のゲート
にフィードバックされる。
【0022】このトランジスタQP2の機能は、ノード
N1の電位が第2のNチャネルIGFET(QN2)の
しきい値電圧に到達しこのトランジスタQN2がオン状
態になり始めるや否や、直ちに出力ノードOUT1は接
地電位に引き下げられ、トランジスタQP2はオン状態
になるので、これにより急速にノードN1はVccに引
き上げられる。トランジスタQN1のゲートおよびノー
ドN1は、それぞれ、第3のNチャネルIGFET(Q
N3)と第4のNチャネルIGFET(QN4)を介し
て、グランドバスと接続されている。
【0023】ワードラインの時定数が余りにも長い場合
や不必要なチャージの抜き取りに十分な時間がない場合
には、両トランジスタQN3およびQN4のゲートは、
次の読みだしサイクル用にこの回路を直ちにリセットす
るためのリセット信号SR により、制御される。不必要
なチャージを抜き取るために十分な時間がない場合や各
読み出しサイクルの開始時において、活性化したハイリ
セット信号SR により、フローティングノードN1およ
びトランジスタQN1のゲートの両方は接地電位まで放
電される。
【0024】図1において、第3のPチャネルIGFE
T(QP3)および第5のNチャネルIGFET(QN
5)は最初に抵抗として機能し、ノードN1上のハイレ
ベルからロウレベルへおよびロウレベルからハイレベル
への電位の遷移の周期の中でインバータINV1に固有
である一時的な電流を制限するために用いられる。選択
自由な(オプショナルな)第4のPチャネルIGFET
(QP4)は、最初に抵抗として使用されることに注目
すべきである。トランジスタQP4は、センス回路が静
電気の放電の発生によりダメージを受ける可能性を低下
させるために用いられる。また、インバータINV1の
出力信号OUT1は、出力信号OUT1自身の電圧レベ
ルを強化するために、また他の回路からセンス回路を分
離するために、反転ドライバ対D2およびD3を介して
出力される。最終出力OUT2は、読み出し動作におい
て、NチャネルおよびPチャネルセンスアンプがディジ
ットライン上のデータをラッチする動作を起動させるた
めに使用される。
【0025】本実施例で示したコンパクトで低消費電力
型センス回路10は、DRAM装置の周辺回路として配
置され位置づけられ、メモリセルに接続されたビットラ
イン(ディジットライン)と該メモリセルのキャパシタ
間のチャージ転送の際、センスアンプによるラッチ動作
のタイミングを正確に検知し、センスアンプに伝達する
機能を有する。従って、本発明のセンス回路10はDR
AM装置の読み出し速度を向上させ、また低消費電力で
コンパクトな構成を有するので、DRAM装置内に組み
込まれても集積度を低下させることはないという特徴を
有する。
【0026】本実施例で示したセンス回路10は、ディ
ジットライン(ビットライン)の容量をシミュレートす
るキャパシタを介してグランドへ接続されているフロー
ティングノードをチャージするためのダミーアクセスト
ランジスタすなわちモデル・アクセス・トランジスタを
有しており、また該フローティングノードは、本センス
回路の出力信号を出力するNチャネル電界効果型の出力
トランジスタのゲートと接続されているので、該フロー
ティングノードの電圧が、この出力トランジスタのしき
い値電圧に到達した場合、該出力トランジスタはオン状
態になる。そして、該出力トランジスタからの出力は、
上記フローティングノードを電源Vccに結合するPチ
ャネルトランジスタのゲートへフィードバックされ、該
Pチャネルトランジスタは、Nチャネル出力トランジス
タのトリップ点(即ち、しきい値電圧)へ達することに
より該フローティングノードの電位を電源電位Vccへ
急速に引き上げるため、従来におけるラッチ動作のタイ
ミングを検出するための装置より、迅速にラッチ動作の
最適なタイミングを検出でき、これによりセンスアンプ
へ該ラッチ動作の最適なタイミングを指示することがで
きる。従って、本発明のセンス回路10をDRAM装置
内に組み込むことにより最適のデータラッチ動作を行う
センスアンプを含むDRAM装置を提供することが可能
となる。
【0027】DRAM装置内でのアクセストランジスタ
を介してメモリセルからディジットラインへのチャージ
転送において、最適のセンスアンプによるラッチ動作を
指示する本発明の新規なセンス回路10の構成および動
作は、上記実施例で詳細に説明されたが、集積回路の分
野の当業者、特にDRAM装置関連の当業者にとって、
特許請求の範囲に記載した発明としての本発明の変更例
や修正例は、本発明の概念および範囲内から逸脱するこ
となしに得ることが可能である。
【0028】
【発明の効果】上記で説明したように、本発明のセンス
回路は、コンパクトで低消費電力の回路であり、DRA
M装置の周辺回路として配置され位置づけられ、DRA
Mセルとそのセルに接続されたビットライン(ディジッ
トライン)とキャパシタ間のチャージ転送のためのセン
スアンプによる最適ラッチタイミングを正確に検知し、
該センスアンプに伝達する機能を有する。従って、本発
明のセンス回路により、DRAM装置の正確な読み出し
速度を向上させることができる。
【0029】また、低消費電力でコンパクトな構成を有
するので、DRAM装置内に組み込まれても集積度を低
下させることはない。該センス回路は、ディジットライ
ン(ビットライン)の容量をシミュレートするキャパシ
タを介してグランドへ接続されているフローティングノ
ードをチャージするためのダミーアクセストランジスタ
すなわちモデルアクセストランジスタを有している。ま
た、該フローティングノードは、該センス回路の出力信
号を出力するNチャネル電界効果型の出力トランジスタ
のゲートと接続されているので、該フローティングノー
