JP3835962B2 - 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、マスクROMやEPROM等の不揮発性メモリコアの読み出し回路技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体製品、特に不揮発性記憶装置の読み出し方法の一つとして行列にマトリックス状に配列されたメモリセルをワード線及びビット線より選択し、選択メモリセルのセル電流から、センスアンプによって記憶情報を増幅する方式が一般的に用いられている。さらに高速に読み出しを行なうため、選択されたビット線のプリチャージを予め行ない、プリチャージ終了後メモリセルの電流をセンスアンプで検知している。
【0003】
図7に従来の読み出し回路を示す。
1は1ビットの情報を記録するNチャンネル型メモリセル、2はNチャンネル型メモリセル1のゲートにつながるワード線(WL0〜WLm)、3はNチャンネル型メモリセル1のドレインにつながるビット線(BL0〜BLn)、4はNチャンネル型メモリセル1がマトリックス状に配置されたm行n列のメモリセルアレイである。
【0004】
5はロウアドレスAyによってワード線2を任意に選択して選択ワード線2を活性化するロウデコーダ、8はカラムアドレスAxによってビット線3を任意に選択するカラムデコーダ、10はロウデコーダ5及びカラムデコーダ8によって任意に選択されたNチャンネル型メモリセル1の記憶情報を増幅するセンスアンプである。
【0005】
カラムデコーダ8はQn0〜QnnのN型トランジスタで構成されている。さらにセンスアンプ10において、Pチャンネル型トランジスタQp0のゲートはプリチャージ信号CLKに、ソースはVDDにドレインはセンスノードN00に接続されている。またN00とセンスアンプ出力SOUTの間にはINV0が介在している。
図8は上記の読み出し回路のタイミングチャートを示す。
【0006】
ここでは、ビット線BL1及びワード線WL0が交差するメモリセルQm10がサイクル(T1)において選択された時の動作について説明する。
CLKが"L"期間にアドレスが変化すると、1本の選択されたカラムデコード信号CLM1が"L"→"H"となり、ビット線BL1のプリチャージがカラムデコーダQn1を介して開始される。CLKが"H"になると、ロウアドレスAyによって選択された1本のワード線WL0が選択され("L"→"H")、メモリセルQm10の読み出しが開始される。メモリセルに電流が流れなければ("0"プログラム)ビット線BL1はプリチャージレベルを維持し、メモリセルに電流が流れれば("1"プログラム)ビット線BL1はメモリセルQm10を介してディスチャージされる。
【0007】
またセンスノードN00は、プリチャージ期間Vccに維持されている。プリチャージが終了しセンス動作が開始されると、"0"プログラム時、N00はVccを維持し、INV0によってSOUTより“L"が出力される。また"1"プログラム時、プリチャージが終了しセンス動作が開始されると、ビット線同様センスノードN00は、カラムデコーダQn1を介して、VSSにディスチャージされ、INV0のスイッチングレベルを超えると"H"データがセンスアンプより出力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの様な従来の読み出し回路では、プリチャージが終了してからワード線の選択を行なうため、ワード線の立ち上がりに時間を要し高速アクセスすることが困難である。
一方、使用されるマイクロコントローラやシステムLSIの用途に応じて高速アクセスや低消費電力など要求される仕様が異なる。また同一の品種においても使用する周波数が異なり、低速時には低消費電力が要求される。
【0009】
本発明は、高速アクセス動作と低消費電力動作の切り替えが可能な半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、外部より入力される高速・低消費電力モード信号に従って、高速モード時はプリチャージと同時にワード線の選択して、プリチャージ後に直ちにセンス動作が開始され、低消費電力モード時はプリチャージ終了後にワード線の選択を行うように構成して、1つメモリコアで高速、低消費と2つの仕様を満足することができる。
