JP4243389B2 - Semiconductor memory device and semiconductor device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体記憶装置と半導体装置に関し、主として大記憶容量で高速動作のダイナミック型RAM(ランダム・アクセス・メモリ)に利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明を成した後の調査によって、後で説明する本発明に関連すると思われるものとして、特開平6−318391号公報(以下、先行技術1という)、特開平9−120674号公報(以下、先行技術2という)があることが判明した。先行技術1の公報においては、その添付図面の図18、図19に示されているようにローカルIO線対とグローバルIO線対のそれぞれにコイライズ/プリチャージ回路が設けられている。先行技術2の公報においては、ローカルデータバスとグローバルデータバスのそれぞれにプリチャージ回路が設けられる。この場合、ローカルデータバスには、読み出し及び書き込み用の第一プリチャージ回路と、ローカルデータバスが非選択のときにセンスアンプを安定化させる第二プリチャージ回路とを備えている。後で説明する本願発明のように大記憶容量化と高速動作化を実現するために、上記のような階層構造の入出力線においてローカル入出力線を選択する選択回路の両側に短絡MOSFETを設けることの必然性を示唆するような記載は一切見当たらない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ダイナミック型RAM(ランダム・アクセス・メモリ)において、その記憶容量の増大に伴い、ダイナミック型メモリセルからの読み出し信号量を確保したり、あるいは選択動作の高速化及び低消費電力化等のためにワード線及びビット線を複数に分割する階層方式が採用されている。これにより、メモリセルが接続されるビット線及びワード線の寄生容量を減らことができ、上記読み出し信号量を確保しつつ、高速なメモリセルの選択動作を行わせることができる。このような階層方式そのものは、前記公報等において公知である。
【0004】
記憶容量の増大に伴い、上記ワード線やビット線の分割数も増大することとなる。ダイナミック型メモリセルでは、記憶キャパシタに蓄積された情報電荷とビット線のプリチャージ電荷との電荷結合により形成された微小電圧を読み出し信号とするものであるので、ビット線に接続されるメモリセルの数を多くすることは上記読み出し信号量の関係で難しい。このため、ビット線の分割数が必然的に多くなり、その結果メイン入出力線(前記公報ではグローバルIO又はグローバルデータバス)が長くなる傾向にある。
【0005】
このようにメイン入出力線の長さが長くなり、それに接続されるローカル入出力線の数も増加して、カラム選択経路を構成するスイッチMOSFETの数が増加すると、上記メイン入出力線におけるプリチャージ時間が長くなってしまう。つまり、前記先行技術1のように各ローカルIOに短絡MOSFETを設け、プリチャージ期間においてローカルIOのそれぞれを同電位にできたとしても、グーロバルIOには1箇所しかプリチャージ回路しか設けられていないから、かかるプリチャージ回路から遠い距離にある箇所では、プリチャージ動作が完全に行えなく電位差が生じてしまう可能性がある。しかも、上記グローバメルIOは、1つのローカルIOに対して大きな寄生容量を持つから、上記電位差は電荷量としてみるとローカルIOにとっては無視でないない大きなものになっていることが本願発明者において見出された。
【0006】
このため、読み出しあるいは書き込みの信号伝達時には伝達信号に上記グローバルIOの不十分なプリチャージ時間による電位差がオフセットとして重畳されされまう。読み出し動作では、かかる電位差によって必要な入力信号量が得られるまでメインアンプの動作開始タイミングを遅らせる必要がある。書き込み動作では、上記電位差によってライトアンプの信号によってセンスアンプを反転させて選択ビット線にフル振幅の書き込み電圧を与えるまでの時間が長くなってしまうという問題が生じるものとなる。
【0007】
この発明の目的は、記憶容量の増大と高速動作化を実現した半導体記憶装置と半導体装置を提供することにある。この発明の他の目的は、記憶容量の増大と高速動作化に加えて高集積化を実現した半導体記憶装置と半導体装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。メモリセルアレイの複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ複数からなる第1増幅回路で増幅し、上記複数の第1増幅回路を第1選択回路で選択して第1共通相補線対に接続し、かかる各回路を備えたメモリブロックの複数個に対応して上記第1共通相補線対を第2選択回路より第2共通相補線対に接続し、上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを含む半導体記憶装置において、上記複数からなる第1選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記短絡MOSFETをオン状態にする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図においては、この発明が適用されるダイナミック型RAMの全体的な配置を説明するものであり、それらが公知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。
【0010】
上記メモリチップは、チップの長手方向に約16Kのビット線(本願においてビット線はデータ線あるいはデジット線と同じ意味で用いている)BL対(BLpair)が並べられ、短手方向に約16Kのワード線WLが並べられる。それ故、この実施例のメモリチップは、全体で16K×16K=256M(ビット)のような記憶容量を持つようにされる。上記のように全体で256Mビットのような記憶容量のメモリアレイは4個に分けられる。4個に分けられたメモリアレイは、それぞれが約64Mビットの記憶容量を持つようなメモリバンク(BANK)を構成するようにされる。
【0011】
図示しないが、メモリチップの長手方向に対して中央部分にアドレス入力回路、データ入出力回路及びボンディングパッド列からなる入出力インターフェイス回路及び降圧回路を含む内部電源回路等が設けられる。これら中央部分の両側のメモリアレイに接する部分には、上記カラムデコーダYDECが配置される。上述のようにメモリチップの長手方向に対して左右に2個、上下に2個ずつに分けられた4個からなる各メモリアレイ長手方向に対して、その中央部にメインロウデコーダ等が形成されるアレイコントローラACが配置される。上記アレイコントローラACを中心にして、メモリチップの長手方向にメインワード線MWLが延長される。上記カラムデコーダYDECからメモリチップの短手方向にカラム選択線YSが延長される。
【0012】
図2には、1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図には、上記メモリバンクのうち、上記アレイコントローラにより2分割される片方が例示的に示されている。上記分割されたメモリアレイは、メインワード線方向に対して6個に分割され、ビット線方向に16分割される。このようにワード線方向に6分割されてなるサブアレイ(sub Array)には、サブワードドライバ(サブワード線駆動回路)SWDが設けられる。上記サブワードドライバSWDは、メインワード線MWLのほぼ1/6ずつの長さに分割され、それと平行に延長されるサブワード線の選択信号を形成する。
【0013】
この実施例では、メインワード線の数を減らすために、言い換えるならば、メインワード線の配線ピッチを緩やかにするために、特に制限されないが、1つのメインワード線に対して、相補ビット線方向に2本からなるサブワード線を配置させる。このようにメインワード線方向には4本に分割され、及び相補ビット線方向に対して2本ずつが割り当てられたサブワード線の中から1本のサブワード線を選択するために、サブワード選択ドライバが配置される。このサブワード選択ドライバは、上記サブワードドライバの配列方向に延長される2本のサブワード選択線の中から1つを選択する選択信号を形成する。
【0014】
上記のように1つのメモリアレイは、相補ビット線方向に対して16Kビットの記憶容量を持つ。しかしながら、1つの相補ビット線に対して16Kものメモリセルを接続すると、相補ビット線の寄生容量が増大し、微細な情報記憶用キャパシタとの容量比により読み出される信号レベルが得られなくなってしまうために、相補ビット線方向に対して16分割される。つまり、センスアンプSAにより相補ビット線が16分割される。特に制限されないが、センスアンプSAは、シェアードセンス方式により構成され、メモリアレイの両端に配置されるセンスアンプSAを除いて、センスアンプSAを中心にして左右に相補ビット線が設けられ、左右いずれかの相補ビット線に選択的に接続される。
【0015】
上記サブアレイの構成は、上記のようにワード線方向に6分割され、ビット線方向に16分割される。それ故、1つのメモリバンクを構成するサブアレイの数は、16×6×2=192個とされる。上記のようなビット線の分割により、分割された1つのビット線に接続されるメモリセルの数は512個(冗長セルを除く)とされ、サブワード線に接続されるメモリセルの数は688個(冗長セルを含む)とされる。
【0016】
ワード線方向に相補ビット線を12分割すると、16K÷12≒683となり、本来は相補ビット線対は683と682を持つサブアレイの組み合わせで構成されるべきであるが、後述するように1つのカラム選択信号YSにより、2つのサブアレイで2対ずつ相補ビット線を2対ずつのローカル入出力線LIOに接続するためには、必ず偶数になるようにする必要がある。この実施例では、特に制限されないが、1つのサブアレイに設けられる相補ビット線対は、冗長ビット線を含めて上記688対、あるいはそれと696対の組み合わせで構成される。
【0017】
上記のようなワード線の分割数の低減により、1つのメモリバンクでみると、メインワード線方向に並ぶサブワードドライバSWDの数を例えば16分割した場合の18個に比べて上記12分割することにより、14個と減らすことができる。これによって、ワード線方向の延長方向(メモリチップの長手方向)のチップサイブの小型化が可能になるとともに、それに対応して上記メインワード線MWLの長さが短くなり、ワード線の選択動作の高速化も図られる。
【0018】
図3には、この発明に係るダイナミック型RAMにおけるサブアレイとその周辺回路の一実施例の概略レイアウト図が示されている。図3においては、サブアレイ(subArray)は、上記のように512サブワード線(SWL)×688ビット線対(BLpair)により構成される。上記のサブアレイに対してメインワード線MWLは、0〜127のような128本が設けられる。1つのメインワード線に対して、4本のサブワード線SWLが割り当てられる。つまり、上記メインワード線MWLの選択信号と、4本のサブワード線選択信号FXB0〜FXB3の組み合わせにより、サブワードドライバSWDは、上記メインワード線MWLより選択された4本のサブワード線のうちの1本を選択する。
【0019】
サブワードドライバSWDは、それを挟むように形成される2つのサブアレイのサブワード線を選択する。それ故、サブワードドライバSWDは、上記サブワード線SWLが512本あるにもかかわらず256個が設けられる。このことは、1つのサブアレイでみると、512本のサブワード線のうち、上側のサブワードドライバSWDにより、そのうちの半分の256本が選択され、残り半分が下側のサブワードドライバSWDにより選択される。このようにサブワードドライバSWDをサブワード線SWDに対して上下に振り分ける構成は、サブワード線SWLの配列ピッチに対して、サブワードドライバSWDの配列ピッチを2倍に大きくでき、サブワードドライバSWDの駆動能力を確保しつつ、サブワード線の高密度配列を実現することができる。
【0020】
センスアンプSAは、シェアードセンスアンプ方式が採用され、それを挟む2つのサブアレイに対して選択的に使用される。したがって、サブアレイに設けられるビット線対に対して、その半分の344個のセンスアンプSAが設けられる。この場合、上記サブワードドライバとサブワード線との関係と同様に、センスアンプの感度を高くしつつ、相補ビット線対の高密度配列を実現することができる。
【0021】
上記センスアンプが形成され領域には、後に説明するようにシェアードスイッチMOSFET、ビット線のプリチャージMOSFET、カラム選択MOSFET及びその選択信号線とローカルIO線が形成される。この実施例では、センスアンプSAが172ずつに分割されるように示されているが、この意味は後に説明するメイン入出力線MIOとの関係で、かかる分割部分で上記ローカル入出力線LIOが分断されていることを表している。
【0022】
図4には、1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図は、前記図2に対応したものであり、ビット線方向と階層化IOの構成が示されている。図5には、ワード線方向に並べられる2列分(2×6=12個)のサブアレイに対応した拡大図が示されている。
【0023】
図4において、YデコーダYDECによって、YS0〜YS1023のような約1K分のカラム選択信号が形成される。これらの各信号線は、サブアレイ上を延長するように4群に分かれて延長させられる。この実施例では、上記カラム選択信号線YS0〜YS1023は、YS0〜YS511とYS512〜YS1023の2つに分けられ、例えばYS0とYS512のように1本ずつが選択される。つまり、1つのメモリバンクにおいては、1つのワード線の選択によって8K分のメモリセルが選択される。その中から、16ビットの単位で読み出しを行うためには0〜511通りの選択信号が必要になるものである。
【0024】
上記選択信号線YS0〜YS511は、上記YデコーダYDECからビット線の延長方向に16個のサブアレイを貫通するように直線的に延び、上記各16個のサブアレイに対応した各センスアンプが設けられる部分でワード線方向に分岐し、かかる分岐部分では同図においてワード線方向に並べられた左半分に相当する3個のサブアレイに対応したセンスアンプ列上を延長するようにされる。上記選択信号線YS512〜YS1023は、上記のようにYデコーダYDECから直線的に延長し、上記各16個のサブアレイに対応した各センスアンプが設けられる部分でワード方向に分岐し、同図では右半分に相当する3個のサブアレイに対応したセンスアンプ列上を延長するようにされる。
【0025】
メイン入出力線MIOは、4対ずつが組となって全体で4組が上記ビット線の延長線方向に配置される。このメイン入出力線MIOは、上記サブワードドライバSWD及びサブワードドライバSWDとセンスアンプSAとに挟まれた交差領域ISの上を延長するようされる。このため、上記メイン入出力線MIOは、上記YデコーダYDECから直線的に延びるカラム選択線YSとは平行となるように延長される。
【0026】
図5の拡大図に示すように、ローカル入出力線LIOは、実線と点線で示されたトルーTとバーBに対応した相補線が一対とされて、メインワード線方向において4分割される。つまり、前記のように6個のサブアレイは、中央部に配置される交差エリアISとサブワードドライバSWDにより3個ずつに分けられる。そして、上記のように3個ずつに分けられたサブアレイは、その中間部に設けられたサブアレイに対応したセンスアンプSAにおいて、前記図3に示したように172ずつに分割されて、かかる分割部分において上記ローカル入出力線LIOが分離される。
【0027】
