JP3586966B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置に係り、特に高速データ読み出し回路を有する不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に、従来の不揮発性半導体記憶装置の回路図の一例を示す。この従来例は、コンタクト方式のマスクROMで、メモリセルトランジスタのドレインとビット線との接続の有無によりROMデータが”1”または”0”になるものである。
【0003】
図6において、1はメモリセルアレイで、n型MOSトランジスタのメモリセルM(1〜m,1〜8)がm行8列のマトリックス状にアレイ配置されていることにより構成され、●はメモリセルのドレインがビット線(BL1〜BL8)に接続されていることを表し、○はメモリセルのドレインが開放状態であることを表す。各メモリセルMのゲートは、行デコーダ5に接続されているワード線(W1〜Wm)のうち各配置行に対応したワード線にそれぞれ接続されており、ソースは接地電位になっている。
【0004】
2Aはビット線選択回路で、数本のビット線を選択するための選択回路部分と各ビット線を選択するための選択回路部分で構成されている。数本のビット線を選択する選択回路部分には、n型MOSトランジスタの集合ビット線選択トランジスタ(QC1,QC2)が配置されており、各ビット線を選択するための選択回路部分には、n型MOSトランジスタであるビット線選択トランジスタ(QB1〜QB8)が配置されている。集合ビット線選択トランジスタ(QC1,QC2)のゲートは、第一の列デコーダ11に接続されている第一の列選択信号線(CC1,CC2)に各々接続されており、ドレインはデータ出力用の接点14で共通に接続されている。ビット線選択トランジスタ(QB1〜QB8)のソースは、ビット線(BL1〜BL8)に各々接続され、ゲートは、第二の列デコーダ6に接続されている第二の列選択信号線(CB1〜CB4)のうち各選択列に対応した列選択信号線に各々接続されている。すなわち、CB1にQB1とQB5,CB2にQB2とQB6,CB3にQB3とQB7,CB4にQB4とQB8のゲートが接続されている。そして、QB1〜QB4のドレインはQC1のソースに、QB5〜QB8のドレインはQC2のソースにそれぞれ接続されている。
【0005】
8はプリチャージ信号発生回路であり、メモリセルアレイ1に書き込まれているデータの読み出し開始から所定時間”L”レベルとなるプリチャージ信号VPを発生し、センスアンプ回路15に接続されている。
【0006】
センスアンプ回路15は、半導体記憶装置のデータ読み出し回路として従来よく用いられている構成で、p型MOSトランジスタであるプリチャージ用トランジスタQP3とインバータIV5からなり、プリチャージ用トランジスタQP3はソースを電源電位とし、ゲートをプリチャージ信号発生回路8に、ドレインを前記接点14に接続している。またインバータIV5は入力を前記接点14に接続し、出力として出力データVS3が出力される。
【0007】
12は出力バッファ回路であり、前記センスアンプ回路15から出力される出力データVS3を入力とし、VS3と同位相の最終出力データVOを出力する。
【0008】
以上のように構成された不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作をタイミング図を用いて説明する。図7は、1行1列目のメモリセルM(1,1)のデータを読み出す場合のタイミング図である。
【0009】
まず、行デコーダ5により1行目に対応するワード線W1を”H”レベルにすると共に、第一の列デコーダ11と第二の列デコーダ6により1列目に対応する第一の列選択信号線CC1と第二の列選択信号線CB1を”H”レベルにし、集合ビット線選択トランジスタQC1とビット線選択トランジスタQB1を導通させる。
【0010】
さらに、ワード線W1,第一の列選択信号線CC1及び第二の列選択信号線CB1が”H”レベルになった後に、プリチャージ信号VPがプリチャージ時間(t0+t1+t2)の間”L”レベルとなるので、導通した集合ビット線選択トランジスタQC1とビット線選択トランジスタQB1で選択されたビット線BL1はプリチャージ用トランジスタQP3を介して所定電位まで充電される。プリチャージ時間において、t0はビット線BL1を充電するために要する時間、t1はビット線選択トランジスタQB1を充電するために要する時間、t2は集合ビット線選択トランジスタQC1を充電するために要する時間である。
【0011】