【0011】
本発明の半導体記憶装置は、行列に配列されたメモリセルからなるメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイの行を選択するワード線と、前記メモリセルアレイの列を選択するビット線と、選択されたメモリセルから前記ビット線を介して読み出された情報を増幅するセンスアンプと、前記ワード線の選択タイミングを動作モード切替信号に応答して制御する制御手段と、前記ビット線のプリチャージを行うビット線プリチャージ手段とを備え、前記制御手段は、前記ビット線プリチャージ手段によるビット線プリチャージ動作期間内にワード線の選択を開始する第1のタイミングとビット線プリチャージ終了後にワード線の選択を開始する第2のタイミングとを選択可能に構成したことを特徴とする。
【0013】
また、本発明の半導体記憶装置は、行アドレスにしたがってワード線の選択を行うロウデコーダをさらに備え、前記制御手段は、前記動作モード切替信号に応答して前記ロウデコーダを制御し、高速モード時に前記第1のタイミングでワード線の選択を開始し、低消費電力モード時に第2のタイミングでワード線の選択を開始することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図6に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1と図2は(実施の形態1)を示す。
図1の読み出し回路は、ワード線制御回路12がロウデコーダ5の前段に設けられている点が図7に示した従来例とは異なっている。
【0015】
1は1ビットの情報を記録するNチャンネル型メモリセル、2はNチャンネル型メモリセル1のゲートにつながるワード線(WL0〜WLm)、3はNチャンネル型メモリセル1のドレインにつながるビット線(BL0〜BLn)、4はNチャンネル型メモリセル1がマトリックス状に配置されたm行n列のメモリセルアレイである。
【0016】
ワード線制御回路12は、外部入力信号である高速・低消費電力切り替え端子(HS)及びアドレスAyを入力とし、HS端子に応じてロウデコーダ5の制御を行なう。ロウデコーダ5はワード線2を任意に選択して選択ワード線2を活性化する。
8はアドレスAxによってビット線3を任意に選択するカラムデコーダ、10はロウデコーダ5及びカラムデコーダ8によって任意に選択されたNチャンネル型メモリセル1の記憶情報を増幅するセンスアンプである。
【0017】
カラムデコーダ8はQn0〜QnnのN型トランジスタで構成されている。さらにセンスアンプ10において、Pチャンネル型トランジスタQp0のゲートはプリチャージ信号CLKに、ソースはVDDにドレインはセンスノードN00に接続されている。またN000には前記カラムデコーダ(Qn0〜Qnn)が接続されている。またN00とセンスアンプ出力SOUTの間にはINV0が介在している。
【0018】
このような構成の読み出し回路の高速モード時(HS=H)のタイミングチャートを図2に示し、ビット線BL1及びワード線WL0が交差するメモリセルQm10がサイクル(T1)において選択された時の動作について説明する。
CLKが"L"期間にアドレスが変化すると、1本の選択されたカラムデコード信号CLM1が"L"→"H"となり、ビット線BL1のプリチャージがカラムデコーダQn1を介して開始される。同時にアドレスの変化を受け、ワード線WL1も選択される。
【0019】
その後、CLKが"H"になるとプリチャージが終了し、メモリセルQm10の読み出しが開始される。即ちメモリセルに電流が流れなければ("0"プログラム)ビット線BL1はプリチャージレベルを維持し、メモリセルに電流が流れれば("1"プログラム)ビット線BL1はメモリセルQm10を介してディスチャージされる。
またセンスノードNS0は、プリチャージ期間Vccに維持されている。プリチャージが終了しセンス動作が開始されると"0"プログラム時、N00はVccを維持し、INV0によってSOUTより“L"が出力される。また"1"プログラム時、プリチャージが終了しセンス動作が開始されると、ビット線同様センスノードN00は、カラムデコーダQn1を介して、VSSにディスチャージされ、INV0のスイッチングレベルを超えると"H"データを出力する。