上記4対ずつのメイン入出力線MIOには、上記のように4等分されて同じ長さにされたローカル入出力線LIOが接続される。特に制限されないが、ローカル入出力線LIOは、実線と点線で示したような2対ずつが1つのサブアレイのセンスアンプSAと交差エリア及び半分のサブアレイに対応したセンスアンプSAに配置される。サブアレイにおいて、1つのサブワード線SWLが選択されたとき、それを挟むように両側に配置される2つのセンスアンプSAが活性化され、そのうち前記カラム選択線YSにより選択された2対の相補ビット線が上記2つのセンスアンプ列に対応して配置される2対のローカル入出力線LIOに接続される。
【0028】
上記センスアンプSA列に対応して2対ずつ設けらられたローカル入出力線LIOは、それぞれにおいてメイン入出力線MIOとの交差部において、つまり、前記交差エリアISにおいて黒丸で示した選択回路(IOスイッチ)によりメイン入出力線MIOに接続される。この結果、図4のメモリアレイにおいては、16対のメイン入出力線MIO0T,B〜MIO15T,Bに16ビットのデータが読み出される。1つのメモリバンクは、アレイコントローラACを挟んで上記図4に示したメモリアレイが2個設けられるので、全体で32ビット分の選択が可能であり、それぞれが図示しないメインアンプMAの入力端子に伝えられる。
【0029】
例えば、16ビットの単位での読み出しを行うときには、上記32対のメイン入出力線MIOと32個のメインアンプMAを16ずつ2つに分け、それを1ビットのYアドレス信号により選択するようにすればよい。そして、バーストモードにおいて、カラムアドレスを切り換えて連続的に読み出しや書き込みを行うときに、一方のメインアンプMA等を活性化して読み出し動作を行うとき、次の読み出し等がおこなわれる他方ローカル入出力線LIOとメイン入出力線MIOに対するプリチャージ及びイコライズ動作を行うようにすることができる。
【0030】
そして、8ビットの単位でメモリアクセスを行う構成なら、2ビットのYアドレス信号を用いて上記メインアンプMA等を8個ずつ4回に分けて選択すればよく、4ビットの単位でメモリアクセスを行う構成なら、3ビットのYアドレス信号を用いて上記メインアンプMA等を4個ずつ8回に分けて選択すればよい。このようなビット構成の切り換えは、ボンディングオプションやメタルオプション等により簡単に設定することができる。
【0031】
図6には、1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図は、前記図2に対応したものであり、上記選択回路の選択動作を説明するものである。選択回路は、IO線の選択動作を行うにもかかわらず、X系のアドレス信号により選択信号が形成される。つまり、アレイコントローラに設けられたマット選択信号BLEQにより選択動作が行われる。マット選択信号BLEQは、0〜17からなり、選択されたサブアレイ(メモリマット)を挟む2つの信号が選択される。
【0032】
前記のようにビット線方向に16分割されてなるサブアレイ(メモリマット)のうち、図示のようにメモリマット15が選ばれたとき、言い換えるならば、上記メモリアレイのうちYデコーダYDECから最も離れた位置に設けられる6個のサブアレイに対応したメインワード線(サブワード線)が選択されたとき、かかるサブアレイを挟む前記センスアンプSA及び交差エリアIS上に設けられる2つのマット選択信号BLEQ16と17がロウレベルのような選択レベルにされる。これに対して、前記メインワード線が選択されないサブアレイに対応した残り16のマット選択信号BLEQ0〜15は、ハイレベルの非選択レベルにされる。
【0033】
前記のような2つの交差エリアISに振り分けられて設けられたIO線の選択回路は、上記マット選択信号BLEQ16と17のロウレベルのような選択レベルによってローカル入出力線LIOとメイン入出力線MIOを接続させる。上記メイン入出力線MIOと他のメモリマットに対応した選択回路は上記マット選択信号BLEQ0〜15よりオフ状態にされる。これにより、メイン入出力線MIOには、上記選択されたメモリマットに対応したローカル入出力線LIOにのみ接続される。
【0034】
上記のような選択動作において、上記メモリマット15が選択されたとき、他のメモリマットにおいては、上記ローカル入出力線LIOとメイン入出力線MIOとは接続されないが、各サブアレイの相補ビット線とそれぞれに対応したローカル入出力線LIOとは、各サブアレイ当たり4対ずつが接続されている。このため、かかる非選択メモリマットに対応したローカル入出力線LIOは、後述するように上記選択されたローカル入出力線LIOときは異なるプリチャージ電圧が与えられる。
【0035】
図15には、この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部を中心にして、アドレス入力からデータ出力までの簡略化された一実施例の回路図が示されている。同図においては、2つのサブアレイ15に上下から挟まれるようにされたセンスアンプ16と交差エリア18に設けられる回路が例示的に示され、他はブロック図として示されている。
【0036】
ダイナミック型メモリセルは、上記1つのサブアレイ15に設けられたサブワード線SWLと、相補ビット線BL,BLBのうちの一方のビット線BLとの間に設けられた1つが代表として例示的に示されている。ダイナミック型メモリセルは、アドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsから構成される。アドレス選択MOSFETQmのゲートは、サブワード線SWLに接続される。このMOSFETQmのドレインはビット線BLに接続される。上記MOSFETQmのソースに記憶キャパシタCsが接続される。本願において、MOSFETは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGFET)のことを総称するものであり、それ故、ゲート電極は金属に限定されずポリシリコン層を含むものであってもよいし、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜の他に絶縁膜であればよい。
【0037】
上記記憶キャパシタCsの他方の電極は共通化されてプレート電圧VPLTが与えられる。上記MOSFETQmの基板(チャンネル)には負のバックバイアス電圧VBBが印加される。特に制限されないが、上記バックバイアス電圧VBBは、−1Vのような電圧に設定される。上記サブワード線SWLの選択レベルは、上記ビット線のハイレベルに対して上記アドレス選択MOSFETQmのしきい値電圧分だけ高くされた高電圧VPPとされる。
【0038】
センスアンプを内部降圧電圧VDLで動作させるようにした場合、センスアンプにより増幅されてビット線に与えられるハイレベルは、上記内部電圧VDLレベルにされる。したがって、上記ワード線の選択レベルに対応した高電圧VPPはVDL+Vth+αにされる。センスアンプ16の左側に設けられたサブアレイの一対の相補ビット線BLとBLBは、同図に示すように平行に配置される。かかる相補ビット線BLとBLBは、シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2によりセンスアンプの単位回路の入出力ノードと接続される。
【0039】
センスアンプ16の単位回路は、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたNチャンネル型の増幅MOSFETQ5,Q6及びPチャンネル型の増幅MOSFETMOSFETQ7,Q8からなるCMOSラッチ回路で構成される。Nチャンネル型MOSFETQ5とQ6のソースは、共通ソース線CSNに接続される。Pチャンネル型MOSFETQ7とQ8のソースは、共通ソース線CSPに接続される。上記共通ソース線CSNとCSPには、それぞれパワースイッチMOSFETが接続される。
【0040】
特に制限されないが、Nチャンネル型の増幅MOSFETQ5とQ6のソースが接続された共通ソース線CSNには、特に制限されないが、上記交差エリア18に設けられたNチャンネル型のパワースイッチMOSFETQ14により接地電位に対応した動作電圧が与えられる。同様に上記Pチャンネル型の増幅MOSFETQ7とQ8のソースが接続された共通ソース線CSPには、上記内部電圧VDLを供給するNチャンネル型のパワーMOSFETQ15が設けられる。上記のパワースイッチMOSFETは、後に図14を用いて説明するように各単位回路に分散して設けるようにしてもよい。
【0041】
上記Nチャンネル型のパワーMOSFETQ14とQ15のゲートに供給されるセンスアンプ用活性化信号SANとSAPは、センスアンプの活性時にハイレベルにされる同相の信号とされる。信号SAPのハイレベルは昇圧電圧VPPレベルの信号とされる。昇圧電圧VPPは、VDLが1.8Vのとき、約3.6Vにされるので、上記Nチャンネル型MOSFETQ15を十分にオン状態にして共通ソース線CSPを内部電圧VDLレベルにすることができる。
【0042】
上記センスアンプの単位回路の入出力ノードには、相補ビット線を短絡させるイコライズMOSFETQ11と、相補ビット線にハーフプリチャージ電圧VBLRを供給するスイッチMOSFETQ9とQ10からなるプリチャージ(イコライズ)回路が設けられる。これらのMOSFETQ9〜Q11のゲートは、共通にプリチャージ信号PCBが供給される。このプリチャージ信号PCBを形成するドライバ回路は、図示しないが、上記交差エリア18にインバータ回路を設けて、その立ち上がりや立ち下がりを高速にする。つまり、メモリアクセスの開始時にワード線選択タイミングに先行して、各交差エリア18に分散して設けられたインバータ回路を通して上記プリチャージ回路を構成するMOSFETQ9〜Q11を高速に切り替えるようにするものである。
【0043】
上記交差エリア18には、選択回路(又はIOSW)を構成するスイッチMOSFETQ19,Q20が置かれる。さらに、同図に示した回路以外にも、必要に応じてセンスアンプのコモンソース線CSPとCSNのハーフプリチャージ回路、ローカル入出力線LIOのハーフプリチャージ回路、メイン入出力線のVDLプリチャージ回路、シェアード選択信号線SHRとSHLの分散ドライバ回路や、この発明に係る一対の短絡MOSFETM1とM2が上記選択回路の両側において設けられる。
【0044】
センスアンプの単位回路は、シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4を介して図下側のサブアレイ15の同様な相補ビット線BL,BLBに接続される。例えば、上側のサブアレイのサブワード線SWLが選択されたときには、センスアンプの上側シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2はオン状態に、下側シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4とがオフ状態にされる。スイッチMOSFETQ12とQ13は、カラム選択回路を構成するものであり、上記選択信号YSが選択レベル(ハイレベル)にされるとオン状態となり、上記センスアンプの単位回路の入出力ノードとローカル入出力線LIO1とLIO1B(LIO2とLIO2B)とを接続させる。
【0045】
上記センスアンプ16及び交差エリア18には、前記のように2対のローカル入出力線、例えばLIO1とLIOIB及びLIO2とLIO2Bが設けられるので、上記1つの選択信号YSによりサブアレイ15の2対の相補ビット線が上記2対のローカル入出力線LIO1とLIOIB及びLIO2とLIO2Bに接続される。サブアレイ15を挟んで図示しない他方のセンスアンプ16にも上記同様に2対のローカル入出力線が設けられており、前記のようにサブアレイの中の4対の相補ビット線が4対のローカル入出力線に接続される。
【0046】
上記のように上側シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2がオン状態のときには、センスアンプの入出力ノードに上記上側の相補ビット線BL,BLBに接続されて、選択されたサブワード線SWLに接続されたメモリセルからの微小信号を増幅し、上記カラム選択回路(Q12とQ13)を通してローカル入出力線LIO1,LIO1Bに伝える。上記ローカル入出力線LIO1,LIO1Bは、上記センスアンプ列に沿って、同図では横方向に延長される。上記ローカル入出力線LIO1,LIO1Bは、交差エリア18に設けられたNチャンネル型MOSFETQ19とQ20からなる選択回路(IOSW)を介してメインアンプ61の入力端子が接続されるメイン入出力線MIO,MIOBに接続される。
【0047】
上記IOスイッチ回路を構成する選択回路IOSWは、前記のようにX系のアドレス信号を解読して形成されたマット選択信号よりスイッチ制御されれる。なお、選択回路IOSWは、次に説明するように上記Nチャンネル型MOSFETQ19とQ20のそれぞれにPチャンネル型MOSFETを並列に接続したCMOSスイッチ構成としてもよい。シンクロナスDRAMのバーストモードでは、上記カラム選択信号YSがカウンタ動作により切り換えられ、前記例示的に示されている上記ローカル入出力線LIO1,LIO1B及びLIO2,LIO2Bとサブアレイの二対ずつの相補ビット線BL,BLBとの接続が順次に切り換えられる。
【0048】
アドレス信号Aiは、アドレスバッファ51に供給される。このアドレスバッファは、時分割的に動作してXアドレス信号とYアドレス信号を取り込む。Xアドレス信号は、プリデコーダ52に供給され、メインローデコーダ11とメインワードドライバ12を介してメインワード線MWLの選択信号が形成される。上記アドレスバッファ51は、外部端子から供給されるアドレス信号Aiを受けるものであり、外部端子から供給される電源電圧VDDQにより動作させられる。
【0049】
上記プリデコーダは、それを降圧した降圧電圧VPERI(VDD)により動作させられ、上記メインワードドライバ12は、昇圧電圧VPPにより動作させられる。このメインワードドライバ12として、上記プリデコード信号を受けるレベル変換機能付論理回路が用いられる。カラムデコーダ(ドライバ)53は、上記VCLP発生回路を構成するMOSFETQ23により動作電圧が形成される駆動回路を含み、上記アドレスバフッァ51の時分割的な動作によって供給されるYアドレス信号を受けて、上記選択信号YSを形成する。
【0050】
上記メインアンプ61は、前記降圧電圧VPERI(VDD)により動作させられ、外部端子から供給される電源電圧VDDQで動作させられる出力バッファ62を通して外部端子Dout から出力される。外部端子Dinから入力される書き込み信号は、入力バッファ63を通して取り込まれ、同図においてメインアンプ61に含まれるライトアンプ(ライトドライバ)を通して上記メイン入出力線MIOとMIOBに書き込み信号を供給する。上記出力バッファ62の入力部には、レベル変換回路とその出力信号を上記クロック信号に対応したタイミング信号に同期させて出力させるための論理部が設けられる。
【0051】
特に制限されないが、上記外部端子から供給される電源電圧VDDQは、第1の形態では3.3Vにされ、内部回路に供給される降圧電圧VPERI(VDD)は2.5Vに設定され、上記センスアンプの動作電圧VDLは1.8Vとされる。そして、ワード線の選択信号(昇圧電圧)は、3.6Vにされる。ビット線のプリチャージ電圧VBLRは、VDL/2に対応した0.9Vにされ、プレート電圧VPLTも0.9Vにされる。そして、基板電圧VBBは−1.0Vにされる。上記外部端子から供給される電源電圧VDDQは、第2の形態として2.5Vのような低電圧にされてもよい。このように低い電源電圧VDDQのときには、降圧電圧VPERI(VDD)と、降圧電圧VDLを1.8V程度と同じくしてもよい。
【0052】
あるいは、外部端子から供給される電源電圧VDDQは3.3Vにされ、内部回路に供給される降圧電圧VPERI(VDD)とセンスアンプの動作電圧VDLとを同じく2.0V又は1.8Vのようにしてもよい。このように外部電源電圧VDDQに対して内部電圧は、種々の実施形態を採ることができる。
【0053】