選択されたメモリセルM(1,1)は、ドレインがビット線BL1に接続されていないので、ビット線BL1の充電後、メモリセルM(1,1)を介してビット線BL1の電荷は放電されること無く、センスアンプ回路15の出力データVS3は一定時間t4後に”L”レベルに確定し、出力バッファ回路12からVS3と同位相で”L”レベルの最終出力データVOを出力する。
【0012】
また、メモリセルM(1,2)のようにドレインがビット線BL2に接続されている場合には、図8に示すように、ビット線BL2の充電後、メモリセルM(1,2)を介してビット線BL2の電荷は放電され、センスアンプ回路15の出力データVS3は一定時間t4後に”H”レベルに確定し、出力バッファ回路12からVS3と同位相で”H”レベルの最終出力データVOを出力する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の不揮発性半導体記憶装置では以下のような問題がある。
【0014】
1ビットのデータ出力を一つのセンスアンプ回路15だけで行う構成になっているため、ビット線とセンスアンプ回路の間のビット線選択回路2Aにはビット線を選択するためのトランジスタとして集合ビット線選択トランジスタ(QC1,QC2)とビット線選択トランジスタ(QB1〜QB8)が直列的に配置接続されている。そのため、例えば選択しセンスアンプ回路15からビット線BL1をプリチャージする場合、ビット線BL1のプリチャージに要する時間t0以外に、ビット線選択トランジスタQB1の抵抗及びソース容量,ドレイン容量の充電に要する時間t1と集合ビット線選択トランジスタQC1の抵抗及びソース容量,ドレイン容量の充電に要する時間t2がかかり、直列接続されたビット線選択用のトランジスタの段数の数と比例してプリチャージする時間が必要となっていた。特に、低電圧系の回路に用いる場合にはトランジスタ抵抗が増大し、プリチャージ時間も増大していた。そのため、不揮発性半導体記憶装置のデータ出力の高速化が困難になるという問題があった。
【0015】
一方、ビット線選択用のトランジスタの段数を減らす方法として、集合ビット線選択トランジスタ(QC1,QC2)をなくし、その変わりに第二の列選択信号線を4本(CB1〜CB4)から8本にして各ビット線を直接センスアンプ回路に接続する回路が考えられるが、この場合第二の列デコーダの規模が大きくなり、且つ、センスアンプ回路に接続されている負荷が大きくなることによる高速性の低下が問題となる。
【0016】
また、ドレインがビット線に接続されていないメモリセルを選択した場合、ビット線に電荷が溜まった状態となり、次に選択するメモリセルの行上にドレインがビット線に接続されたメモリセルがあるとビット線間のカップリングや接地電位の変動を生じることがある。例えば、まずメモリセルM(1,1)を選択した場合、メモリセルM(1,1)のドレインはビット線BL1に接続されていないため、電荷は放電されず溜まった状態となる。次に、メモリセルM(2,2)を選択すると、集合ビット線選択トランジスタQC1とビット線選択トランジスタQB2が導通状態になり、プリチャージ用トランジスタQP3を通じてビット線BL2が充電されていく。この時点で、ワード線W2が”H”レベルになると、メモリセルM(2,1)のドレインがビット線BL1に接続されているため、ビット線BL1に溜まっていた電荷がメモリセルM(2,1)を介して放電され、ビット線BL1とBL2の配線間容量に充電されていた電荷が変動しカップリングが生じる。すなわち、ビット線BL2が充電されていく過程で、ビット線BL1の電荷が放電されると、BL1とBL2の配線間容量に充電されていた電荷が下がり、それに伴い選択ビット線BL2の電荷が一時的に下がってしまう。従って、選択ビット線BL2のプリチャージ時間として、隣接するビット線とのカップリングによって生じる電荷の低下を回復するための時間を加味する必要がある。また、ワード線W2行上のように、同一ワード線上にドレインがビット線に接続されているメモリセルが複数個あり、且つ、各ビット線に電荷が溜まっている場合、各ビット線のメモリセルを介してビット線に溜まっていた電荷が一斉に放電されるため、接地電位が一時的に上がり接地電位が変動する。従って、選択ビット線BL2のプリチャージ時間として、電荷の一斉放電によって上昇した接地電位が接地電位になるまでの時間を加味する必要がある。このように、選択ビット線のプリチャージ時間として、隣接するビット線との間で生じるカップリングや非選択ビット線からの電荷の一斉放電による接地電位の変動を考慮したプリチャージ時間が必要となり、不揮発性半導体記憶装置のデータ出力の高速化が困難になるという問題があった。
【0017】
