JP3997973B2 - 半導体集積回路装置及びメモリにおけるセンスアンプ - Google Patents

半導体集積回路装置及びメモリにおけるセンスアンプ Download PDF

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Description

本発明は、SOI(Silicon On Insulator)基板に形成される信号反転回路を有する半導体集積回路装置及びメモリにおけるセンスアンプに関する。
半導体メモリ回路にSOI(Silicon On Insulator)技術を導入し、大容量のメモリの高速化、高集積化を図る対策が知られている。SOI基板上に形成されたMOSトランジスタ素子によりメモリセルや諸回路が構成され、ボディー電位は一部、または全部固定される。これにより、レイアウト縮小対策優先、動作性能優先など様々な観点から回路構成がなされている(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−125034号公報
動作安定化のためにはボディー電位を固定する構成が有効であるが、回路配線の複雑化を招き、トランジスタ数増加の懸念がある。SOI基板上に形成されたMOS型回路素子による信号の反転出力、増幅を担う回路は、電流駆動能力の向上を目的とした回路構成が不十分であり、工夫を要する。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、適所にボディー電位が可変するトランジスタ素子を組み込み、レイアウトに有利で動作高速化が図れる半導体集積回路装置及びメモリにおけるセンスアンプを提供しようとするものである。
本発明に係る半導体集積回路装置は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有する半導体集積回路装置であって、前記SOIトランジスタのうち、ソースに第1電位が与えられ、ボディー電位を信号入力に応じた可変電位とし、ゲートに制御信号が与えられるPチャネル型MOSトランジスタと、前記SOIトランジスタのうち、ソースに第2電位が与えられ、前記信号入力がゲートに供給されるNチャネル型MOSトランジスタと、前記Pチャネル型MOSトランジスタと前記Nチャネル型MOSトランジスタのドレインどうしの接続ノードに繋がる信号出力部と、を具備したことを特徴とする。
本発明に係るより好ましい実施態様としての半導体集積回路装置は、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有する半導体集積回路装置であって、前記SOIトランジスタのうち、各ソースに第1電位が、各ゲートに制御信号が与えられ、それぞれのボディー電位を相反する信号入力に応じた可変電位とする第1、第2のPチャネル型MOSトランジスタと、前記SOIトランジスタのうち、各ソースに第2電位が与えられ、前記相反する信号入力がゲートに供給される第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタと、前記第1のPチャネル型MOSトランジスタと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第1信号出力部と、前記第2のPチャネル型MOSトランジスタと前記第2のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第2信号出力部と、を具備したことを特徴とする。
上記それぞれ本発明に係る半導体集積回路装置によれば、NチャネルMOSトランジスタのオフ時にPチャネルMOSトランジスタの能力が上がるように作用し、信号出力の立ち上がり速度が大きくなる。
なお、より好ましくは、上記本発明に係る半導体集積回路装置において、前記第1、第2のPチャネル型MOSトランジスタは、待機時においてオフさせる制御信号を有することを特徴とする。電流消費量を抑えることができる。
さらに、上記本発明に係る半導体集積回路装置において、前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、同電位にされることを特徴とする。Nチャネル型MOSトランジスタ側のボディー電位を固定し、動作安定性を確保する。
また、上記本発明に係る半導体集積回路装置において、前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、定電流源に接続されることを特徴とする。高速動作のさらなる安定性と低消費電力化に寄与する。