図7には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例の要部回路図が示され、図16にはその動作波形図が示されている。図7においては、一対のローカル入出力線LIOT,LIOBと一対のメイン入出力線MIOT,MIOBと、それに関連する各回路が示されている。上記ローカル入出力線LIOT,LIOBは、ブラックボックスで示されたセンスアンプ(SA)列の前記のようなカラムスイッチMOSFETを介して、センスアンプの単位回路の入出力ノードと接続される。
【0054】
ローカル入出力線LIOTとLIOBは、上記センスアンプ列を延長するように形成され、かかるセンスアンプ列において512対からなるカラムスイッチMOSFETと接続される。そして、前記センスアンプとサブワードドライバに挟まれた交差エリアISにおいて、メイン入出力線MIOT,MIOBと選択回路を構成するMOSFETQ8〜Q11により接続される。この選択回路は、Pチャンネル型MOSFETQ8(Q9)とNチャンネル型MOSFETQ10(Q11)とが対とされるCMOSスイッチにより構成される。Pチャンネル型MOSFETQ8とQ9のゲートには、選択状態のときにロウレベルにされるマット選択信号BLEQが供給され、Nチャンネル型MOSFETQ10とQ11のゲートには、その反転信号BLEQBが供給される。
【0055】
上記の構成では、非選択のサブアレイ(メモリマット)においても、カラム選択信号YSによりローカル入出力線LIOT,LIOBと相補ビット線とは接続されており、相補ビット線とローカルビット線LIOT,LIOBに選択されたものと同じメイン入出力線MIOからのプリチャージ電圧VDLが残っていると、非動作状態のセンスアンプを構成する増幅MOSFETを介して相補ビット線のプリチャージ電圧を変動させてしまう。そこで、上記ローカル入出力線LIOT,LIOBには、Nチャンネル型のMOSFETQ1ないしQ3からなるプリチャージ回路が設けられる。このプリチャージ回路は、かかるローカル入出力線LIOT,LIOBが非選択状態のとき、つまり、上記選択回路がオフ状態にされるプリチャージサイクルにおいて、ローカル入出力線LIOTとLIOBとを、サブアレイに設けられる相補ビット線と同じプリチャージ電圧VBLRに設定し、相補ビット線のプリチャージ電圧を安定化させる。
【0056】
上記メイン入出力線MIOTとMIOBは、前記のようなYデコーダYDEC側に設けられたメインアンプMAの入力端子に接続される。このメインアンプMAは、特に制限されないが、回路構成は前記のセンスアンプと同様なCMOSラッチ回路から構成され、その動作タイミングにより増幅動作を行う。このメインアンプMAの入力部分に、MOSFETQ12〜Q14からなるプリチャージ回路が設けられる。これらのMOSFETQ12〜Q14は、Pチャンネル型MOSFETから構成され、上記メイン入出力MIOTとMIOBに動作電圧VDLを供給するMOSFETQ14とQ13、及び両メイン入出力線MIOTとMIOBを短絡するMOSFETQ12から構成される。これらのMOSFETQ12〜Q14のゲートには、プリチャージ信号EQIOBが供給される。
【0057】
この実施例では、上記選択回路(IOスイッチ)を構成するMOSFETQ8〜Q11の両側に、一対の短絡MOSFETM1とM2が設けられる。これらのMOSFETM1とM2は、上記交差エリアISに形成される。これらのMOSFETM1とM2のゲートには、上記プリチャージ信号EQIOBが供給される。上記短絡MOSFETM1とM2は、メイン入出力線MIOTとMIOBに接続される複数の選択回路の両側に設けられているので、図16のようにリードサイクル終了時に発生されるプリチャージ信号EQIOBのロウレベルにより、上記短絡MOSFETM1とM2がオン状態となってLIOT/B及びMIOT/Bのイコライズを高速に行うことができる。
【0058】
図16において、電圧VDLは前記のようなセンスアンプの動作電圧であり、例えば1.6Vとされる。電圧VCLは間接周辺回路の動作電圧であり、VPRIと同じ意味であり、例えば2.5Vとされる。VPPは前記昇圧電圧であり、例えば3.5Vにされる。信号MIWはライト起動信号であり、この信号MIWのハイレベルにより書き込み信号がMIO及びLIOを介して選択されたメモリセルが接続された相補ビット線LBに伝えられる。信号DIOETは、サブ増幅回路の起動信号であり、リード及びライト時にイネーブルにされたビット線からの読み出し信号、あるいはMIOからの書き込み信号を増幅してLIOの電圧差を大きくするように動作する。
【0059】
上記の各MOSFETM1とM2は単に短絡動作を行うものであり、プリチャージ電圧VDLを供給するものではない。このため、上記短絡MOSFETM1とM2を設けただけでは、上記プリチャージ回路(Q12〜Q14)から離れた箇所では、プリチャージ(イコライズ)期間が短いとプリチャージ電圧VDLにはならない可能性が生じる。しかし、上記短絡MOSFETM1とM2の短絡動作によって、上記選択回路の両側においてはメイン入出力線MIOTとMIOB及びローカル入出力線LIOTとLIOBとは上記プリチャージ電圧VDLにはならなくとも同一の電位にはできるものである。このように、メイン入出力線MIOTとMIOB及び各ローカル入出力線LIOT,LIOBにおいて,プリチャージ終了時に前の読み出し信号や書き込み信号に対応した電位差を生じなくできる。これにより、プリチャージ動作後の読み出し動作や書き込み動作において、実質的な信号の伝達が高速にでき、読み出し動作や書き込み動作の高速化が可能になるものである。
【0060】
シンクロナスDRAMにおけるバーストモードでは、クロック信号よりYアドレスを切り換えて連続的なメモリアクセスを行うものであり、上記クロック信号の周波数が高くなるに従い、上記プリチャージ(イコライズ)期間も短くされる。本願発明では、上記プリチャージ期間が短くされることにより、各ノードの電位を全て所望のプリチャージ電位VDLにはならなくとも、上記のような短絡MOSFETを設けることによってメイン入出力線MIOT,MIOBと各ローカル入出力線LIOTとLIOBの電位差を生じなくすることにより、読み出し動作や書き込み動作の高速化を図るようにするものである。つまり、メイン入出力線MIOT,MIOBやローカル入出力線LIOT,LIOBのプリチャージ電圧は、メインアンプMAの増幅動作が行えたり、書き込み動作ではセンスアンプSAの反転動作に必要なローカル入出力線LIOT,LIOBの電位が確保できればよく、必ずしもVDLに設定される必要はないのである。
【0061】
この実施例では、高速読み出し動作のためにローカル入出力線LIOTとLIOBには、MOSFETQ4〜Q7からなるサブ増幅回路が設けられる。これらのMOSFETQ4〜Q7は、上記交差エリアISに配置される。この交差エリアISに、上記のようなサブ増幅回路を設ける場合、素子形成エリアを確保するために、センスアンプSA列に後述するような活性化MOSFETを分散配置することが望ましい。
【0062】
上記サブ増幅回路は、ゲートとドレインとが交差接続されて上記ローカル入出力線LIOTとLIOBに接続されたラッチ形態の増幅MOSFETQ4とQ5と、上記MOSFETQ4とQ5の共通化されたソースと回路の接地電位VSSとの間に設けられ動作電流を流すMOSFETQ6とQ7から構成される。MOSFETQ6のゲートには動作タイミング信号DIOETが供給され、MOSFETQ7のゲートにはマット選択信号BLEQBが供給される。つまり、選択されたメモリマットに対応したローカル入出力線LIOTとLIOBに接続されたサブ増幅回路のみが、読み出しや書き込みの信号伝達タイミングに合わせて動作させられる。
【0063】
上記のようなサブ増幅回路を設けることにより、多数のカラム選択MOSFETが接続されることにより、比較的大きな寄生容量を持つローカル入出力線LIOTとLIOBの信号変化を速くでき、高速な読み出し動作や書き込み動作を可能にすることができる。このようなサブ増幅回路を設けた場合、ローカル入出力線LIOTとLIOBに前記のようなプリチャージ動作での電位差が残っていると、それをそのまま増幅してしまうので、その動作タイミングを遅くする必要がある。しかし、この実施例のように短絡MOSFETM1を設けた場合には、上記のようなタイミングマージンが不要になって、いっそうの高速動作化を実現することができる。
【0064】
図8には、この発明に係る半導体記憶装置の他の一実施例の要部回路図が示されている。同図においては、前記図7の実施例回路に対して、選択回路のメイン入出力線MIOT,MIOB側に、プリチャージ電圧VDLを供給するMOSFETM3とM4が追加される。これにより、メイン入出力線MIOTとMIOBを上記選択回路が設けられる複数箇所からプリチャージ電圧VDLを供給することができるため、上記短絡MOSFETM1とM2による短絡動作と相乗的に作用して、より短い時間でのプリチャージ動作を可能にすることができる。
【0065】
図9には、この発明に係る半導体記憶装置の更に他の一実施例の要部回路図が示されている。同図においては、前記図8の実施例回路に対して、選択回路のローカル入出力線LIOT,LIOB側にもプリチャージ電圧VDLを供給するMOSFETM5とM6が追加される。これにより、メイン入出力線MIOTとMIOBを上記選択回路が設けられる複数箇所からプリチャージ電圧VDLを供給し、しかも各ローカル入出力線LIOT,LIOB側でもプリチャージ電圧VDLを供給するものであるので、よりいっそう短い時間でのプリチャージ動作を可能にすることができる。
【0066】
だだし、ローカル入出力線LIOBとLIOBに設けられるプリチャージ回路は、プリチャージ信号Xが用いられ、マット選択信号BLEQBに対応したローカル入出力線LIOTとLIOBのみがプリチャージ動作を行うようにする必要がある。つまり、非選択のローカル入出力線LIOTとLIOBでは、プリチャージ電圧VBLRが供給されので、VDLとVBLTとが衝突しいなように制御する必要がある。
【0067】
図10には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例の要部回路図が示されている。同図は、前記図7の実施例をより詳しく説明するためのものである。メイン入出力線MIOTとからなるMIO線に対して、前記のような複数のメモリマットに対応した交差エリアISにおいて、複数からなる選択回路を介してそれぞれのメモリマットに対応したローカル入出力線LIOTとLIOBとが接続される。
【0068】
この実施例では、上記各メモリマットに対応した選択回路の両側に短絡MOSFETM1とM2が設けられる。これらの短絡MOSFETM1とM2のゲートは、同様に設けられる他のメモリマットに対応した短絡MOSFETM1とM2のゲートと共通接続され、プリチャージ信号EQIOBが供給される。このプリチャージ信号EQIOBは、非選択のメモリマットのローカル入出力線LIOTとLIOBの短絡MOSFETM1もオン状態にさせる。したがって、このような非選択のローカル入出力線LIOTとLIOBにおいては、上記ローカル入出力線LIOTとLIOB側の短絡MOSFETM1は、ビット線のハーフプリチャージ電圧に対応したプリチャージ電圧VBLRの短絡MOSFETとしての動作を行うこととなる。
【0069】
これに対して、非選択のローカル入出力線LIOTとLIOBにおいては、上記メイン入出力線MIOTとMIOB側の短絡MOSFETM2は、MIO線の短絡MOSFETとし動作するものである。したがって、前記のようにメイン入出力線MIOTとMIOBがプリチャージ期間において少なくとも同電位になるように作用するものである。
【0070】
メインアンプMAの出力側は、グローバル入出力線GIOTとGIOBに接続される。このグローバル入出力線GIOTとGIOBは、前記のように16ビットの単位でのメモリアクセスを行う場合には、16対の信号線とされて1つのメモリバンクにおいて2個のメインアンプの出力端子に接続される。そして、前記図1のようにメモリチップに4のメモリバンクがある場合には、それぞれのメモリバンクにおいて2個ずつのメインアンプの出力端子が接続されるよう配置される。上記グローバル入出力線GIOTとGIOBは、図15においてメインアンプMAの出力端子と出力バッファ62の入力端子及び入力バッファ63の出力端子を接続する信号伝達経路を構成する。
【0071】
図11には、この発明に係る半導体記憶装置の動作の一例を説明するためのタイミング図が示されている。同図(A)にはリードモードの例が示され、同図(B)にはライトモードの例が示されている。同図のようにクロック信号CLK(/CLK)の立ち上がりと立ち下がりの変化タイミングに同期してデータの入力(書き込み)や出力(読み出し)が行われるDDRのシンクロナスDRAMでは、クロック信号CLKの半周期の間に前記プリチャージ動作を行う必要があり、前記のような短絡MOSFETM1とM2を設けることの意義が大きいものとなる。
【0072】
図12には、この発明を説明するためのタイミング図が示されている。同図には、シンクロナスDRAM(以下、SDRAMと略する)とDDRのSDRAMの動作が比較して示されている。DDRのSDRAMでは、同じクロック周波数でも、2倍の速度でデータの入力や出力を行うことができる。このことは、前記のようなメイン入出力線MIOやローカル入出力線LIOのプリチャージ期間が短くなることを意味する。
【0073】
したがって、クロック周波数を高くし、上記のようなDDR動作を行わせる場合において、上記メイン入出力線MIOやローカル入出力線LIOのプリチャージ期間の確保がネックとなって高速化を妨げるものである。本願発明では、基本的には上記メイン入出力線MIOとローカル入出力線LIOとを接続するIOスイッチ(選択回路)の両側に短絡MOSFETを設けるという単純な構成により、かかる問題を解決することができるという優れた作用効果を奏する。
【0074】
図13には、この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例の回路図が示されている。この実施例のMOSFETに付された回路記号は、図15に示したものと対応し、前記図7〜図9に示されたMOSFETと一部重複しているが、それぞれは別個の回路機能を持つものであると理解されたい。
【0075】
センスアンプの単位回路を前記説明したようにNチャンネル型MOSFETQ5とQ6及びPチャンネル型MOSFETQ7とQ8から構成される。これらのラッチ形態のNチャンネル型MOSFETQ5とQ6及びPチャンネル型MOSFETQ7とQ8のソースは、前記同じサブアレイに対応して設けられる図示しない他の同様なセンスアンプを構成するNチャンネル型MOSFET及びPチャンネル型MOSFETのソースとをそれぞれ共通接続される共通ソース線CSNとCSPに接続される。
【0076】
上記共通ソース線CSNには、タイミング信号SANを受けるNチャンネル型MOSFETQ14を介して動作電圧VSSAが供給され、上記共通ソース線CSPには、タイミング信号SAPを受けるNチャンネル型MOSFETQ15を介して動作電圧VDLが供給される。この実施例では、上記センスアンプの一方の動作電圧とされる接地電位VSSAは、前記周辺回路等からのノイズの影響を受けないようにするために、その接地電位VSSとは分離された接地線により外部端子から供給される接地電位が与えられる。つまり、センスアンプに与えられる接地電位VSSAは、上記周辺回路や入出力回路とは別に設けられた配線により外部端子から直接的に回路の接地電位が与えられる。
【0077】
上記ラッチ回路の一対の入出力ノード(センスノード)SATとSABには、それらを短絡するイコライズMOSFETQ11と、ハーフプリチャージ電圧VBLRを上記センスノードSATとSABに伝えるプリチャージMOSFETQ9とQ10とからなるプリチャージ回路が設けられる。また、上記センスノードSATとSABは、ゲートにカラム選択信号YSが供給されるカラムスイッチMOSFETQ12とQ13を介してローカル入出力線LIOTとLIOBに接続される。上記カラム選択信号YSは、特に制限されないが、4対のLIOに対応した上記選択スイッチMOSFETに共通に供給される。そして、上記センスアンプ部を挟んで左側に設けられる相補ビット線BLLT,BLLBとの間には、シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2が設けられ、右側に設けられる相補ビット線BLRTとBLRBとの間には、シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4が設けられる。