本発明は上記のような問題を鑑み、プリチャージ時間が短縮できる高速データ読み出し回路を有する不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不揮発性半導体記憶装置において、1ビットのデータ出力に複数個のセンスアンプ回路を用い、且つ、前記各センスアンプ回路に列デコード機能を付加し、プリチャージ信号と列選択信号とに基づいて、各々前記共通接続点のうちの対応する共通接続点を介して、選択されたビット線をプリチャージするプリチャージ用トランジスタを含むようにした構成により、ビット線とセンスアンプ回路間のビット線選択用トランジスタの直列接続段数の削減を図り、それによってビット線のプリチャージ時間を短縮して高速データ読み出しを可能にしたものである。
【0019】
また、他の本発明は、不揮発性半導体記憶装置において、さらに各ビット線を選択する列選択信号を入力として所定の非選択ビット線の電位を接地電位にできるビット線リセット回路を付加した構成により、ビット線に溜まっていた電荷によって生じるビット線間のカップリングや接地電位の変動を抑制し、それによってビット線のプリチャージ時間を短縮し高速データ読み出しを可能としたものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1の実施例の形態)
図1は、本発明の第一の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の回路図である。この実施例は、従来例と同様にコンタクト方式のマスクROMで、従来例である図6の構成と同一部分には同一符号を付与している。
【0021】
従来例と同様に、1はメモリセルアレイで、n型MOSトランジスタのメモリセルM(1〜m,1〜8)がm行8列のマトリックス状にアレイ配置されていることにより構成され、メモリセルトランジスタのドレインとビット線(BL1〜BL8)との接続の有無によりROMデータが ”1”または”0”になるものである。各メモリセルMのゲートは、行デコーダ5に接続されているワード線(W1〜Wm)のうち各配置行に対応したワード線にそれぞれ接続されており、ソースは接地電位になっている。
【0022】
2は、個別ビット線選択回路で、各ビット線を選択するためのn型MOSトランジスタであるビット線選択トランジスタ(QB1〜QB8)が各ビット線に配置されている。ビット線選択トランジスタ(QB1〜QB8)のソースは、ビット線(BL1〜BL8)に各々接続され、ゲートは、第二の列デコーダ6に接続されている第二の列選択信号線(CB1〜CB4)のうち各選択列に対応した列選択信号線に各々接続にされている。すなわち、CB1にQB1とQB5,CB2にQB2とQB6,CB3にQB3とQB7,CB4にQB4とQB8のゲートが接続されている。そして、QB1〜QB4のドレインは接点3に、QB5〜QB8のドレインは接点4に共通に接続されている。
【0023】
8はプリチャージ信号発生回路で、メモリセルアレイ1に書き込まれているデータ読み出し開始から所定時間”L”レベルとなるプリチャージ信号VPを発生し、出力はインバータ7の入力に接続されており、インバータ7はプリチャージ信号VPの逆位相のプリチャージ反転信号VPNを出力する。
【0024】
9及び10はセンスアンプ回路である。センスアンプ回路9は、NAND回路ND1と、プリチャージ用p型MOSトランジスタQP1と、列選択信号反転用インバータIV1と、出力データ反転用インバータIV2と、接地用n型MOSトランジスタQN1とで構成されている。NAND回路ND1は、前記インバータ7の出力であるプリチャージ反転信号VPNと第一の列デコーダ11に接続された第一の列選択信号線CC1を入力とし、出力をプリチャージ用トランジスタQP1のゲートに接続している。また、プリチャージ用トランジスタQP1のソースは電源電位とし、ドレインを前記ビット線選択トランジスタ(QB1〜QB4)のドレイン共通接続点である接点3に接続している。列選択信号反転用インバータIV1は、第一の列デコーダ11に接続された第一の列選択信号線CC1を入力とし、第一の列選択信号を反転した出力を接地用トランジスタQN1のゲートに接続している。また、接地用トランジスタQN1のソースは接地電位とし、ドレインは前記接点3に接続されている。出力データ反転用インバータIV2は入力を前記接点3に接続し、出力から出力データVS1が出力される。センスアンプ回路10もセンスアンプ回路9と同様な構成であり、NAND回路ND2と、プリチャージ用トランジスタQP2と、列選択信号反転用インバータIV3と、出力データ反転用インバータIV4と、接地用トランジスタQN2とで構成される。NAND回路ND2は、前記インバータ7の出力であるプリチャージ反転信号VPNと第一の列デコーダ11に接続された第一の列選択信号線CC2を入力とし、出力をプリチャージ用トランジスタQP2のゲートに接続している。