【0020】
このように、プリチャージを行ないながらワード線を選択することによって、プリチャージ終了後、直ちにセンス動作が開始できるため高速にデータを読み出すことができる。
また、選択されたメモリセルが"1"プログラムの場合、プリチャージを行なう際メモリセルに電流が流れるため、ビット線のプリチャージレベルがワード線を立ち上げない場合より低くなりプリチャージ終了後ディスチャージに要する時間が短くなる。
【0021】
この様に高速/低消費電力モード信号を、"H"にすることでワード線をプリチャージと同時に選択し、高速アクセスすることができる。
一方、低消費電力モード時(HS="L")は、従来例と同様プリチャージ終了後ワード線の立ち上げを行なうため消費電力は抑えることができる。
以上の様に外部より入力される高速/低消費モード信号に応じてワード線の選択するタイミングを制御することで、高速/低消費と2つの仕様を満たすことができる。
【0022】
(実施の形態2)
図3と図4は(実施の形態2)を示す。
図3の読み出し回路は、1ビットのデータを出力するための不揮発性メモリのブロックを表したものである。
1は1ビットの情報を記録するNチャンネル型メモリセル、2はNチャンネル型メモリセル1のゲートにつながるワード線(WL0〜WLm)、3はNチャンネル型メモリセル1のドレインにつながるビット線(BL0〜BLn)、4はNチャンネル型メモリセル1がマトリックス状に配置されたm行n列のメモリセルアレイである。
【0023】
8はNチャンネルトランジスタで1段で構成されたカラムでコーダ、11はセンスアンプを表し、センスアンプとビット線はカラムデコーダを介して接続されている。
またセンスアンプのプリチャージトランジスタQp10のゲートには、プリチャージ信号CLK及びセンスアンプ活性化信号(SA0〜SA3)を入力とするNAND回路の出力が接続され、ディスチャージトランジスタQn100のソースはVSSに、ドレインはビット線(BL0〜BLn)に、ゲートはセンスアンプ活性化信号SAを入力とするインバータINV11の出力に接続されている。
【0024】
また高速に読み出しを行うためにカラムデコーダを1段とし、複数個のセンスアンプの出力をデコードし1ビットのデータを出力するためのセンスアンプ選択回路22により構成されている。また1つのセンスアンプにはカラムトランジスタ8個(Qn0〜Qn7)が接続され、8カラムを基本単位とし、4つのセンスアンプが配置され各々VDS0〜VDS3の電源に接続されている。さらにセンスアンプ電源VDS0〜VDS3は、外部より入力される高速/低消費切り替え信号HS及びアドレス(Ax)に応じて、センスアンプ電源制御回路21によって制御される。センスアンプ電源制御回路21の出力(IN0〜IN3)は、高いVTのトランジスタで構成されたセンスアンプ電源供給回路20のゲートに接続され、その出力がセンスアンプ電源VDS0〜VDS3に接続されている。
【0025】
このような構成の読み出し回路の、低消費モードタイミングチャートを図4に示し、ビット線BL1とワード線WL0が交差するメモリセルトランジスタQm01が選択された際の動作について説明する。
CLK“L"期間にアドレスが変化すると、IN0がH→Lに変化し、VDS0にVDDが供給される。IN0は高速/低消費切り替え信号HSでコントロールされ、高速時(HS=H)、IN0〜IN3はVSSのため、センスアンプの電源は常時供給されている。一方、低消費時(HS="L")は選択されるセンスアンプの電源だけ供給され、非選択のセンスアンプの電源はVSSとなる。即ちIN1〜IN3は"H"となり、センスアンプ電源供給回路20の高VTトランジスタQn20が導通しVDS1〜VDS3は接地されている。
【0026】
一方、アドレスの変化を受けてセンスアンプ活性化信号SA0、カラムデコーダQn1が選択されると、選択ビット線BL1のプリチャージが開始される。