【0078】
上記シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2のゲートには、制御信号SHLが供給され、上記シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4のゲートには、制御信号SHRが供給される。上記センスアンプ部の左側の相補ビット線BLLTとBLLBとそれと直交するように配置されたサブワード線SWL1,SWL2等とのそれぞれの交点に前記のようなアドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsからなるダイナミック型メモリセルが設けられる。同様に、上記センスアンプ部の右側の相補ビット線BLRTとBLRBとそれと直交するように配置されたサブワード線SWL3,SWL4等とのそれぞれの交点に前記のようなアドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsからなるダイナミック型メモリセルが設けられる。
【0079】
図14には、この発明に係るダイナミック型RAMに用いられるセンスアンプ部の一実施例の概略素子レイアウト図が示されている。この実施例では、センスアンプを駆動するパワースイッチMOSFETQ14とQ15が、センスアンプ列に沿って分散して配置される。つまり、前記のような交差エリアに大きなサイズとして纏めて配置されるのではなく、センスアンプ列の中に分散して小さな素子サイズのパワースイッチMOSFETQ14とQ15が設けられる。
【0080】
特に制限されないが、この実施例では、16個の単位回路に対応して上記2つのMOSFETQ14とQ15が配置される。つまり、左端に設けられた単位回路を例にして説明すると、上側から順にシェアードスイッチMOSFETQ1,Q2、プリチャージ回路を構成するMOSFETQ9−11、カラム選択回路を構成するスイッチMOSFETQ12,Q13、CMOSラッチ回路を構成するPチャンネル型増幅MOSFETQ7,Q8、上記パワースイッチMOSFETQ14とQ15の形成領域を挟んでCMOSラッチ回路を構成するNチャンネル型増幅MOSFETQ5,Q6、及びシェアードスイッチMOSFETQ3,Q4のように配置される。
【0081】
上記パワースイッチMOSFETQ14とQ15は、センスアンプ列に沿ってゲートが延長されるよう、例えば上記シェアードスイッチMOSFETQ1,Q2等に比べてチャンネル幅が十分に大きく、言い換えるならば、素子サイズが大きく形成されて大きな電流を流すことができるようにされる。この場合、Nチャンネル型MOSFETの共通ソース線CSNを駆動するMOSFETQ14は、そのゲートに供給される電圧がVDLのように比較的低い電位であるために、ゲートに電源電圧VDD又は昇圧電圧VPPが供給されるMOSFETQ15に比べて大きなサイズにされる。
【0082】
このようにセンスアンプを駆動するパワースイッチMOSFETを分散配置した場合には、センスノードとパワースイッチMOSFETとの間の距離が短くでき、サブアレイに設けられる複数のセンスアンプの動作タイミングを相互に均一にすることができるとともに、前記クロスエリアを他の一対からなる短絡MOSFETM1とM2、これに加えてもMOSFETQ4〜Q7等からなるサブ増幅回路、あるいは必要に応じてMOSFETM3〜M6のようなプリチャージMOSFETを設けるために有効利用することができる。
【0083】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。
(1) メモリセルアレイの複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ複数からなる第1増幅回路で増幅し、上記複数の第1増幅回路を第1選択回路で選択して第1共通相補線対に接続し、かかる各回路を備えたメモリブロックの複数個に対応して上記第1共通相補線対を第2選択回路より第2共通相補線対に接続し、上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを含む半導体記憶装置において、上記複数からなる第1選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記短絡MOSFETをオン状態にして上記各信号線対の電位を等しくすることにより、信号伝達に必要な電圧を確保しつつ信号伝達を高速に行うようにすることができるという効果が得られる。
【0084】
(2) 上記のような構成に加えて、上記相補ビット線対に上記第1増幅回路の動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路を設け、上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として第1増幅回路が増幅動作を行うものとし、上記第1共通相補線対には上記第1選択回路において非選択にされた第1共通相補線対を上記中間電圧にプリチャージする第3プリチャージ回路を設けることにより、動作の安定化も図ることができるという効果が得られる。
【0085】
(3) 上記のような構成に加えて、上記第1増幅回路として、そのゲートとドレインとが交差接続されてなる一対のPチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETからなるCMOSラッチ回路と、センスアンプの動作期間に上記Pチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETのソースにそれぞれ動作電圧を与えるスイッチMOSFETとすることにより、高感度のセンス動作を行わせることもできるという効果が得られる。
【0086】
(4) ダイナミック型RAMにおいて、カラム選択信号により制御されるカラム選択回路により上記センスアンプの入出力ノードをローカル入出力線対に接続するメモリブロックの複数個に対して、選択回路とを設けてメイン入出力線対と接続し、上記メイン入出力線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路を設けるとともに、上記複数からなる選択回路の両側に上記ローカル入出力線対及びメイン入出力線対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記一対の短絡MOSFETをオン状態にして上記メイン入出力線対及びローカル入出力線対電位を等しくすることにより、読み出し動作や書き込み動作での信号伝達に必要な電圧を確保しつつ信号伝達を高速に行うようにすることができるという効果が得られる。
【0087】
(5) 上記のような構成に加えて、上記相補ビット線対に上記センスアンプの動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路を設けて上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として用い、上記ローカル入出力線対には第3プリチャージ回路を設け、上記選択回路において非選択にされれたローカル入出力線対を上記中間電圧にプリチャージすることにより動作の安定化も図ることができるという効果が得られる。
【0088】
(6) 上記のような構成に加えて、上記センスアンプの入出力ノードを中心にして左右に相補ビット線対を配置してシェアードスイッチMOSFETで選択し、上記ワード線をメインワード線と、かかるメインワード線に対して共通に割り当てられてなる複数のサブワード線の階層構成としてメインワード線の信号とサブワード選択線の信号でサブワードドライバによりサブワード線を選択し、メモリセルアレイの端部を除いてサブワードドライバを中心にして左右に設けられるサブワード線の選択信号を形成し、メモリセルアレイの端部を除いてセンスアンプを中心にして左右に設けられる相補ビット線からの増幅信号をセンスすることにより、サブワード線及び相補ビット線の高密度配置も可能になるという効果が得られる。
【0089】
(7) 上記のような構成に加えて、上記サブワードドライバと上記センスアンプにより囲まれる領域に上記メモリセルがマトリックス状態に配置されてサブアレイを構成し、幾何学的に互いに隣接するサブアレイに対応した上記サブワードドライバと上記センスアンプとに挟まれる交差領域に、上記選択回路と、上記一対の短絡MOSFETとを設けることにより、高密度配置も可能になるという効果が得れらる。
【0090】
(8) 上記のような構成に加えて、上記ラッチ回路にはパワースイッチMOSFETを介して上記動作電圧を与え、かかるパワースイッチMOSFETを上記センスアンプが形成される半導体領域において、そこに形成される複数個のラッチ回路をそれぞれが分担するように複数組を設けることにより、上記交差領域の有効利用化を図ることもできるという効果が得られる。
【0091】
(9) 上記のような構成に加えて、上記一対の短絡MOSFETを共通の制御信号が供給されるPチャンネル型MOSFETとすることにより、制御信号線を減らすとともに通常の信号レベルによりプリチャージ電圧VDLに対応した短絡動作を行わせることもできるという効果が得られる。
【0092】
(10) 上記のような構成に加えて、上記制御信号を第1プリチャージ回路のプリチャージ制御信号と同一とすることにより、制御回路の簡略化を図ることができるという効果が得られる。
【0093】
(11) 上記のような構成に加えて、上記ローカル入出力線対には、ゲートとドレインとが交差接続されてなるMOSFETを含み、そこに伝えられる信号を増幅するサブ増幅回路を上記交差領域において更に設けることにより、短絡MOSFETの短絡動作をいっそう効果的に活用して読み出し及び書き込みの高速動作化を図ることができるという効果が得られる。
【0094】
(12) 上記のような構成に加えて、上記選択回路のそれぞれに対応し、上記第1プリチャージ回路と同じ第4プリチャージ回路を更に設けることにより、プリチャージ動作の高速化を図ることができるという効果が得られる。
【0095】
(13) 上記のような構成に加えて、上記第4プリチャージ回路を上記メイン入出力線対側と上記ローカル入出力線対側の双方に設けつつ、ローカル入出力線対側に設けられた第4プリチャージ回路をそれに対応したローカル入出力線対が非選択のときには動作が停止させることにより、プリチャージ動作のいっそうの高速化と非選択ビット線の安定化を図ることができるという効果が得られる。
【0096】
(14) 上記のような構成に加えて、上記第1プリチャージ回路と第4プリチャージ回路をPチャンネル型MOSFETにより構成することにより、制御信号の共通化を図りつつ、その信号レベルを通常の論理レベルを用いることができるという効果が得られる。
【0097】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図1、図2等に示したダイナミック型RAMにおいてメモリアレイ、サブアレイ及びサブワードドライバの構成は、種々の実施形態を採ることができるし、ダイナミック型RAMの入出力インターフェイスは、シンクロナス仕様の他にランバス仕様等に適合したもの等種々の実施形態を採ることができるものである。
【0098】
ワード線は、前記のような階層ワード線方式の他にワードシャント方式を採るものであってもよい。半導体記憶装置は、前記のようなDRAMの他にスタティック型RAMやEPROM、あるいはEEPROMのような読み出し専用メモリにおいてもIO線を前記のような階層構造にするものには同様に適用できるものである。この発明は、IO線を前記のような階層構造にする半導体記憶装置及びそのようなメモリ回路を含む半導体装置に広く利用できる。
【0099】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。メモリセルアレイの複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ複数からなる第1増幅回路で増幅し、上記複数の第1増幅回路を第1選択回路で選択して第1共通相補線対に接続し、かかる各回路を備えたメモリブロックの複数個に対応して上記第1共通相補線対を第2選択回路より第2共通相補線対に接続し、上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを含む半導体記憶装置において、上記複数からなる第1選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記短絡MOSFETをオン状態にして上記各信号線対の電位を等しくすることにより、信号伝達に必要な電圧を確保しつつ信号伝達を高速に行うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例を示す概略チップレイアウト図である。
【図2】この発明に係るダイナミック型RAMにおける1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図3】この発明に係るダイナミック型RAMにおけるサブアレイとその周辺回路の一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図4】この発明に係るダイナミック型RAMにおける1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図5】図4に示したメモリアレイの一部拡大図である。
【図6】この発明に係るダイナミック型RAMにおける1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図7】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示す要部回路図である。
【図8】この発明に係る半導体記憶装置の他の一実施例を示す要部回路図である。
【図9】この発明に係る半導体記憶装置の他の一実施例を示す要部回路図である。
【図10】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示す要部回路図である。
【図11】この発明に係る半導体記憶装置の動作の一例を説明するためのタイミング図である。
【図12】この発明に係る半導体記憶装置を説明するためのタイミング図である。
【図13】この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例を示す回路図である。
【図14】この発明に係るダイナミック型RAMに用いられるセンスアンプ部の一実施例を示す概略素子レイアウト図である。
【図15】この発明に係るダイナミック型RAMの一実施例を示す回路図である。
【図16】この発明に係る半導体記憶装置の動作の一例を示す動作波形図である。
【符号の説明】
IS…交差エリア、SA…センスアンプ、SWD…サブワードドライバ、YDEC…Yデコーダ、MA…メインアンプ、
Q1〜Q14…MOSFET、M1,M2…短絡MOSFET、M3〜M6…プリチャージMOSFET、
11,12…デコーダ,メインワードドライバ、15…サブアレイ、16…センスアンプ、17…サブワードドライバ、18…クロスエリア、51…アドレスバッファ、52…プリデコーダ、53…デコーダ、61…メインアンプ、62…出力バッファ、63…入力バッファ、
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a semiconductor device, and more particularly to a technology effective when used in a dynamic RAM (random access memory) having a large storage capacity and high speed operation.