また、プリチャージ用トランジスタQP2のソースは電源電位とし、ドレインを前記ビット線選択トランジスタ(QB5〜QB8)のドレイン共通接続点である接点4に接続されている。列選択信号反転用インバータIV3は、第一の列デコーダ11に接続された第一の列選択信号線CC2を入力とし、第一の列選択信号を反転した出力を接地用トランジスタQN2のゲートに接続している。また、接地用トランジスタQN2のソースは接地電位とし、ドレインは前記接点4に接続されている。出力データ反転用インバータIV4は入力を前記接点4に接続し、出力から出力データVS2が出力される。
【0025】
AD1は論理積回路で、前記センスアンプ回路9及びセンスアンプ回路10の出力データVS1,出力データVS2を入力とし、論理積データVDを出力する。
【0026】
12は出力バッファ回路であり、前記論理積回路AD1から出力される論理積データVDを入力とし、VDと同位相の最終出力データVOを出力する。
【0027】
以上のように構成された不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作をタイミング図を用いて説明する。図2は、1行1列目のメモリセルM(1,1)のデータを読み出す場合のタイミング図である。
【0028】
まず、行デコーダ5により1行目に対応するワード線W1を”H”レベルにし、メモリセルM(1,1)を含む1行目のメモリセルMのゲートを導通させる。且つ、第一の列デコーダ11と第二の列デコーダ6により1列目に対応する第一の列選択信号線CC1と第二の列選択信号線CB1を”H”レベルにし、ビット線選択トランジスタQB1を導通させ、センスアンプ回路9の接地用トランジスタQN1を非導通にする。これによって、メモリセルM(1,1)が選択される。
【0029】
さらに、ワード線W1,第一の列選択信号線CC1及び第二の列選択信号線CB1が”H”レベルになった後に、プリチャージ信号VPがプリチャージ時間(t0+t1)の間”L”レベルとなる。それに伴い、センスアンプ回路9のNAND回路ND1の出力もt0+t1の期間”L”レベルとなり、導通したビット線選択用トランジスタQB1の接続されたビット線BL1はプリチャージ用トランジスタQP1を介して所定電位まで充電される。プリチャージ時間において、t0はビット線BL1を充電するために要する時間、t1はビット線選択用トランジスタQB1を充電するために要する時間である。
【0030】
ビット線BL1の充電後、選択されたメモリセルM(1,1)のドレインがビット線BL1に接続されていないため、メモリセルM(1,1)のドレインを介してビット線BL1の電荷は放電されること無く、センスアンプ回路9の出力データVS1は一定時間t4後に”L”レベルに確定する。
【0031】
一方、センスアンプ回路10では第一の列選択信号線CC2が”L”レベルであるため、列選択信号反転用インバータIV3を介したQN2のゲートは”H”レベルとなり接地用トランジスタQN2は導通状態になる。また、プリチャージ信号VPはプリチャージ時間(t0+t1)の間”L”レベルとなるため、プリチャージ反転信号VPNは”H”レベルとなる。そのため、NAND回路ND2の出力は”H”レベルのままで、プリチャージ用トランジスタQP2は非導通となり、且つ、接点4の電位は接地用トランジスタQN2を介して接地電位となる。従って、センスアンプ回路10のインバータIV4の出力データVS2は”H”レベルに確定する。
【0032】
この結果、論理積回路AD1の入力は、VS1が”L”,VS2が”H”となり、出力となる論理積データVDは”L”レベルを出力し、出力バッファ回路12からは、センスアンプ回路9の出力VS1と同位相の”L”レベルの最終出力データVOが出力される。
【0033】
図3は、メモリセルMのドレインがビット線に接続されている1行2列目のメモリセルM(1,2)のデータを読み出す場合のタイミング図である。
【0034】
まず、行デコーダ5により1行目に対応するワード線W1を”H”レベルにし、メモリセルM(1,2)を含む1行目のメモリセルMのゲートを導通させる。且つ、第一の列デコーダ11と第二の列デコーダ6により2列目に対応する第一の列選択信号線CC1と第二の列選択信号線CB2を”H”レベルにし、ビット線選択トランジスタQB2を導通させ、センスアンプ回路9の接地用トランジスタQN1を非導通にする。これによって、メモリセルM(1,2)が選択される。
【0035】