CLKがL→Hに変化しプリチャージが終了すると、ワード線WL0が選択され、メモリセルにプログラムされた情報に従って、SAOUT0よりデータが出力される。同時に非選択のセンスアンプは、センスアンプ選択信号SA1〜SA3が”L“になるため、INV11の出力が”H"となりNchトランジスタQn100によってセンスノードN100は“L"となる。
【0027】
従って、SAOUT1〜SAOUT3から"H"が出力される。さらにセンスアンプ出力SAOUT0〜SAOUT3はセンスアンプ出力デコード回路21で1ビットのデータにデコードされ出力される。
デザインルールの微細化が進むと、動作時およびスタンバイ時オフリークの電流が増加し、低消費電力化が困難になる。この様にセンスアンプに接続されるカラムデコーダを削減し、複数のセンスアンプの出力をデコードすることで高速アクセス可能なばかりか、低消費モード時、複数個の非選択のセンスアンプの電源を切ることによって、メモリセルによるオフリークを減少させ低消費化をすることができる。
【0028】
また一方、高速モード時はセンスアンプの電源はVDDに維持されているため高速に読み出しすることができる。
(実施の形態3)
図5と図6は(実施の形態3)を示す。
図5の読み出し回路は、1ビットのデータを出力するための不揮発性メモリのブロックを表したものである。
【0029】
1は1ビットの情報を記録するNチャンネル型メモリセル、2はNチャンネル型メモリセル1のゲートにつながるワード線(WL0〜WLm)、3はNチャンネル型メモリセル1のドレインにつながるビット線(BL0〜BLn)、4はNチャンネル型メモリセル1がマトリックス状に配置されたm行n列のメモリセルアレイである。8はNチャンネルトランジスタで1段で構成されたカラムでコーダ、11はセンスアンプを表し、センスアンプとビット線はカラムデコーダを介して接続されている。またセンスアンプのプリチャージトランジスタQp10のゲートには、プリチャージ信号CLK及びセンスアンプ活性化信号(SA0〜SA3)を入力とするNAND回路の出力が接続され、ディスチャージトランジスタQn100のソースはVSSに、ドレインはビット線(BL0〜BLn)に、ゲートはセンスアンプ活性化信号SAを入力とするインバータの出力に接続されている。また高速に読み出しを行うためにカラムデコーダを1段とし、複数個のセンスアンプの出力をデコードし1ビットのデータを出力するためのセンスアンプ選択回路22により構成されている。
【0030】
また1つのセンスアンプにはカラムトランジスタ8個(Qn0〜Qn7)が接続され、8カラムを基本単位とし、4つのセンスアンプが配置され各々VDS0〜VDS3の電源に接続されている。またプリチャージ信号CLKを遅延回路23で遅延させることにより、遅延信号DLYは生成され、さらにセンスアンプ電源VDS0〜VDS3は、外部より入力される高速/低消費切り替え信号HS、アドレス(Ax)及び遅延信号DLYに応じて、センスアンプ電源制御回路21によって制御される。センスアンプ電源制御回路21の出力(IN0〜IN3)は、高いVTのトランジスタで構成されたセンスアンプ電源供給回路20のゲートに接続され、その出力がセンスアンプ電源VDS0〜VDS3に接続されている。
【0031】
このような構成の読み出し回路の低消費モードタイミングチャートを図6に示し、ビット線BL1とワード線WL0が交差するメモリセルトランジスタQm01が選択された際の動作について説明する。
CLK“L"期間にアドレスが変化すると、IN0がH→Lに変化し、VDS0にVDDが供給される。IN0は高速/低消費切り替え信号HSでコントロールされ、高速時(HS=H)、IN0〜IN3はVSSのため、センスアンプの電源は常時供給されている。一方、低消費時(HS="L")、は選択されるセンスアンプの電源だけ供給され、非選択のセンスアンプの電源はVSSとなる。即ちIN1〜IN3は"H"となり、センスアンプ電源供給回路20の高VTトランジスタQn20が導通しVDS1〜VDS3は接地されている。
【0032】
またCLKの"L"期間遅延信号DLYは"L"であり、CLKがL→Hに変化すると遅延回路23で設定された遅延段数に従って遅延した後、DLYはL→Hに変化する。この際遅延回路23では1ビットの読み出しを行うのに充分な遅延時間に設定されている。