[0002]
[Prior art]
As a result of the investigation after the present invention has been considered, it is considered that the invention is related to the present invention described later, Japanese Patent Laid-Open No. 6-318391 (hereinafter referred to as Prior Art 1), Japanese Patent Laid-Open No. It was found that there is a prior art 2). In the prior art 1, as shown in FIGS. 18 and 19 of the accompanying drawings, a localize / precharge circuit is provided for each of the local IO line pair and the global IO line pair. In the prior art 2, the precharge circuit is provided for each of the local data bus and the global data bus. In this case, the local data bus includes a first precharge circuit for reading and writing, and a second precharge circuit for stabilizing the sense amplifier when the local data bus is not selected. Short circuit MOSFETs are provided on both sides of the selection circuit for selecting the local input / output lines in the hierarchical input / output lines as described above in order to realize a large storage capacity and high speed operation as in the present invention described later. There is no description that suggests the necessity of this.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In a dynamic RAM (Random Access Memory), as the storage capacity increases, a word is used to secure a read signal amount from a dynamic memory cell, or to speed up selection operation and reduce power consumption. A hierarchical system is employed in which lines and bit lines are divided into a plurality of parts. As a result, the parasitic capacitance of the bit line and the word line to which the memory cell is connected can be reduced, and a high speed memory cell selection operation can be performed while ensuring the read signal amount. Such a hierarchical system itself is known in the above publications and the like.
[0004]
As the storage capacity increases, the number of divisions of the word lines and bit lines also increases. In the dynamic memory cell, a minute voltage formed by the charge coupling between the information charge stored in the storage capacitor and the precharge charge of the bit line is used as a read signal, so that the memory cell connected to the bit line Increasing the number is difficult because of the read signal amount. For this reason, the number of divisions of the bit lines inevitably increases, and as a result, the main input / output lines (global IO or global data bus in the above publication) tend to be long.
[0005]
As described above, when the length of the main input / output line is increased, the number of local input / output lines connected to the main input / output line is increased, and the number of switch MOSFETs constituting the column selection path is increased, Charge time will be longer. That is, even if a short-circuit MOSFET is provided for each local IO as in the prior art 1 and each local IO can be set to the same potential during the precharge period, the global IO is provided with only one precharge circuit. Therefore, in a place far away from such a precharge circuit, the precharge operation cannot be performed completely and a potential difference may occur. In addition, since the global mel IO has a large parasitic capacitance with respect to one local IO, the inventors of the present application have found that the potential difference is a large one that is not negligible for the local IO in terms of the amount of charge. It was issued.
[0006]
For this reason, when a read or write signal is transmitted, a potential difference due to the insufficient precharge time of the global IO is superimposed on the transmission signal as an offset. In the read operation, it is necessary to delay the operation start timing of the main amplifier until a necessary input signal amount is obtained due to the potential difference. In the write operation, there arises a problem that it takes a long time to invert the sense amplifier by the signal of the write amplifier due to the potential difference and to apply the full amplitude write voltage to the selected bit line.
[0007]
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a semiconductor device that realize an increase in storage capacity and a high speed operation. Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a semiconductor device which realize high integration in addition to increase in storage capacity and high speed operation. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. A plurality of complementary bit line pair signals in the memory cell array are each amplified by a plurality of first amplifier circuits, the plurality of first amplifier circuits are selected by a first selection circuit and connected to the first common complementary line pair, The first common complementary line pair is connected to the second common complementary line pair from the second selection circuit in correspondence with a plurality of memory blocks having such circuits, and a predetermined voltage is applied to the second common complementary line pair. In a semiconductor memory device including a first precharge circuit and an amplifier circuit for amplifying a read signal from the memory cell transmitted to the second common complementary line pair, the first selection circuit is formed on both sides of the plurality of first selection circuits. A pair of short-circuit MOSFETs for short-circuiting each of the one common complementary line pair and the second common complementary pair are provided, and the second selection circuit is set in a selected state during the precharge period of the first precharge circuit and the short To turn on the MOSFET.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic layout diagram of an embodiment of a dynamic RAM to which the present invention is applied. In the figure, the overall arrangement of the dynamic RAM to which the present invention is applied is described. These are arranged on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon by a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique. Formed in.
[0010]
The memory chip has about 16K bit lines in the longitudinal direction of the chip (in this application, bit lines are used in the same meaning as data lines or digit lines) and BL pairs (BLpair) are arranged in the short direction. Word lines WL are arranged. Therefore, the memory chip of this embodiment has a storage capacity of 16K × 16K = 256M (bits) as a whole. As described above, the memory array having a storage capacity of 256 Mbits as a whole is divided into four. The memory arrays divided into four are configured as memory banks (BANK) each having a storage capacity of about 64 Mbits.
[0011]
Although not shown, an internal power supply circuit including an address input circuit, a data input / output circuit, an input / output interface circuit composed of a bonding pad array, and a step-down circuit is provided at the center with respect to the longitudinal direction of the memory chip. The column decoder YDEC is disposed in the portion in contact with the memory array on both sides of the central portion. As described above, a main row decoder or the like is formed at the center of each of the four memory arrays in the longitudinal direction divided into two on the left and right and two on the top and bottom with respect to the longitudinal direction of the memory chip. An array controller AC is arranged. A main word line MWL is extended in the longitudinal direction of the memory chip with the array controller AC as a center. A column selection line YS is extended from the column decoder YDEC in the short direction of the memory chip.
[0012]
FIG. 2 shows a schematic layout diagram of an embodiment of a memory array constituting one memory bank. In the figure, one of the memory banks divided into two by the array controller is shown as an example. The divided memory array is divided into 6 pieces in the main word line direction and 16 pieces in the bit line direction. A sub word driver (sub word line driving circuit) SWD is provided in the sub array (sub array) divided into six in the word line direction as described above. The sub word driver SWD is divided into lengths of about 1/6 of the main word line MWL, and forms a selection signal for a sub word line extending in parallel therewith.
[0013]
In this embodiment, in order to reduce the number of main word lines, in other words, to reduce the wiring pitch of the main word lines, there is no particular limitation. Two sub-word lines are arranged. In order to select one sub word line from the sub word lines divided into four in the main word line direction and two each in the complementary bit line direction, the sub word selection driver Be placed. The sub word selection driver generates a selection signal for selecting one of the two sub word selection lines extending in the arrangement direction of the sub word drivers.
[0014]
As described above, one memory array has a storage capacity of 16 Kbits in the complementary bit line direction. However, if 16K memory cells are connected to one complementary bit line, the parasitic capacitance of the complementary bit line increases, and the signal level read out cannot be obtained due to the capacitance ratio with a fine information storage capacitor. Further, it is divided into 16 in the complementary bit line direction. That is, the complementary bit line is divided into 16 by the sense amplifier SA. Although not particularly limited, the sense amplifier SA is configured by a shared sense system, and except for the sense amplifiers SA arranged at both ends of the memory array, complementary bit lines are provided on the left and right with respect to the sense amplifier SA. These complementary bit lines are selectively connected.
[0015]
As described above, the subarray is divided into six parts in the word line direction and sixteen parts in the bit line direction. Therefore, the number of subarrays constituting one memory bank is 16 × 6 × 2 = 192. By dividing the bit line as described above, the number of memory cells connected to one divided bit line is 512 (excluding redundant cells), and the number of memory cells connected to the sub word line is 688. (Including redundant cells).
[0016]
When the complementary bit lines are divided into 12 in the word line direction, 16K ÷ 12≈683, and the complementary bit line pair should originally be composed of a combination of subarrays having 683 and 682, but as described later, one column In order to connect two pairs of complementary bit lines to two pairs of local input / output lines LIO in the two subarrays by the selection signal YS, it is necessary to ensure that the numbers are even. In this embodiment, although not particularly limited, the complementary bit line pairs provided in one subarray are configured by the above-mentioned 688 pairs including redundant bit lines, or a combination of 696 pairs therewith.
[0017]
By reducing the number of word line divisions as described above, in a single memory bank, the number of sub-word drivers SWD arranged in the main word line direction is divided into 12, for example, compared with 18 in the case of 16 divisions. , 14 can be reduced. As a result, it is possible to reduce the chip size in the extending direction of the word line direction (longitudinal direction of the memory chip), and the length of the main word line MWL is correspondingly shortened. Can also be achieved.
[0018]
FIG. 3 is a schematic layout diagram showing one embodiment of the sub-array and its peripheral circuit in the dynamic RAM according to the present invention. In FIG. 3, the subarray (subArray) is composed of 512 subword lines (SWL) × 688 bit line pairs (BLpair) as described above. 128 main word lines MWL such as 0 to 127 are provided for the sub-array. Four sub word lines SWL are assigned to one main word line. That is, according to the combination of the selection signal of the main word line MWL and the four sub word line selection signals FXB0 to FXB3, the sub word driver SWD can select one of the four sub word lines selected from the main word line MWL. Select.
[0019]
The sub word driver SWD selects the sub word lines of the two sub arrays formed so as to sandwich it. Therefore, 256 sub word drivers SWD are provided even though there are 512 sub word lines SWL. From the viewpoint of one subarray, among the 512 subword lines, 256 of the subword lines are selected by the upper subword driver SWD and the other half are selected by the lower subword driver SWD. In this way, the configuration in which the sub word drivers SWD are divided up and down with respect to the sub word lines SWD can double the arrangement pitch of the sub word drivers SWD with respect to the arrangement pitch of the sub word lines SWL, and secure the driving capability of the sub word drivers SWD. However, a high-density array of sub-word lines can be realized.
[0020]
The sense amplifier SA employs a shared sense amplifier system and is selectively used for two subarrays sandwiching the sense amplifier SA. Therefore, half of the 344 sense amplifiers SA are provided for the bit line pairs provided in the subarray. In this case, similarly to the relationship between the sub word driver and the sub word line, it is possible to realize a high-density array of complementary bit line pairs while increasing the sensitivity of the sense amplifier.
[0021]
In the region where the sense amplifier is formed, a shared switch MOSFET, a bit line precharge MOSFET, a column selection MOSFET, its selection signal line, and a local IO line are formed as will be described later. In this embodiment, the sense amplifiers SA are shown to be divided by 172, but this means that the local I / O lines LIO are divided in such divided parts in relation to a main I / O line MIO described later. It shows that it is divided.
[0022]
FIG. 4 shows a schematic layout diagram of an embodiment of a memory array constituting one memory bank. This figure corresponds to FIG. 2 and shows the configuration of the bit line direction and hierarchical IO. FIG. 5 shows an enlarged view corresponding to two columns (2 × 6 = 12) of subarrays arranged in the word line direction.
[0023]
In FIG. 4, about 1K worth of column selection signals such as YS0 to YS1023 are formed by the Y decoder YDEC. Each of these signal lines is extended in four groups so as to extend on the subarray. In this embodiment, the column selection signal lines YS0 to YS1023 are divided into two, YS0 to YS511 and YS512 to YS1023. For example, YS0 and YS512 are selected one by one. That is, in one memory bank, 8K memory cells are selected by selecting one word line. Among them, 0 to 511 selection signals are required for reading in units of 16 bits.
[0024]
The selection signal lines YS0 to YS511 extend linearly from the Y decoder YDEC so as to penetrate 16 subarrays in the bit line extending direction, and are provided with sense amplifiers corresponding to the 16 subarrays. Branching in the direction of the word line, and at such a branching portion, the sense amplifier row corresponding to the three sub-arrays corresponding to the left half arranged in the direction of the word line in FIG. The selection signal lines YS512 to YS1023 extend linearly from the Y decoder YDEC as described above, and branch in the word direction at the portion where each sense amplifier corresponding to each of the 16 subarrays is provided. A sense amplifier array corresponding to three sub-arrays corresponding to half is extended.
[0025]
Four pairs of main input / output lines MIO form a set, and a total of four sets are arranged in the extension line direction of the bit line. The main input / output line MIO extends above the sub-word driver SWD and the intersection region IS sandwiched between the sub-word driver SWD and the sense amplifier SA. Therefore, the main input / output line MIO is extended so as to be parallel to the column selection line YS extending linearly from the Y decoder YDEC.
[0026]
As shown in the enlarged view of FIG. 5, the local input / output line LIO is divided into four in the main word line direction by making a pair of complementary lines corresponding to the true T and bar B indicated by the solid line and the dotted line. That is, as described above, the six subarrays are divided into three by the intersection area IS and the subword driver SWD arranged at the center. The sub-array divided into three parts as described above is divided into 172 parts as shown in FIG. 3 in the sense amplifier SA corresponding to the sub-array provided in the intermediate part, and the divided parts are divided. The local input / output line LIO is isolated.
[0027]
The four pairs of main input / output lines MIO are connected to the local input / output lines LIO divided into four equal parts and having the same length as described above. Although not particularly limited, the local input / output lines LIO are arranged in pairs of sense amplifiers SA corresponding to one subarray and sense amplifiers SA corresponding to a crossing area and a half subarray as shown by a solid line and a dotted line. In the subarray, when one subword line SWL is selected, two sense amplifiers SA arranged on both sides of the subword line SWL are activated, and two pairs of complementary bit lines selected by the column selection line YS among them are activated. Are connected to two pairs of local input / output lines LIO arranged corresponding to the two sense amplifier rows.
[0028]
Two pairs of local input / output lines LIO provided corresponding to the sense amplifier SA column are respectively selected at the intersections with the main input / output lines MIO, that is, the selection circuits (indicated by black circles in the intersection area IS) ( The I / O switch is connected to the main input / output line MIO. As a result, in the memory array of FIG. 4, 16-bit data is read to the 16 pairs of main input / output lines MIO0T, B to MIO15T, B. Since one memory bank is provided with two memory arrays shown in FIG. 4 with the array controller AC interposed therebetween, a total of 32 bits can be selected, and each is connected to an input terminal of a main amplifier MA (not shown). Reportedly.
[0029]
For example, when reading is performed in units of 16 bits, the 32 pairs of main input / output lines MIO and 32 main amplifiers MA are divided into two parts each of which are selected by a 1-bit Y address signal. do it. In the burst mode, when the column address is switched for continuous reading or writing, when one main amplifier MA or the like is activated to perform the reading operation, the other local input / output line on which the next reading or the like is performed It is possible to perform precharge and equalize operations on the LIO and the main input / output line MIO.