さらに、ワード線W1,第一の列選択信号線CC1及び第二の列選択信号線CB2が”H”レベルになった後に、プリチャージ信号VPがプリチャージ時間(t0+t1)の間”L”レベルとなる。それに伴い、センスアンプ回路9のNAND回路ND1の出力もt0+t1の期間”L”レベルとなり、導通したビット線選択用トランジスタQB2の接続されたビット線BL2はプリチャージ用トランジスタQP1を介して所定電位まで充電される。
【0036】
ビット線BL2の充電後、選択されたメモリセルM(1,2)のドレインがビット線BL2に接続されているため、メモリセルM(1,2)のドレインを介してビット線BL2の電荷が放電され、センスアンプ回路9の出力データVS1は一定時間t4後に”H”レベルに確定する。
【0037】
一方、センスアンプ回路10では第一の列選択信号線CC2が”L”レベルであるため、列選択信号反転用インバータIV3を介したQN2のゲートは”H”レベルとなり接地用トランジスタQN2は導通状態になる。また、プリチャージ信号VPはプリチャージ時間(t0+t1)の間”L”レベルとなるため、プリチャージ反転信号VPNは”H”レベルとなる。そのため、NAND回路ND2の出力は”H”レベルのままで、プリチャージ用トランジスタQP2は非導通となり、且つ、接点4の電位は接地用トランジスタQN2を介して接地電位となる。従って、センスアンプ回路10のインバータIN4の出力データVS2は”H”レベルに確定する。
【0038】
この結果、論理積回路AD1の入力は、VS1が”H”,VS2が”H”となり、出力となる論理積データVDは”H”レベルを出力し、出力バッファ回路12からは、センスアンプ回路9の出力VS1と同位相の”H”レベルの最終出力データVOが出力される。
【0039】
以上のように、ビット線選択において、従来の集合ビット線選択トランジスタに代わってセンスアンプ回路で数本のビット線を選択することにより、ビット線選択トランジスタの直列接続段数を減らすことができた。この結果、ビット線選択トランジスタの抵抗,容量の削減ができ、それに伴うプリチャージ時間の短縮が図られ、データ出力の高速化を実現したものである。図5の従来例で言えば、集合ビット線選択トランジスタ(QC1,QC2)の充電に要した時間t2を削減することができた。しかも、本実施例は、トランジスタ抵抗が増大する低電圧仕様における高速データ読み出しにおいて、さらに顕著な効果を発揮するものである。
【0040】
なお、本実施例ではコンタクト方式のマスクROMのデータ読み出しにプリチャージ型のセンスアンプ回路を用いた一例を示したが、不揮発性の半導体記憶装置全般に同様のセンスアンプ回路を用いた場合にも、本実施例が適用できることは言うまでもない。
【0041】
また、本実施例ではメモリセルのドレインがビット線に接続されているとデータ”1”、接続されてないとデータ”0”としたが、センスアンプ回路の極性を反対にすること、あるいは出力バッファ回路の極性を反対にすることで、ビット線に接続されているとデータ”0”、接続されてないとデータ”1”としても本実施例が適用できる。
【0042】
(第2の実施例の形態)
図4は、本発明の第二の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の回路図である。この第二の実施例は、第一の実施例同様にコンタクト方式のマスクROMで、図1と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ構成を説明する。
【0043】
13は非選択ビット線を接地電位にするためのビット線リセット回路であり、ビット線リセット用n型MOSトランジスタ(QD1〜QD8)と前記ビット線リセット用トランジスタの選択手段であるNOR回路NR1及びNOR回路NR2で構成される。
【0044】
NOR回路NR1は列選択信号線CB1とCB3を入力とし、論理信号RT1を出力する。また、NOR回路NR2は列選択信号線CB2とCB4を入力とし、論理信号RT2を出力する。ビット線リセット用トランジスタ(QD1〜QD8)は、ソースを接地電位とし、ドレインを対応するビット線(BL1〜BL8)に各々接続しており、QD1,QD3,QD5,QD7のゲートはNOR回路NR1の論理信号RT1と接続し、QD2,QD4,QD6,QD8のゲートはNOR回路NR2の論理信号RT2と接続されている。
【0045】
このように、ビット線リセット回路13のNOR回路NR1は、隣接していないビット線BL1,BL3,BL5,BL7が選択できる列選択信号線CB1,CB3を入力としている。また、出力の論理信号RT1は、入力である列選択信号線CB1,CB3で選択できるビット線BL1,BL3,BL5,BL7上に配置されたビット線リセット用トランジスタQD1,QD3,QD5,QD7のゲートに接続されている。同様にNOR回路NR2も、隣接していないビット線BL2,BL4,BL6,BL8が選択できる列選択信号線CB2,CB4を入力としている。また、出力の論理信号RT2は、入力である列選択信号線CB2,CB4で選択できるビット線BL2,BL4.BL6,BL8上に配置されたビット線リセット用トランジスタQD2,QD4,QD6,QD8のゲートに接続されている。