本発明に係るメモリにおけるセンスアンプは、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有するメモリにおけるセンスアンプであって、前記SOIトランジスタのうち、ソースに第1電位が、ゲートに制御信号が与えられ、ボディー電位をビット線の信号に応じた可変電位とする第1のPチャネル型MOSトランジスタと、前記SOIトランジスタのうち、ソースに前記第1電位が、ゲートに前記制御信号が与えられ、ボディー電位を前記ビット線の補信号に応じた可変電位とする第2のPチャネル型MOSトランジスタと、前記SOIトランジスタのうち、ソースに第2電位が与えられ、前記ビット線の信号がゲートに供給される第1のNチャネル型MOSトランジスタと、前記SOIトランジスタのうち、ソースに第2電位が与えられ、前記ビット線の補信号がゲートに供給される第2のNチャネル型MOSトランジスタと、前記第1のPチャネル型MOSトランジスタと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第1信号出力部と、前記第2のPチャネル型MOSトランジスタと前記第2のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第2信号出力部と、を具備したことを特徴とする。
上記本発明に係るメモリにおけるセンスアンプによれば、NチャネルMOSトランジスタのオフ時にPチャネルMOSトランジスタの能力が上がるように作用し、信号出力の立ち上がり速度が大きくなる。
なお、より好ましくは、上記本発明に係るメモリにおけるセンスアンプにおいて、前記第1、第2のPチャネル型MOSトランジスタは、待機時においてオフさせる制御信号を有することを特徴とする。電流消費量を抑えることができる。
さらに、上記本発明に係るメモリにおけるセンスアンプにおいて、前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、同電位にされることを特徴とする。Nチャネル型MOSトランジスタ側のボディー電位を固定し、動作安定性を確保する。
また、上記本発明に係るメモリにおけるセンスアンプにおいて、前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、定電流源に接続されることを特徴とする。高速動作のさらなる安定性と低消費電力化に寄与する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体集積回路の要部構成を示す回路図である。絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしたSOIトランジスタ集積回路において、Pチャネル型MOSトランジスタQp1,Qp2、Nチャネル型MOSトランジスタQn1,Qn2が次のように回路構成されている。Pチャネル型MOSトランジスタQp1,Qp2は、各ソースに高電位レベルVdd、例えば電源電位が与えられ、それぞれボディー電位を相反する信号入力Vin、BVinに応じた可変電位とし、各ゲートに制御信号CSが与えられる。また、Nチャネル型MOSトランジスタQn1,Qn2は、各ソースに低電位レベルVss、例えば接地電位が与えられ、上記の信号入力Vin、BVinがそれぞれのゲートに供給される。ここではトランジスタQn1,Qn2それぞれのソースとボディーが同電位になるように接続されている。これら、Pチャネル型MOSトランジスタQp1とNチャネル型MOSトランジスタQn1のドレインどうしの接続ノードが信号出力部Voutに接続される。また、Pチャネル型MOSトランジスタQp2とNチャネル型MOSトランジスタQn2のドレインどうしの接続ノードが信号出力部BVoutに接続される。
上記回路構成において、制御信号CSがハイレベルからローレベルになるとトランジスタQp1,Qp2は活性化する。Nチャネル型MOSトランジスタQn1,Qn2は、制御信号CSによらず、信号入力VinまたはBVinのレベルに応じてオン/オフする。なお、Pチャネル型MOSトランジスタQp1,Qp2のサイズは、Nチャネル型MOSトランジスタQn1,Qn2のサイズに比べて小さくしてある。これにより、消費電流の低減化、動作高速化に寄与する。
上記回路構成において、信号入力Vinがハイレベルになるとき、信号入力BVinがローレベルになる。トランジスタQn1はオン,Qn2はオフする。制御信号CSのローレベルで活性化されるPチャネル型MOSトランジスタQp1,Qp2は、それぞれボディー電位が信号入力によって可変する。Vinのハイレベルがボディー電位として与えられるトランジスタQp1はオンするが、サイズを小さくしてあるので消費電流は相当分である。BVinのローレベルがボディー電位として与えられるトランジスタQp2は、トランジスタQp1と同様にサイズは小さいがトランジスタQn2のオフ時に能力が上がりつつオンするので、信号出力のタイミングが向上する。信号出力部Voutから信号入力Vinの増幅信号が、信号出力部BVoutから信号入力BVinの増幅信号が得られる。
上記第1実施形態の構成によれば、SOI基板においてNチャネルMOSトランジスタのオフ時にPチャネルMOSトランジスタの能力が上がるように作用し、信号出力の速度が大きくなる。ハイレベル、ローレベル出力の動作タイミングを合わせることができる。インバータ回路としてPチャネル型MOSトランジスタのボディー電位を信号入力に応じた可変電位とすることは、広い応用が期待できる。
図2は、本発明の第2実施形態に係るメモリにおけるセンスアンプの要部構成を示す回路図である。半導体メモリ回路にSOI(Silicon On Insulator)技術を導入する。すなわち、大容量のメモリの高集積化を図る上で、SOI基板上に形成されたMOSトランジスタ素子を利用してメモリセルや諸回路が構成される。そこで、メモリにおけるセンスアンプが前記第1実施形態に示したような構成となっている。
絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしたSOIトランジスタ集積回路において、Pチャネル型MOSトランジスタQp1は、ソースに高電位レベルVdd、例えば電源電位が与えられ、ボディー電位をビット線BLの信号に応じた可変電位とし、ゲートに制御信号SENSEが与えられる。また、Pチャネル型MOSトランジスタQp2は、ソースに高電位レベルVdd、例えば電源電位が与えられ、ボディー電位をビット線BLの補信号(反転信号)であるビット線BBLの信号に応じた可変電位とし、ゲートに制御信号SENSEが与えられる。Nチャネル型MOSトランジスタQn1は、ソースが低電位レベル、ここでは定電流源ISを介して接地電位が与えられ、上記のビット線BLの信号がゲートに供給される。Nチャネル型MOSトランジスタQn2は、ソースが低電位レベル、ここでは定電流源ISを介して接地電位が与えられ、上記のビット線BBLの信号がゲートに供給される。ここではトランジスタQn1,Qn2それぞれのソースとボディーが同電位になるように接続されている。これら、Pチャネル型MOSトランジスタQp1とNチャネル型MOSトランジスタQn1のドレインどうしの接続ノードがビット線信号出力部BLoutに接続される。また、Pチャネル型MOSトランジスタQp2とNチャネル型MOSトランジスタQn2のドレインどうしの接続ノードがビット線補信号出力部BBLoutに接続される。
上記回路構成において、ビット線信号出力を検知し制御信号SENSEがハイレベルからローレベルになるとトランジスタQp1,Qp2は活性化する。Nチャネル型MOSトランジスタQn1,Qn2は、制御信号SENSEによらず、ビット線BLまたはBBLの信号レベルに応じてオン/オフする。なお、Pチャネル型MOSトランジスタQp1,Qp2のサイズは、Nチャネル型MOSトランジスタQn1,Qn2のサイズに比べて小さい。これにより、消費電流の低減化に寄与する。
上記回路構成において、ビット線BLの信号がハイレベルになるとき、ビット線BBLの信号がローレベルになる。トランジスタQn1はオン,Qn2はオフする。制御信号SENSEがハイレベルからローレベルになることにより活性化されるPチャネル型MOSトランジスタQp1,Qp2は、それぞれボディー電位がビット線信号入力によって可変する。ビット線BLのハイレベルがボディー電位として与えられるトランジスタQp1はオンするが、サイズを小さくしてあるので消費電流は相当分である。ビット線BBLのローレベルがボディー電位として与えられるトランジスタQp2は、トランジスタQp1と同様にサイズは小さいがトランジスタQn2のオフ時に能力が上がりつつオンするので、信号出力のタイミングが向上する。
上記第2実施形態の構成によれば、SOI基板においてNチャネルMOSトランジスタのオフ時にPチャネルMOSトランジスタの能力が上がるように作用し、信号出力の速度が大きくなる。ハイレベル、ローレベル出力の動作タイミングを合わせることができる。特に、SOI基板上のPチャネルMOSトランジスタに関し、適切なトランジスタサイズを選択することによりより高速化が期待できる。メモリにおけるセンスアンプにおいて、Nチャネル型MOSトランジスタQn1、Qn2のボディーとソースは、同電位にされ定電流源に接続されるので、高速動作のさらなる安定性と低消費電力化に寄与する。
以上説明したように本発明によれば、絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有する半導体集積回路で、Pチャネル型MOSトランジスタのボディー電位を信号入力に応じた可変電位とするインバータ構成を設ける。適切なトランジスタサイズを選択することにより、動作高速性、低消費電流、レイアウトの容易性が期待できる。この結果、適所にボディー電位が可変するトランジスタ素子を組み込み、レイアウトに有利で動作高速化が図れる半導体集積回路装置及びメモリにおけるセンスアンプを提供することができる。
第1実施形態に係る半導体集積回路の要部構成を示す回路図。 第2実施形態に係るメモリにおけるセンスアンプの要部を示す回路図。
符号の説明
Qp1,Qp2…SOI基板上のPチャネル型MOSトランジスタ
Qn1,Qn2…SOI基板上のNチャネル型MOSトランジスタ
BL,BBL…ビット線

Claims (10)

  1. 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有する半導体集積回路装置であって、
    入力信号を供給する信号入力部と、
    前記SOIトランジスタのうち、ソースには第1電位が与えられ、ボディーには前記入力信号に応じた可変電位が与えられ、ゲートには制御信号が与えられる、Pチャネル型MOSトランジスタと、
    前記SOIトランジスタのうち、ソースには第2電位が与えられ、ゲートには前記入力信号が供給される、Nチャネル型MOSトランジスタと、
    前記Pチャネル型MOSトランジスタと前記Nチャネル型MOSトランジスタのドレインとに電気的に接続された信号出力部と、を具備したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有する半導体集積回路装置であって、