[0030]
If the memory access is performed in units of 8 bits, the main amplifier MA and the like may be selected four times by using the 2-bit Y address signal, and the memory access is performed in units of 4 bits. In the configuration to be performed, the main amplifier MA and the like may be selected by dividing each of the four main amplifiers MA into eight times using a 3-bit Y address signal. Such bit configuration switching can be easily set by a bonding option, a metal option, or the like.
[0031]
FIG. 6 shows a schematic layout diagram of an embodiment of a memory array constituting one memory bank. This figure corresponds to FIG. 2 and illustrates the selection operation of the selection circuit. Although the selection circuit performs the selection operation of the IO line, the selection signal is formed by the X-system address signal. That is, the selection operation is performed by the mat selection signal BLEQ provided in the array controller. The mat selection signal BLEQ consists of 0 to 17, and two signals sandwiching the selected sub-array (memory mat) are selected.
[0032]
Of the sub-arrays (memory mats) divided into 16 in the bit line direction as described above, when the memory mat 15 is selected as shown, in other words, in the memory array, the farthest from the Y decoder YDEC. When the main word line (sub word line) corresponding to the six sub-arrays provided at the position is selected, the two mat selection signals BLEQ 16 and 17 provided on the sense amplifier SA and the intersection area IS sandwiching the sub-array are at the low level. The selection level is as follows. On the other hand, the remaining 16 mat selection signals BLEQ0 to BLEQ corresponding to the sub-arrays where the main word line is not selected are set to a high level non-selection level.
[0033]
The IO line selection circuit allocated to the two intersecting areas IS as described above determines the local input / output line LIO and the main input / output line MIO according to the selection level such as the low level of the mat selection signals BLEQ16 and 17. Connect. The selection circuits corresponding to the main input / output line MIO and other memory mats are turned off by the mat selection signals BLEQ0-15. Thus, the main input / output line MIO is connected only to the local input / output line LIO corresponding to the selected memory mat.
[0034]
In the selection operation as described above, when the memory mat 15 is selected, the local input / output line LIO and the main input / output line MIO are not connected to other memory mats, but the complementary bit lines of each subarray are connected to each other. Four pairs of local input / output lines LIO corresponding to each sub-array are connected. For this reason, the local input / output line LIO corresponding to the non-selected memory mat is given a different precharge voltage when the local input / output line LIO is selected, as will be described later.
[0035]
FIG. 15 shows a circuit diagram of a simplified embodiment from address input to data output, centering on the sense amplifier portion of the dynamic RAM according to the present invention. In the figure, a sense amplifier 16 sandwiched between two subarrays 15 from above and below and a circuit provided in the intersection area 18 are shown as examples, and the others are shown as block diagrams.
[0036]
As the dynamic memory cell, one of the dynamic memory cells provided between the sub word line SWL provided in the one subarray 15 and one of the complementary bit lines BL and BLB is exemplarily shown as a representative. ing. The dynamic memory cell includes an address selection MOSFET Qm and a storage capacitor Cs. The gate of the address selection MOSFET Qm is connected to the sub word line SWL. The drain of the MOSFET Qm is connected to the bit line BL. A storage capacitor Cs is connected to the source of the MOSFET Qm. In the present application, MOSFET is a general term for an insulated gate field effect transistor (IGFET). Therefore, the gate electrode is not limited to a metal and may include a polysilicon layer, or a gate insulation. The film may be an insulating film in addition to the silicon oxide film.
[0037]
The other electrode of the storage capacitor Cs is made common to receive the plate voltage VPLT. A negative back bias voltage VBB is applied to the substrate (channel) of the MOSFET Qm. Although not particularly limited, the back bias voltage VBB is set to a voltage such as −1V. The selection level of the sub word line SWL is set to a high voltage VPP that is higher than the high level of the bit line by the threshold voltage of the address selection MOSFET Qm.
[0038]
When the sense amplifier is operated at the internal step-down voltage VDL, the high level amplified by the sense amplifier and applied to the bit line is set to the internal voltage VDL level. Therefore, the high voltage VPP corresponding to the selection level of the word line is set to VDL + Vth + α. A pair of complementary bit lines BL and BLB of the sub-array provided on the left side of the sense amplifier 16 are arranged in parallel as shown in FIG. The complementary bit lines BL and BLB are connected to input / output nodes of the unit circuit of the sense amplifier by shared switch MOSFETs Q1 and Q2.
[0039]
The unit circuit of the sense amplifier 16 is composed of a CMOS latch circuit composed of N-channel type amplification MOSFETs Q5 and Q6 and P-channel type amplification MOSFETs Q7 and Q8 whose gates and drains are cross-connected to form a latch. The sources of N-channel MOSFETs Q5 and Q6 are connected to a common source line CSN. The sources of P-channel MOSFETs Q7 and Q8 are connected to a common source line CSP. A power switch MOSFET is connected to each of the common source lines CSN and CSP.
[0040]
Although not particularly limited, the common source line CSN to which the sources of the N-channel amplification MOSFETs Q5 and Q6 are connected is not particularly limited, but is brought to the ground potential by the N-channel power switch MOSFET Q14 provided in the intersection area 18. Corresponding operating voltage is given. Similarly, an N-channel power MOSFET Q15 for supplying the internal voltage VDL is provided on the common source line CSP to which the sources of the P-channel amplification MOSFETs Q7 and Q8 are connected. The power switch MOSFETs may be distributed in each unit circuit as will be described later with reference to FIG.
[0041]
The sense amplifier activation signals SAN and SAP supplied to the gates of the N-channel type power MOSFETs Q14 and Q15 are in-phase signals that are set to a high level when the sense amplifier is activated. The high level of the signal SAP is a signal of the boosted voltage VPP level. Since the boosted voltage VPP is about 3.6 V when VDL is 1.8 V, the N-channel MOSFET Q15 can be sufficiently turned on to bring the common source line CSP to the internal voltage VDL level.
[0042]
At the input / output node of the unit circuit of the sense amplifier, there are provided an equalize MOSFET Q11 for short-circuiting the complementary bit line and a precharge (equalize) circuit comprising switch MOSFETs Q9 and Q10 for supplying a half precharge voltage VBLR to the complementary bit line. . The gates of these MOSFETs Q9 to Q11 are commonly supplied with a precharge signal PCB. Although not shown, the driver circuit for generating the precharge signal PCB is provided with an inverter circuit in the intersection area 18 so as to make the rise and fall fast. That is, at the start of memory access, the MOSFETs Q9 to Q11 constituting the precharge circuit are switched at high speed through inverter circuits distributed in each intersection area 18 prior to the word line selection timing. .
[0043]
In the intersection area 18, switch MOSFETs Q19 and Q20 constituting a selection circuit (or IOSW) are placed. Further, in addition to the circuit shown in the figure, if necessary, a half precharge circuit for the common source lines CSP and CSN of the sense amplifier, a half precharge circuit for the local input / output line LIO, and a VDL precharge for the main input / output line. A circuit, a distributed driver circuit of shared selection signal lines SHR and SHL, and a pair of short-circuit MOSFETs M1 and M2 according to the present invention are provided on both sides of the selection circuit.
[0044]
The unit circuit of the sense amplifier is connected to similar complementary bit lines BL and BLB of the subarray 15 on the lower side of the figure via shared switch MOSFETs Q3 and Q4. For example, when the sub word line SWL of the upper sub array is selected, the upper shared switch MOSFETs Q1 and Q2 of the sense amplifier are turned on, and the lower shared switch MOSFETs Q3 and Q4 are turned off. The switch MOSFETs Q12 and Q13 constitute a column selection circuit. The switch MOSFETs Q12 and Q13 are turned on when the selection signal YS is set to a selection level (high level), and input / output nodes and local input / output lines of the unit circuit of the sense amplifier. LIO1 and LIO1B (LIO2 and LIO2B) are connected.
[0045]
Since the sense amplifier 16 and the crossing area 18 are provided with two pairs of local input / output lines, for example, LIO1 and LIOIB and LIO2 and LIO2B as described above, two pairs of subarrays 15 are complemented by the one selection signal YS. Bit lines are connected to the two pairs of local input / output lines LIO1 and LIOIB and LIO2 and LIO2B. The other sense amplifier 16 (not shown) across the sub-array 15 is also provided with two pairs of local input / output lines in the same manner as described above, and four pairs of complementary bit lines in the sub-array as described above have four pairs of local inputs. Connected to the output line.
[0046]
As described above, when the upper shared switch MOSFETs Q1 and Q2 are in the ON state, the memory cell connected to the selected sub word line SWL is connected to the upper complementary bit lines BL and BLB at the input / output node of the sense amplifier. Are transmitted to the local input / output lines LIO1 and LIO1B through the column selection circuits (Q12 and Q13). The local input / output lines LIO1 and LIO1B extend in the horizontal direction in FIG. The local input / output lines LIO1 and LIO1B are connected to the main input / output lines MIO and MIOB to which the input terminals of the main amplifier 61 are connected via a selection circuit (IOSW) including N-channel MOSFETs Q19 and Q20 provided in the intersection area 18. Connected to.
[0047]
The selection circuit IOSW constituting the IO switch circuit is switch-controlled by the mat selection signal formed by decoding the X-system address signal as described above. Note that the selection circuit IOSW may have a CMOS switch configuration in which P-channel MOSFETs are connected in parallel to the N-channel MOSFETs Q19 and Q20 as described below. In the burst mode of the synchronous DRAM, the column selection signal YS is switched by a counter operation, and two pairs of complementary bit lines of the local input / output lines LIO1, LIO1B and LIO2, LIO2B and the subarray shown in the above example are shown. The connection with BL and BLB is sequentially switched.
[0048]
The address signal Ai is supplied to the address buffer 51. This address buffer operates in a time-sharing manner and takes in the X address signal and the Y address signal. The X address signal is supplied to the predecoder 52, and a selection signal for the main word line MWL is formed via the main row decoder 11 and the main word driver 12. The address buffer 51 receives an address signal Ai supplied from an external terminal, and is operated by a power supply voltage VDDQ supplied from the external terminal.
[0049]
The predecoder is operated by a step-down voltage VPERI (VDD) obtained by stepping down the predecoder, and the main word driver 12 is operated by a step-up voltage VPP. As the main word driver 12, a logic circuit with a level conversion function for receiving the predecode signal is used. A column decoder (driver) 53 includes a drive circuit in which an operating voltage is formed by the MOSFET Q23 constituting the VCLP generation circuit, receives a Y address signal supplied by the time-division operation of the address buffer 51, and The selection signal YS is formed.
[0050]
The main amplifier 61 is operated by the step-down voltage VPERI (VDD), and is output from the external terminal Dout through the output buffer 62 operated by the power supply voltage VDDQ supplied from the external terminal. A write signal input from the external terminal Din is taken in through the input buffer 63 and supplied to the main input / output lines MIO and MIOB through a write amplifier (write driver) included in the main amplifier 61 in FIG. The input section of the output buffer 62 is provided with a level conversion circuit and a logic section for outputting the output signal in synchronization with the timing signal corresponding to the clock signal.
[0051]
Although not particularly limited, the power supply voltage VDDQ supplied from the external terminal is set to 3.3 V in the first embodiment, the step-down voltage VPERI (VDD) supplied to the internal circuit is set to 2.5 V, and the sense The operating voltage VDL of the amplifier is 1.8V. The word line selection signal (boosted voltage) is set to 3.6V. The bit line precharge voltage VBLR is set to 0.9 V corresponding to VDL / 2, and the plate voltage VPLT is also set to 0.9 V. The substrate voltage VBB is set to -1.0V. The power supply voltage VDDQ supplied from the external terminal may be set to a low voltage such as 2.5 V as the second form. In such a low power supply voltage VDDQ, the step-down voltage VPERI (VDD) and the step-down voltage VDL may be set to about 1.8V.
[0052]
Alternatively, the power supply voltage VDDQ supplied from the external terminal is set to 3.3 V, and the step-down voltage VPERI (VDD) supplied to the internal circuit and the operating voltage VDL of the sense amplifier are set to 2.0 V or 1.8 V, respectively. May be. As described above, various embodiments can be adopted as the internal voltage with respect to the external power supply voltage VDDQ.
[0053]
FIG. 7 is a circuit diagram showing the principal part of one embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention, and FIG. 16 is an operation waveform diagram thereof. FIG. 7 shows a pair of local input / output lines LIOT and LIOB, a pair of main input / output lines MIOT and MIOB, and respective circuits related thereto. The local input / output lines LIOT and LIOB are connected to the input / output nodes of the unit circuit of the sense amplifier via the column switch MOSFET as described above in the sense amplifier (SA) column indicated by a black box.
[0054]
The local input / output lines LIOT and LIOB are formed so as to extend the sense amplifier row, and are connected to 512 pairs of column switch MOSFETs in the sense amplifier row. In the crossing area IS sandwiched between the sense amplifier and the sub word driver, the main input / output lines MIOT and MIOB are connected to the MOSFETs Q8 to Q11 constituting the selection circuit. This selection circuit is composed of a CMOS switch in which a P-channel MOSFET Q8 (Q9) and an N-channel MOSFET Q10 (Q11) are paired. A mat selection signal BLEQ that is set to a low level when supplied is supplied to the gates of the P-channel MOSFETs Q8 and Q9, and an inverted signal BLEQB is supplied to the gates of the N-channel MOSFETs Q10 and Q11.
[0055]
In the above configuration, the local input / output lines LIOT, LIOB and the complementary bit lines are connected to the complementary bit lines and the local bit lines LIOT, LIOB by the column selection signal YS even in the non-selected subarray (memory mat). If the same precharge voltage VDL from the same main input / output line MIO as the selected one remains, the precharge voltage of the complementary bit line is changed via the amplification MOSFET constituting the sense amplifier in the non-operation state. Therefore, the local input / output lines LIOT and LIOB are provided with precharge circuits including N-channel MOSFETs Q1 to Q3. This precharge circuit is provided with local input / output lines LIOT and LIOB in the subarray when the local input / output lines LIOT and LIOB are in a non-selected state, that is, in a precharge cycle in which the selection circuit is turned off. Is set to the same precharge voltage VBLR as that of the complementary bit line to stabilize the precharge voltage of the complementary bit line.