【0046】
この構成によって、選択するビット線に接続されている列選択信号線が”H”レベルになると同時に、前記列選択信号線を入力とするNOR回路に接続されているビット線リセット用トランジスタは非導通状態となり、選択ビット線の充電が可能になる。しかも、前記選択ビット線以外の列選択信号線を入力とするNOR回路に接続されているビット線リセット用トランジスタは導通状態のため、前記ビット線リセット用トランジスタを介して接続されているビット線の電荷が放電され接地電位になる。すなわち、選択ビット線のプリチャージ前に、選択ビット線に隣接するビット線の電荷が放電され接地電位になるため、隣接ビット線間で生じるカップリングや非選択ビット線からの電荷の一斉放電によって生じる接地電位の変動を抑制できる構成になっている。
【0047】
以上のように構成された不揮発性半導体記憶装置について、2行2列目のメモリセルM(2,2)のデータを読み出す動作を図5のタイミング図を用いて以下に説明する。
【0048】
まず、行デコーダ5により2行目に対応するワード線W2を”H”レベルにし、メモリセルM(2,2)を含む2行目のメモリセルMのゲートを導通させる。且つ、第一の列デコーダ11と第二の列デコーダ6により2列目に対応する第一の列選択信号線CC1と第二の列選択信号線CB2を”H”レベルにし、ビット線選択トランジスタQB2を導通させ、センスアンプ回路9の接地用トランジスタQN1を非導通にする。これによって、メモリセルM(2,2)が選択される。
【0049】
また、ビット線リセット回路13では、NOR回路NR2の入力であるCB2が”H”レベル,CB4が”L”レベルとなるため、出力である論理信号RT2が”L”レベルとなり、ビット線リセットトランジスタQD2,QD4,QD6,QD8が非導通となる。一方、NOR回路NR1の入力であるCB1及びCB3は”L”レベルのため、出力である論理信号RT1が”H”となり、ビット線リセットトランジスタQD1,QD3,QD5,QD7が導通し、ビット線BL1,BL3,BL5,BL7に溜まっていた電荷が放電され接地電位となる。
【0050】
その後、プリチャージ信号VPがプリチャージ時間(t0+t1−t3)の間”L”レベルとなる。それに伴い、センスアンプ回路9のNAND回路ND1の出力もt0+t1−t3の期間”L”レベルとなるので、導通したビット線選択用トランジスタQB2の接続されたビット線BL2は、プリチャージ用トランジスタQP1を介して所定電位まで充電される。プリチャージ時間において、t0はビット線BL2を充電するために要する時間、t1はビット線選択トランジスタQB2を充電するために要する時間、t3は従来の構成においてビット線に溜った電荷の放電によって生じるカップリング及び接地電位変動に対応して要していた時間でありt0の中に加味されていた時間である。
【0051】
ビット線BL2の充電後、選択されたメモリセルM(2,2)のドレインがビット線BL2に接続されていないため、メモリセルM(2,2)のドレインを介してビット線BL2の電荷は放電されることなく、センスアンプ回路9の出力データVS1は一定時間t4後に”L”レベルに確定する。
【0052】
一方、センスアンプ回路10では第一の列選択信号線CC2が”L”レベルであるため、列選択信号反転用インバータIV3を介したQN2のゲートは”H”レベルとなり接地用トランジスタQN2は導通状態になる。また、プリチャージ信号VPはプリチャージ時間(t0+t1−t3)の間”L”レベルとなるため、プリチャージ反転信号VPNは”H”レベルとなる。そのため、NAND回路ND2の出力は”H”レベルのままで、プリチャージ用トランジスタQP2は非導通となり、且つ、接点4の電位は接地用トランジスタQN2を介して接地電位となる。
【0053】
従って、センスアンプ回路10のインバータIV4の出力データVS2は”H”レベルに確定する。
【0054】
この結果、論理積回路AD1の入力は、VS1が”L”,VS2が”H”となり、出力となる論理積データVDは”L”レベルを出力し、出力バッファ回路12からは、センスアンプ回路9の出力VS1と同位相の”L”レベルの最終出力データVOが出力される。
【0055】