ドの電圧が、この出力トランジスタのしきい値電圧に達
した場合、該出力トランジスタはオン状態になる。
【0030】また、該出力トランジスタからの出力は、
上記フローティングノードを電源Vccに接続するPチ
ャネルトランジスタのゲートへフィードバックされ、該
Pチャネルトランジスタは、Nチャネル出力トランジス
タのトリップ点(即ち、しきい値電圧)へ達したら、該
フローティングノードの電位を電源電位Vccへ急速に
引き上げるため、従来におけるラッチ動作のタイミング
を検出する装置より、迅速かつ正確にラッチ動作の最適
なタイミングを検出でき、センスアンプへラッチ動作の
最適なタイミングを指示することができる。従って、本
発明のセンス回路をDRAM装置内に組み込むことによ
り最適のデータラッチ動作を行うセンスアンプを含むD
RAM装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好適な実施例としてのDRAM装置
内に用いられるセンス回路の構成図である。
【符号の説明】
10 センス回路 C1 キャパシタC1 D1 ドライバ INV1 インバータ N1 フローティングノード OUT1 出力信号 OUT2 最終出力信号 QN1〜QN5 NチャネルIGFET QP1〜QP PチャネルIGFET SPE フェーズイネーブル信号 SR リセット信号 VCC、VCCP 電源電位 WLD ダミーワードライン ▽ 接地電位
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・エス・ザガー アメリカ合衆国、83706−6117 アイダ ホ州、ボイーズ、ブルーステム・レーン 2107 (56)参考文献 特開 昭59−87696(JP,A) 特開 昭63−282992(JP,A) 特開 平4−79095(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/4063

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)フェーズイネーブル信号が入力さ
    ブートストラップ電圧をダミーワードラインに供給す
    るダミーワードラインドライバと、 (b)前記ダミーワードライン上の前記ブートストラッ
    プ電圧により制御されるゲートを有しており、しきい値
    電圧(threshold voltage)に関してDRAMアレイ内の
    セルアクセストランジスタをシミュレートする単一のダ
    ミーアクセストランジスタと、 (c)前記ダミーアクセストランジスタを介して第1の
    ポテンシャルに結合されるとともに、ディジットライン
    容量をシミュレートするキャパシタを介して第2のポテ
    ンシャルに結合されているフローティングノードと、 (d)前記フローティングノードのチャージ状態を表す
    出力信号を生じ、この出力信号を前記DRAM内のデー
    タのラッチ動作を開始するために用いる、前記フローテ
    ィングノードにインバータを介して結合された出力ノー
    ドと、 から構成され、これによりメモリセルに接続されたビッ
    トラインと該メモリセルとの間でチャージ転送が行われ
    たことを検知するセンス回路。
  2. 【請求項2】 前記ダミーワードラインは、前記DRA
    Mアレイ内の機能的ワードラインと構造的に同一である
    ことを特徴とする請求項1記載のセンス回路。
  3. 【請求項3】 前記ダミーワードラインは抵抗とキャパ
    シタとを有し、該抵抗の抵抗値と該キャパシタのキャパ
    シタ値とで関連づけられており、該抵抗値および該キャ
    パシタ値は、機能的ワードラインのRC時定数に密接に
    近似された前記ダミーワードラインのRC時定数を与え
    ることを特徴とする請求項1記載のセンス回路。
  4. 【請求項4】 前記フローティングノードは、反転した
    CMOSドライバ回路を介して前記出力ノードと結合さ
    れ、該CMOSドライバ回路は前記フローティングノー
    ドと直接結合された入力を有することを特徴とする請求
    項1記載のセンス回路。
  5. 【請求項5】 さらに、第1のアクセストランジスタを
    有し、該第1のアクセストランジスタのゲートは前記出
    力ノードと結合され、該第1のアクセストランジスタ
    は、前記フローティングノードと前記第1のポテンシャ
    ルとを結合することを特徴とする請求項3記載のセンス
    回路。
  6. 【請求項6】 前記出力ノードからの信号の大きさは、
    少なくとも1つの追加のCMOSドライバ回路を通過さ
    せて増加させられることを特徴とする請求項1記載のセ
    ンス回路。
  7. 【請求項7】 前記フローティングノードは第1のバス
    に結合され、該第1のバスから前記フローティングノー
    ドへの電流は電流制限装置により制限されることを特徴
    とする請求項1記載のセンス回路。
  8. 【請求項8】 さらに、前記フローティングノードは前
    記キャパシタを介して前記第2のポテンシャルに保たれ
    ている第2のバスと結合しており、第2のアクセストラ
    ンジスタおよび第3のアクセストランジスタを有し、該
    第2のアクセストランジスタおよび該第3のアクセスト
    ランジスタを介して、前記ダミーアクセストランジスタ
    のゲートと前記フローティングノードとを、それぞれ、
    リセット信号に応答する前記第2のバスに結合すること
    を特徴とする請求項5記載のセンス回路。
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