[0056]
The main input / output lines MIOT and MIOB are connected to the input terminal of the main amplifier MA provided on the Y decoder YDEC side as described above. The main amplifier MA is not particularly limited, but the circuit configuration is composed of a CMOS latch circuit similar to the sense amplifier described above, and performs an amplification operation at the operation timing. A precharge circuit comprising MOSFETs Q12 to Q14 is provided at the input portion of the main amplifier MA. These MOSFETs Q12 to Q14 are composed of P-channel MOSFETs, and are composed of MOSFETs Q14 and Q13 that supply the operating voltage VDL to the main input / output MIOT and MIOB, and MOSFET Q12 that short-circuits both the main input / output lines MIOT and MIOB. . A precharge signal EQIOB is supplied to the gates of these MOSFETs Q12 to Q14.
[0057]
In this embodiment, a pair of short-circuit MOSFETs M1 and M2 are provided on both sides of the MOSFETs Q8 to Q11 constituting the selection circuit (IO switch). These MOSFETs M1 and M2 are formed in the intersection area IS. The precharge signal EQIOB is supplied to the gates of the MOSFETs M1 and M2. Since the short-circuit MOSFETs M1 and M2 are provided on both sides of a plurality of selection circuits connected to the main input / output lines MIOT and MIOB, as shown in FIG. 16, depending on the low level of the precharge signal EQIOB generated at the end of the read cycle. The short-circuit MOSFETs M1 and M2 are turned on, and LIOT / B and MIOT / B can be equalized at high speed.
[0058]
In FIG. 16, a voltage VDL is an operating voltage of the sense amplifier as described above, and is set to 1.6 V, for example. The voltage VCL is an operating voltage of the indirect peripheral circuit and has the same meaning as VPRI, for example, 2.5V. VPP is the boosted voltage, for example, 3.5V. The signal MIW is a write activation signal, and the write signal is transmitted to the complementary bit line LB to which the selected memory cell is connected via the MIO and LIO by the high level of the signal MIW. The signal DIOET is a start signal for the sub-amplifier circuit, and operates to amplify the read signal from the bit line enabled at the time of reading and writing or the write signal from the MIO to increase the voltage difference of the LIO.
[0059]
Each of the MOSFETs M1 and M2 simply performs a short-circuit operation and does not supply a precharge voltage VDL. For this reason, if the short-circuit MOSFETs M1 and M2 are simply provided, there is a possibility that the precharge voltage VDL may not be reached if the precharge (equalize) period is short at a position away from the precharge circuit (Q12 to Q14). However, due to the short-circuit operation of the short-circuit MOSFETs M1 and M2, on both sides of the selection circuit, the main input / output lines MIOT and MIOB and the local input / output lines LIOT and LIOB have the same potential even if they do not become the precharge voltage VDL. Can do. As described above, in the main input / output lines MIOT and MIOB and the local input / output lines LIOT and LIOB, a potential difference corresponding to the previous read signal and write signal can be prevented from occurring at the end of the precharge. Thereby, in the read operation and write operation after the precharge operation, substantial signal transmission can be performed at high speed, and the read operation and write operation can be speeded up.
[0060]
In the burst mode in the synchronous DRAM, continuous memory access is performed by switching the Y address from the clock signal, and the precharge (equalization) period is shortened as the frequency of the clock signal increases. In the present invention, the precharge period is shortened so that the main input / output lines MIOT and MIOB are provided by providing the short-circuit MOSFET as described above even if the potentials of the respective nodes are not all set to the desired precharge potential VDL. By eliminating the potential difference between the local input / output lines LIOT and LIOB, the reading operation and the writing operation are speeded up. That is, the precharge voltages of the main input / output lines MIOT and MIOB and the local input / output lines LIOT and LIOB can perform the amplification operation of the main amplifier MA, and the local input / output lines LIOT necessary for the inversion operation of the sense amplifier SA in the write operation. , LIOB need only be secured, and need not be set to VDL.
[0061]
In this embodiment, the local input / output lines LIOT and LIOB are provided with sub-amplifier circuits composed of MOSFETs Q4 to Q7 for high-speed read operation. These MOSFETs Q4 to Q7 are arranged in the intersection area IS. When the sub-amplifier circuit as described above is provided in the intersection area IS, it is desirable to dispose activation MOSFETs as described later in the sense amplifier SA array in order to secure an element formation area.
[0062]
The sub-amplifier circuit includes latch-type amplifier MOSFETs Q4 and Q5 whose gates and drains are cross-connected and connected to the local input / output lines LIOT and LIOB, a common source of the MOSFETs Q4 and Q5, and circuit ground The MOSFETs Q6 and Q7 are provided between the potential VSS and flow an operating current. The operation timing signal DIOET is supplied to the gate of the MOSFET Q6, and the mat selection signal BLEQB is supplied to the gate of the MOSFET Q7. That is, only the sub-amplifier circuits connected to the local input / output lines LIOT and LIOB corresponding to the selected memory mat are operated in accordance with the signal transmission timing of reading and writing.
[0063]
By providing the sub-amplifier circuit as described above, by connecting a large number of column selection MOSFETs, it is possible to speed up the signal change of the local input / output lines LIOT and LIOB having a relatively large parasitic capacitance, A write operation can be enabled. When such a sub-amplifier circuit is provided, if the potential difference in the precharge operation as described above remains in the local input / output lines LIOT and LIOB, it is amplified as it is, so that the operation timing is delayed. There is a need. However, when the short-circuit MOSFET M1 is provided as in this embodiment, the timing margin as described above becomes unnecessary, and higher speed operation can be realized.
[0064]
FIG. 8 is a circuit diagram showing the principal part of another embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention. In the figure, MOSFETs M3 and M4 for supplying a precharge voltage VDL are added to the main input / output lines MIOT, MIOB side of the selection circuit in addition to the circuit of the embodiment of FIG. As a result, the main input / output lines MIOT and MIOB can be supplied with the precharge voltage VDL from a plurality of locations where the selection circuit is provided. A precharge operation in time can be enabled.
[0065]
FIG. 9 is a circuit diagram showing the principal part of still another embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention. In the figure, MOSFETs M5 and M6 for supplying a precharge voltage VDL are also added to the local input / output lines LIOT and LIOB of the selection circuit in addition to the circuit of the embodiment of FIG. Thus, the main input / output lines MIOT and MIOB are supplied with the precharge voltage VDL from a plurality of locations where the selection circuit is provided, and the precharge voltage VDL is also supplied on the local input / output lines LIOT and LIOB side. Thus, the precharge operation can be performed in a shorter time.
[0066]
However, the precharge circuit provided in the local input / output lines LIOB and LIOB uses the precharge signal X so that only the local input / output lines LIOT and LIOB corresponding to the mat selection signal BLEQB perform the precharge operation. There is a need. That is, since the precharge voltage VBLR is supplied to the unselected local input / output lines LIOT and LIOB, it is necessary to control the VDL and VBLT so that they do not collide with each other.
[0067]
FIG. 10 is a circuit diagram showing the principal part of one embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention. This figure is for explaining the embodiment of FIG. 7 in more detail. With respect to the MIO line composed of the main input / output line MIOT, the local input / output lines LIOT corresponding to the respective memory mats via the plurality of selection circuits in the intersection area IS corresponding to the plurality of memory mats as described above. And LIOB are connected.
[0068]
In this embodiment, short-circuit MOSFETs M1 and M2 are provided on both sides of the selection circuit corresponding to each memory mat. The gates of these short-circuit MOSFETs M1 and M2 are commonly connected to the gates of the short-circuit MOSFETs M1 and M2 corresponding to other memory mats provided in the same manner, and supplied with a precharge signal EQIOB. The precharge signal EQIOB also turns on the short-circuit MOSFET M1 between the local input / output lines LIOT and LIOB of the non-selected memory mat. Therefore, in such unselected local input / output lines LIOT and LIOB, the short-circuit MOSFET M1 on the local input / output lines LIOT and LIOB side is a short-circuit MOSFET having a precharge voltage VBLR corresponding to the half precharge voltage of the bit line. Will be performed.
[0069]
On the other hand, in the unselected local input / output lines LIOT and LIOB, the main input / output line MIOT and the short-circuit MOSFET M2 on the MIOB side operate as a short-circuit MOSFET of the MIO line. Therefore, as described above, the main input / output lines MIOT and MIOB act to have at least the same potential during the precharge period.
[0070]
The output side of the main amplifier MA is connected to global input / output lines GIOT and GIOB. The global input / output lines GIOT and GIOB are 16 pairs of signal lines when memory access is performed in units of 16 bits as described above, and are connected to the output terminals of two main amplifiers in one memory bank. Connected. When there are four memory banks in the memory chip as shown in FIG. 1, the output terminals of two main amplifiers are arranged to be connected to each memory bank. The global input / output lines GIOT and GIOB form a signal transmission path that connects the output terminal of the main amplifier MA, the input terminal of the output buffer 62, and the output terminal of the input buffer 63 in FIG.
[0071]
FIG. 11 is a timing chart for explaining an example of the operation of the semiconductor memory device according to the present invention. FIG. 4A shows an example of the read mode, and FIG. 4B shows an example of the write mode. In the DDR synchronous DRAM in which data is input (written) and output (read) in synchronization with the rising and falling timings of the clock signal CLK (/ CLK) as shown in FIG. It is necessary to perform the precharge operation during a period, and it is significant to provide the short-circuit MOSFETs M1 and M2 as described above.
[0072]
FIG. 12 is a timing chart for explaining the present invention. In the figure, operations of a synchronous DRAM (hereinafter abbreviated as SDRAM) and a DDR SDRAM are compared. In a DDR SDRAM, data can be input and output at twice the speed even with the same clock frequency. This means that the precharge period of the main input / output line MIO and the local input / output line LIO is shortened.
[0073]
Therefore, in the case where the clock frequency is increased and the DDR operation as described above is performed, securing the precharge period of the main input / output line MIO and the local input / output line LIO is a bottleneck and hinders speeding up. . In the present invention, basically, such a problem can be solved by a simple configuration in which short-circuit MOSFETs are provided on both sides of an IO switch (selection circuit) that connects the main input / output line MIO and the local input / output line LIO. There is an excellent effect of being able to.
[0074]
FIG. 13 is a circuit diagram showing one embodiment of the sense amplifier portion of the dynamic RAM according to the present invention. The circuit symbols attached to the MOSFETs of this embodiment correspond to those shown in FIG. 15 and partially overlap the MOSFETs shown in FIGS. 7 to 9, but each has a separate circuit function. It should be understood that it has.
[0075]
As described above, the unit circuit of the sense amplifier is composed of N-channel MOSFETs Q5 and Q6 and P-channel MOSFETs Q7 and Q8. The sources of these latched N-channel MOSFETs Q5 and Q6 and P-channel MOSFETs Q7 and Q8 are N-channel MOSFETs and P-channel MOSFETs that constitute other similar sense amplifiers (not shown) provided corresponding to the same subarray. The sources of the MOSFETs are connected to common source lines CSN and CSP that are commonly connected to each other.
[0076]
The common source line CSN is supplied with an operating voltage VSSA via an N-channel MOSFET Q14 that receives a timing signal SAN. The common source line CSP is supplied with an operating voltage VDL via an N-channel MOSFET Q15 that receives a timing signal SAP. Is supplied. In this embodiment, the ground potential VSSA, which is one operating voltage of the sense amplifier, is separated from the ground potential VSS so as not to be affected by noise from the peripheral circuit or the like. The ground potential supplied from the external terminal is applied. That is, the ground potential VSSA applied to the sense amplifier is directly applied from the external terminal by a wiring provided separately from the peripheral circuit and the input / output circuit.
[0077]
A pair of input / output nodes (sense nodes) SAT and SAB of the latch circuit are pre-configured by an equalize MOSFET Q11 for short-circuiting them and a precharge MOSFET Q9 and Q10 for transmitting a half precharge voltage VBLR to the sense nodes SAT and SAB. A charge circuit is provided. The sense nodes SAT and SAB are connected to the local input / output lines LIOT and LIOB via column switch MOSFETs Q12 and Q13 whose gates are supplied with a column selection signal YS. The column selection signal YS is supplied in common to the selection switch MOSFETs corresponding to four pairs of LIOs, although not particularly limited. Then, shared switch MOSFETs Q1 and Q2 are provided between the complementary bit lines BLLT and BLLB provided on the left side of the sense amplifier section, and between the complementary bit lines BLRT and BLRB provided on the right side. Shared switch MOSFETs Q3 and Q4 are provided.
[0078]
A control signal SHL is supplied to the gates of the shared switch MOSFETs Q1 and Q2, and a control signal SHR is supplied to the gates of the shared switch MOSFETs Q3 and Q4. A dynamic type memory comprising the address selection MOSFET Qm and the storage capacitor Cs at the intersections of the complementary bit lines BLLT and BLLB on the left side of the sense amplifier section and the sub word lines SWL1, SWL2, etc. arranged so as to be orthogonal thereto. A cell is provided. Similarly, the address selection MOSFET Qm and the storage capacitor Cs are formed at the intersections of the complementary bit lines BLRT and BLRB on the right side of the sense amplifier section and the sub word lines SWL3 and SWL4 arranged so as to be orthogonal thereto. A dynamic memory cell is provided.
[0079]
FIG. 14 shows a schematic element layout diagram of one embodiment of the sense amplifier unit used in the dynamic RAM according to the present invention. In this embodiment, power switch MOSFETs Q14 and Q15 for driving the sense amplifiers are distributed along the sense amplifier row. In other words, the power switch MOSFETs Q14 and Q15 having small element sizes are provided in a distributed manner in the sense amplifier row, instead of being arranged in a large size in the intersection area as described above.