以上のように、ビット線BL2を選択するためにビット線選択トランジスタQB2に接続されている第二の列選択信号線CB2が”H”レベルになると同時に、ビット線リセット回路13のうち列選択信号線CB2を入力とするNOR回路NR2の一方の入力が”H”レベルとなる。それに伴い、出力である論理信号RT2が”L”レベルとなり接続されているビット線リセット用トランジスタQD2,QD4,QD6,QD8が非導通状態となり、選択ビット線BL2が充電される。一方、NOR回路NR1の入力であるCB1およびCB3の電位は”L”レベルとなっているため、出力である論理信号RT1は”H”レベルとなり接続されているビット線リセット用トランジスタQD1,QD3,QD5,QD7が導通状態となり、ビット線BL1,BL3,BL5,BL7に溜った電荷が放電され接地電位となる。このようにプリチャージ前に、ビット線に溜まった電荷が放電され接地電位になるので、従来の構成において生じていた隣接ビット線BL1およびBL3のドレインからの放電によって生じるカップリングや同一ワード線W2上の複数のメモリセルが同時に導通状態になることによって生じる接地電位の変動が抑えられる。従って、従来カップリングや接地電位変動によって要したプリチャージ時間t3の削減によりプリチャージ時間が短縮され、不揮発性半導体記憶装置のデータ出力の高速化が実現できる。
【0056】
なお、本実施例においては、ビット線リセット回路の構成が1列置きに配置されたビット線を接地電位にできるようになっているが、隣接するビット線によって生じるカップリングを抑制するのであれば、少なくとも選択ビット線に隣接する非選択ビット線の電荷を放電して接地電位にできる構成になっていれば良い。例えば、選択ビット線がBL2の場合、ビット線リセット回路により選択ビット線BL2に隣接するBL1およびBL3を接地電位にできる構成になっていれば良い。
【0057】
また、本実施例ではビット線リセット用トタンジスタの選択手段としてNOR回路を用いて説明したが、少なくとも選択ビット線に接続されているビット線リセット用トランジスタを非導通状態とし、且つ、前記選択ビット線に隣接する非選択ビット線に接続されているビット線リセット用トランジスタを導通状態にできる選択手段であれば同様な効果が得られる。例えば、ビット線リセット用トランジスタの選択手段として、インバータ,OR回路,OR回路とインバータの組合せ回路,NOR回路とインバータの組合せ回路,AND回路とインバータの組合せ回路あるいはNAND回路とインバータの組合せ回路等を用いても、列選択信号線との接続及びビット線リセット用トランジスタとの接続を考慮すれば、選択ビット線に接続されているビット線リセット用トランジスタは非導通状態とし、且つ、前記選択ビット線に隣接する非選択ビット線に接続されているビット線リセット用トランジスタは導通状態にでき、選択ビット線に隣接する非選択ビット線を接地電位にすることができる。
【0058】
また、本実施例ではコンタクト方式のマスクROMのデータ読み出しにプリチャージ型のセンスアンプ回路を用いた一例を示したが、不揮発性の半導体記憶装置全般に同様のセンスアンプ回路を用いた場合にも、本実施例が適用できることは言うまでもない。
【0059】
さらに、本実施例ではメモリセルのドレインがビット線に接続されているとデータ”1”、接続されてないとデータ”0”としたが、センスアンプ回路の極性を反対にすること、あるいは出力バッファ回路の極性を反対にすることで、ビット線に接続されているとデータ”0”、接続されてないとデータ”1”としても本実施例が適用できる。
【0060】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、センスアンプ回路に列デコード機能を付加した構成により、ビット線選択トランジスタの直列接続段数が削減できる。それに伴い、削減できたビット線選択トランジスタの抵抗及び容量を充電するために要していたプリチャージ時間を短縮できるので、従来よりも高速な読み出し動作が可能となる。弊社の0.5μmルールの製造プロセスでビット線容量が2pFの場合、回路シミレーションによると、従来に対しプリチャージ時間を約50%短縮でき、不揮発性半導体記憶装置の読み出し時間を従来より約40%高速にできる。
【0061】
また、ビット線リセット回路を付加した構成により、プリチャージ前に所定の非選択ビット線の電位を接地電位にすることができるので、選択ビット線と隣接する非選択ビット線間で生じるカップリングが抑えられ、且つ、各ビット線に充電された電荷が一斉に放電されることによって生じる接地電位の変動も抑えられる。このカップリングや接地電位変動の抑制によって、プリチャージ時間の短縮が図られ、従来よりも高速な読み出し動作が可能となる。弊社の回路シミレーションによると、前記センスアンプ回路に列デコード機能を付加した不揮発性半導体記憶装置の読み出し時間をさらに約10%高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の要部構成を示す回路図