一方、アドレスの変化を受けてセンスアンプ活性化信号SA0、カラムデコーダQn1が選択されると、選択ビット線BL1のプリチャージが開始される。CLKがL→Hに変化しプリチャージが終了すると、ワード線WL0が選択され、メモリセルにプログラムされた情報に従って、SAOUT0よりデータが出力される。同時に非選択のセンスアンプは、センスアンプ選択信号SA1〜SA3が”L“になるため、INV11の出力が”H"となりNchトランジスタQn100によってセンスノードN100は“L"となる。従ってSAOUT1〜SAOUT3から"H"が出力される。さらにセンスアンプ出力SAOUT0〜SAOUT3はセンスアンプ出力デコード回路21で1ビットのデータにデコードされ出力回路30よりデータが出力される。この際出力回路30では、遅延信号DLYによってデータはラッチされている。DLYがL→Hに変化すると、センスアンプ電源制御回路21によって、センスアンプ電源供給回路20の入力IN0がL→Hとなり、選択センスアンプ電源VDS0がH→Lになる。
【0033】
読み出しを行うサイクルタイムが長くなると、メモリセルのオフ電流による電力の消費が増大する。従って低速アクセス時、低消費電力モードに設定することで、非選択のビットセンスアンプの電源をOFFさせるだけでなく、選択されたセンスアンプの電源も出力データをラッチした後OFFすることによって、メモリセルのオフ電流をカットすることができ、低消費電力化を実現できる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明の半導体記憶装置は、外部より入力される高速/低消費電力切り替え信号に応じて、ワード線の立ち上がりタイミングをコントロールすることで、高速アクセス及び低消費電力動作の切り替えが可能というすぐれた効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の(実施の形態1)の読み出し回路の構成図
【図2】同実施の形態の読み出しタイミングチャート図
【図3】本発明の(実施の形態2)の読み出し回路の構成図
【図4】同実施の形態の読み出しタイミングチャート図
【図5】本発明の(実施の形態3)の読み出し回路の構成図
【図6】同実施の形態の読み出しタイミングチャート図
【図7】従来の読み出し回路の構成図
【図8】従来の読み出しタイミングチャート図
【符号の説明】
1 不揮発性型メモリセル
2 不揮発性型メモリセルの行を選択するためのワード線
3 不揮発性型メモリセルの列を選択するためのビット線
4 不揮発性型メモリセルで構成されたm行n列のメモリセルアレイ
5 ワード線を選択するためのロウデコーダ
8 ビット線を選択するためのカラムデコーダ
10 センスアンプ
11 センスアンプ
12 ワード線制御回路
20 高VTトランジスタで構成されたインバータ
21 センスアンプ電源制御回路
22 センスアンプ選択回路
23 遅延回路
30 出力回路
Claims (2)
- 行列に配列されたメモリセルからなるメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの行を選択するワード線と、
前記メモリセルアレイの列を選択するビット線と、
選択されたメモリセルから前記ビット線を介して読み出された情報を増幅するセンスアンプと、
前記ワード線の選択タイミングを動作モード切替信号に応答して制御する制御手段と、
前記ビット線のプリチャージを行うビット線プリチャージ手段とを備え、
前記制御手段は、前記ビット線プリチャージ手段によるビット線プリチャージ動作期間内にワード線の選択を開始する第1のタイミングとビット線プリチャージ終了後にワード線の選択を開始する第2のタイミングとを選択可能に構成した半導体記憶装置。 - 行アドレスにしたがってワード線の選択を行うロウデコーダをさらに備え、
前記制御手段は、前記動作モード切替信号に応答して前記ロウデコーダを制御し、高速モード時に前記第1のタイミングでワード線の選択を開始し、低消費電力モード時に第2のタイミングでワード線の選択を開始する
請求項1記載の半導体記憶装置。
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