    前記SOIトランジスタのうち、各ソースに第1電位が、各ゲートに制御信号が与えられ、それぞれのボディー電位を相反する信号入力に応じた可変電位とする第1、第2のPチャネル型MOSトランジスタと、
    前記SOIトランジスタのうち、各ソースに第2電位が与えられ、前記相反する信号入力がゲートに供給される第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタと、
    前記第1のPチャネル型MOSトランジスタと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第1信号出力部と、
    前記第2のPチャネル型MOSトランジスタと前記第2のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第2信号出力部と、
    を具備したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 前記第1、第2のPチャネル型MOSトランジスタは、待機時においてオフさせる制御信号を有すること、を特徴とする請求項2記載の半導体集積回路装置。
  4. 前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、同電位にされることを特徴とする請求項2または3記載の半導体集積回路装置。
  5. 前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、定電流源に接続されることを特徴とする請求項2または3記載の半導体集積回路装置。
  6. 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタを有するメモリにおけるセンスアンプであって、
    前記SOIトランジスタのうち、ソースに第1電位が、ゲートに制御信号が与えられ、ボディー電位をビット線の信号に応じた可変電位とする第1のPチャネル型MOSトランジスタと、
    前記SOIトランジスタのうち、ソースに前記第1電位が、ゲートに前記制御信号が与えられ、ボディー電位を前記ビット線の補信号に応じた可変電位とする第2のPチャネル型MOSトランジスタと、
    前記SOIトランジスタのうち、ソースに第2電位が与えられ、前記ビット線の信号がゲートに供給される第1のNチャネル型MOSトランジスタと、
    前記SOIトランジスタのうち、ソースに第2電位が与えられ、前記ビット線の補信号がゲートに供給される第2のNチャネル型MOSトランジスタと、
    前記第1のPチャネル型MOSトランジスタと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第1信号出力部と、
    前記第2のPチャネル型MOSトランジスタと前記第2のNチャネル型MOSトランジスタにおけるドレインどうしの接続ノードに繋がる第2信号出力部と、
    を具備したことを特徴とするメモリにおけるセンスアンプ。
  7. 前記第1、第2のPチャネル型MOSトランジスタは、待機時においてオフさせる制御信号を有することを特徴とする請求項6記載のメモリにおけるセンスアンプ。
  8. 前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、同電位にされることを特徴とする請求項6または7記載のメモリにおけるセンスアンプ。
  9. 前記第1、第2のNチャネル型MOSトランジスタのボディーとソースは、定電流源に接続されることを特徴とする請求項6または7記載のメモリにおけるセンスアンプ。
  10. 絶縁膜上に形成されたシリコン単結晶をボディーとしてトランジスタ素子を構成するSOIトランジスタと信号出力部を有する半導体集積回路装置であって、
    前記SOIトランジスタは、
    ソースに第1電位が、ゲートに制御信号が、ボディーに入力信号に応じた可変電位が、与えられる第1のPチャネル型MOSトランジスタと、
    ソースに前記第1電位が、ゲートに前記制御信号が、ボディーに前記入力信号と相反する信号に応じた可変電位が、与えられる第2のPチャネル型MOSトランジスタと、
    ソースに第2電位が与えられ、ゲートに前記入力信号が供給される第1のNチャネルNチャネル型MOSトランジスタと、
    ソースに前記第2電位が与えられ、ゲートに前記入力信号と相反する信号が供給される第2のNチャネルNチャネル型MOSトランジスタと、
    を具備し、
    前記信号出力部は、
    前記第1のPチャネル型MOSトランジスタのドレインと前記第1のNチャネル型MOSトランジスタのドレインとの接続ノードに繋がる第1信号出力部と、
    前記第2のPチャネル型MOSトランジスタのドレインと前記第2のNチャネル型MOSトランジスタのドレインとの接続ノードに繋がる第2信号出力部と、
    を具備することを特徴とする半導体集積回路装置。
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