【図2】本発明の第一の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作を示す第一のタイミング図
【図3】本発明の第一の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作を示す第二のタイミング図
【図4】本発明の第二の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の要部構成を示す回路図
【図5】本発明の第二の実施例に係る不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作を示すタイミング図
【図6】従来例に係る不揮発性半導体記憶装置の要部構成を示す回路図
【図7】従来例に係る不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作を示す第一のタイミング図
【図8】従来例に係る不揮発性半導体記憶装置におけるデータ読み出し動作を示す第二のタイミング図
【符号の説明】
1 メモリセルアレイ
2 個別ビット線選択回路
5 行デコーダ
6 第二の列デコーダ
8 プリチャージ信号発生回路
9,10 センスアンプ回路(データ読み出し回路)
11 第一の列デコーダ
12 出力バッファ回路
13 ビット線リセット回路
Claims (4)
- 不揮発性のメモリセルアレイが形成された半導体記憶装置において、ビット線を選択する回路として、第一の列デコーダに接続された複数個のセンスアンプ回路と、第二の列デコーダに接続されたビット線選択トランジスタからなる個別ビット線選択回路を備え、前記ビット線選択トランジスタのソースが各ビット線に接続され、しかも、ドレインの共通接続点の数が前記センスアンプ回路の個数と同数になるように前記ビット線選択トランジスタのドレインが複数個毎に共通接続され、且つ、前記ビット線選択トランジスタの共通接続点が前記センスアンプ回路に各々接続され、前記センスアンプ回路は、プリチャージ信号と列選択信号とに基づいて、各々前記共通接続点のうちの対応する共通接続点を介して、選択されたビット線をプリチャージするプリチャージ用トランジスタを含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
- 不揮発性のメモリセルアレイが形成された半導体記憶装置において、ビット線を選択する回路として、第一の列デコーダに接続された第一及び第二のセンスアンプ回路と第二の列デコーダに接続されたビット線選択トランジスタからなる個別ビット線選択回路を備え、前記ビット線選択トランジスタのソースが各ビット線に接続され、しかも、複数個の前記ビット線選択トランジスタのドレインが第一及び第二の共通接続点で接続され、且つ、前記第一及び第二の共通接続点が前記第一及び第二のセンスアンプ回路に各々接続され、前記第一及び第二のセンスアンプ回路は、プリチャージ信号と列選択信号とに基づいて、各々前記第一及び第二の共通接続点のうちの対応する共通接続点を介して、選択されたビット線をプリチャージするプリチャージ用トランジスタを含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
- 非選択ビット線を接地する回路として、各ビット線に接続されたビット線リセット用トランジスタと複数個の選択手段からなるビット線リセット回路を備え、前記ビット線リセット回路により少なくとも選択ビット線に隣接する非選択ビット線の電荷が放電され接地電位になることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 非選択ビット線を接地する回路として、各ビット線に接続されたビット線リセット用トランジスタと複数個の選択手段からなるビット線リセット回路を備え、前記選択手段の入力には列選択信号線が接続され、且つ、出力には前記ビット線リセット用トランジスタが接続されており、少なくとも前記選択手段によって選択ビット線に接続されている前記ビット線リセット用トランジスタは非導通状態となり、且つ、前記選択ビット線に隣接する非選択ビット線に接続されている前記ビット線リセット用トランジスタは導通状態となることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
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