[0080]
Although not particularly limited, in this embodiment, the two MOSFETs Q14 and Q15 are arranged corresponding to 16 unit circuits. In other words, the unit circuit provided at the left end will be described as an example. The shared switch MOSFETs Q1 and Q2, the MOSFET Q9-11 constituting the precharge circuit, the switch MOSFETs Q12 and Q13 constituting the column selection circuit, and the CMOS latch circuit are sequentially arranged from the upper side. The P-channel amplification MOSFETs Q7 and Q8 to be configured, the N-channel amplification MOSFETs Q5 and Q6 and the shared switch MOSFETs Q3 and Q4 to constitute the CMOS latch circuit with the formation region of the power switch MOSFETs Q14 and Q15 interposed therebetween are arranged.
[0081]
The power switch MOSFETs Q14 and Q15 have a channel width sufficiently larger than that of the shared switch MOSFETs Q1, Q2, etc., for example, so that the gate is extended along the sense amplifier row. A large current can be passed. In this case, the MOSFET Q14 that drives the common source line CSN of the N-channel MOSFET is supplied with the power supply voltage VDD or the boosted voltage VPP at the gate because the voltage supplied to the gate is relatively low like VDL. The size is larger than that of the MOSFET Q15.
[0082]
When the power switch MOSFETs for driving the sense amplifiers are distributed in this way, the distance between the sense node and the power switch MOSFET can be shortened, and the operation timings of the plurality of sense amplifiers provided in the subarray can be made uniform with each other. In addition, the cross area can be divided into another pair of short-circuited MOSFETs M1 and M2, and in addition to this, a sub-amplifier circuit comprising MOSFETs Q4 to Q7, or a precharge MOSFET such as MOSFETs M3 to M6 as required. It can be used effectively to provide.
[0083]
The effects obtained from the above embodiment are as follows.
(1) The signals of the plurality of complementary bit line pairs in the memory cell array are each amplified by a plurality of first amplifier circuits, and the plurality of first amplifier circuits are selected by the first selection circuit to form the first common complementary line pair. The first common complementary line pair is connected to the second common complementary line pair from the second selection circuit corresponding to a plurality of memory blocks having such circuits, and the second common complementary line pair is connected to the predetermined number. In a semiconductor memory device including a first precharge circuit for applying a voltage and an amplifier circuit for amplifying a read signal from the memory cell transmitted to the second common complementary line pair, both sides of the plurality of first selection circuits A pair of short-circuit MOSFETs for short-circuiting the first common complementary line pair and the second common complementary pair, respectively, and setting the second selection circuit in a selected state during a precharge period of the first precharge circuit. By turning on the short-circuit MOSFET and making the potentials of the signal line pairs equal, it is possible to obtain an effect that signal transmission can be performed at high speed while securing a voltage necessary for signal transmission.
[0084]
(2) In addition to the above configuration, a second precharge circuit for supplying an intermediate voltage of the operating voltage of the first amplifier circuit to the complementary bit line pair is provided, and one of the memory cells is selected by the selection of the word line. The first amplifying circuit performs an amplifying operation on the read signal appearing on one bit line by using the precharged intermediate voltage on the other bit line as a reference voltage, and the first common complementary line pair includes the first signal. By providing the third precharge circuit that precharges the first common complementary line pair that has not been selected in the selection circuit to the intermediate voltage, an effect that the operation can be stabilized can be obtained.
[0085]
(3) In addition to the above configuration, as the first amplifier circuit, a CMOS latch circuit composed of a pair of P-channel MOSFET and N-channel MOSFET whose gate and drain are cross-connected, and a sense amplifier By using the switch MOSFET that applies the operating voltage to the sources of the P-channel MOSFET and the N-channel MOSFET during the operation period, it is possible to obtain a highly sensitive sensing operation.
[0086]
(4) In the dynamic RAM, a selection circuit is provided for a plurality of memory blocks that connect the input / output nodes of the sense amplifier to the local input / output line pairs by a column selection circuit controlled by a column selection signal. A first precharge circuit connected to the main input / output line pair and applying a predetermined voltage to the main input / output line pair is provided, and the local input / output line pair and the main input / output line pair are provided on both sides of the plurality of selection circuits. A pair of short-circuit MOSFETs for short-circuiting each other, and turning on the pair of short-circuit MOSFETs during the precharge period of the first precharge circuit to equalize the main input / output line pair and local input / output line pair potentials. , Signal transmission at high speed while ensuring the voltage necessary for signal transmission in read and write operations The effect that it can be made is obtained.
[0087]
(5) In addition to the above configuration, a second precharge circuit for supplying an intermediate voltage of the operation voltage of the sense amplifier to the complementary bit line pair is provided, and one bit is selected from the memory cell by selecting the word line. A read signal appearing on the line is used as a reference voltage by using the precharged intermediate voltage of the other bit line as a reference voltage, and a third precharge circuit is provided in the local input / output line pair. By precharging the local input / output line pair to the intermediate voltage, the operation can be stabilized.
[0088]
(6) In addition to the above configuration, a complementary bit line pair is arranged on the left and right with the input / output node of the sense amplifier as the center, and is selected by the shared switch MOSFET, and the word line is connected to the main word line. A sub word line is selected by a sub word driver using a signal of a main word line and a signal of a sub word selection line as a hierarchical structure of a plurality of sub word lines commonly assigned to the main word line, and the sub word is excluded except for an end of the memory cell array. Sub-word line selection signals provided on the left and right sides of the driver are formed, and the amplified signals from the complementary bit lines provided on the left and right sides of the sense amplifier are detected except for the ends of the memory cell array. The effect that high-density arrangement of lines and complementary bit lines is also possible is obtained.
[0089]
(7) In addition to the above-described configuration, the memory cells are arranged in a matrix state in a region surrounded by the sub-word driver and the sense amplifier to form a sub-array, and correspond to sub-arrays that are geometrically adjacent to each other. By providing the selection circuit and the pair of short-circuit MOSFETs in an intersecting region between the sub-word driver and the sense amplifier, an effect that a high-density arrangement is possible can be obtained.
[0090]
(8) In addition to the above configuration, the latch circuit is supplied with the operating voltage via a power switch MOSFET, and the power switch MOSFET is formed in the semiconductor region where the sense amplifier is formed. By providing a plurality of sets so that each of the plurality of latch circuits is shared, the cross region can be effectively used.
[0091]
(9) In addition to the above configuration, the pair of short-circuit MOSFETs are P-channel MOSFETs to which a common control signal is supplied, thereby reducing the number of control signal lines and the precharge voltage VDL according to the normal signal level. The effect that the short circuit operation corresponding to can also be performed is acquired.
[0092]
(10) In addition to the above configuration, by making the control signal the same as the precharge control signal of the first precharge circuit, it is possible to simplify the control circuit.
[0093]
(11) In addition to the above-described configuration, the local input / output line pair includes a MOSFET in which a gate and a drain are cross-connected, and a sub-amplifier circuit for amplifying a signal transmitted thereto is provided in the crossing region. Further providing in FIG. 4 provides an effect that the short-circuit operation of the short-circuit MOSFET can be more effectively utilized to achieve high-speed read and write operations.
[0094]
(12) In addition to the above configuration, the precharge operation can be speeded up by further providing a fourth precharge circuit corresponding to each of the selection circuits and the same as the first precharge circuit. The effect that it can be obtained.
[0095]
(13) In addition to the above configuration, the fourth precharge circuit is provided on both the main input / output line pair side and the local input / output line pair side while being provided on the local input / output line pair side. By stopping the operation of the fourth precharge circuit when the corresponding local input / output line pair is not selected, it is possible to further increase the speed of the precharge operation and stabilize the unselected bit line. can get.
[0096]
(14) In addition to the above-described configuration, the first precharge circuit and the fourth precharge circuit are configured by P-channel MOSFETs, so that the control signal is shared and the signal level is set to a normal level. The effect that a logic level can be used is acquired.
[0097]
The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the invention of the present application is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, in the dynamic RAM shown in FIG. 1, FIG. 2, etc., the configurations of the memory array, sub-array and sub-word driver can take various embodiments, and the input / output interface of the dynamic RAM has a synchronous specification. In addition, various embodiments such as those adapted to Rambus specifications can be adopted.
[0098]
The word line may adopt a word shunt method in addition to the hierarchical word line method as described above. The semiconductor memory device can be similarly applied to a read-only memory such as a static RAM, EPROM, or EEPROM in addition to the DRAM as described above, in which the IO line has a hierarchical structure as described above. . The present invention can be widely used in a semiconductor memory device in which IO lines have a hierarchical structure as described above and a semiconductor device including such a memory circuit.
[0099]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. A plurality of complementary bit line pair signals in the memory cell array are each amplified by a plurality of first amplifier circuits, the plurality of first amplifier circuits are selected by a first selection circuit and connected to the first common complementary line pair, The first common complementary line pair is connected to the second common complementary line pair from the second selection circuit in correspondence with a plurality of memory blocks having such circuits, and a predetermined voltage is applied to the second common complementary line pair. In a semiconductor memory device including a first precharge circuit and an amplifier circuit for amplifying a read signal from the memory cell transmitted to the second common complementary line pair, the first selection circuit is formed on both sides of the plurality of first selection circuits. A pair of short-circuit MOSFETs for short-circuiting each of the one common complementary line pair and the second common complementary pair are provided, and the second selection circuit is set in a selected state during the precharge period of the first precharge circuit and the short The MOSFET is turned on and by equalizing the potentials of the respective signal line pairs, the signal transmission can be performed at high speed while maintaining the voltage necessary for signal transduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic chip layout diagram showing one embodiment of a dynamic RAM to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a memory array constituting one memory bank in the dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a sub-array and its peripheral circuits in the dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a memory array constituting one memory bank in the dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 5 is a partially enlarged view of the memory array shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a memory array constituting one memory bank in the dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 7 is a principal circuit diagram showing one embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention;
FIG. 8 is a principal circuit diagram showing another embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention;
FIG. 9 is a main portion circuit diagram showing another embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention;
FIG. 10 is a principal circuit diagram showing one embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention;
FIG. 11 is a timing chart for explaining an example of the operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 12 is a timing chart for explaining the semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 13 is a circuit diagram showing one embodiment of a sense amplifier section of a dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 14 is a schematic element layout diagram showing one embodiment of a sense amplifier unit used in the dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 15 is a circuit diagram showing one embodiment of a dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 16 is an operation waveform diagram showing an example of the operation of the semiconductor memory device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
IS ... intersection area, SA ... sense amplifier, SWD ... subword driver, YDEC ... Y decoder, MA ... main amplifier,
Q1-Q14 ... MOSFET, M1, M2 ... Short-circuit MOSFET, M3-M6 ... Precharge MOSFET,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12 ... Decoder, main word driver, 15 ... Subarray, 16 ... Sense amplifier, 17 ... Subword driver, 18 ... Cross area, 51 ... Address buffer, 52 ... Predecoder, 53 ... Decoder, 61 ... Main amplifier, 62 ... Output buffer, 63 ... input buffer,

Claims (23)

複数のワード線と複数の相補ビット線対と及びこれらのワード線と相補ビット線対に対応して設けられた複数のメモリセルからなるメモリセルアレイと、
上記複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ増幅する複数からなる第1増幅回路と、
上記複数の第1増幅回路を選択する第1選択回路と、
上記第1選択回路に対して設けられる第1共通相補線対とをそれぞれ備えてなるメモリブロックの複数個と、
上記複数個のメモリブロックに対応した上記第1共通相補線対を選択する複数の第2選択回路と、
上記複数の第2選択回路に対して設けられる第2共通相補線対と、
上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、
上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを備えてなり、
上記複数からなる第2選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対のMOSFETを設け、
上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記一対の短絡MOSFETをオン状態にし、対応する第2選択回路の両側の電圧を上記第1プリチャージ回路から供給される上記所定電位に対応した電圧にほぼ等しくしてなることを特徴とする半導体記憶装置。
A memory cell array comprising a plurality of word lines, a plurality of complementary bit line pairs, and a plurality of memory cells provided corresponding to the word lines and the complementary bit line pairs;
A plurality of first amplifier circuits each for amplifying signals of the plurality of complementary bit line pairs;
A first selection circuit for selecting the plurality of first amplification circuits;
A plurality of memory blocks each including a first common complementary line pair provided for the first selection circuit;
A plurality of second selection circuits for selecting the first common complementary line pair corresponding to the plurality of memory blocks;
A second common complementary line pair provided for the plurality of second selection circuits;
A first precharge circuit for applying a predetermined voltage to the second common complementary line pair;
An amplification circuit for amplifying a read signal from the memory cell transmitted to the second common complementary line pair;
A pair of MOSFETs for short-circuiting the first common complementary line pair and the second common complementary pair are provided on both sides of the plurality of second selection circuits,
During the precharge period of the first precharge circuit, the second selection circuit is set in a selected state, the pair of short-circuit MOSFETs are turned on, and the voltages on both sides of the corresponding second selection circuit are changed from the first precharge circuit. A semiconductor memory device, characterized by being substantially equal to a voltage corresponding to the predetermined potential supplied.
請求項1に記載の半導体記憶装置において、
上記相補ビット線対は、上記第1増幅回路の動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路が設けられ、
上記第1増幅回路は、上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として増幅動作を行うものであり、
上記第1共通相補線対には第3プリチャージ回路が設けられ、上記第1選択回路において非選択にされた第1共通相補線対を上記中間電圧にプリチャージすることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 1,
The complementary bit line pair is provided with a second precharge circuit for supplying an intermediate voltage of the operating voltage of the first amplifier circuit,
The first amplifier circuit amplifies a read signal that appears on one bit line from a memory cell by selecting the word line, using the precharged intermediate voltage of the other bit line as a reference voltage. ,
Above first common complementary line pair is provided a third precharge circuit, a semiconductor characterized by precharging the first common complementary line pair in the non-selected in the first selection circuit to the intermediate voltage Storage device.
請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記第1増幅回路は、そのゲートとドレインとが交差接続されてなる一対のPチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETからなるCMOSラッチ回路と、
センスアンプの動作期間に上記Pチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETのソースにそれぞれ動作電圧を与えるスイッチMOSFETからなることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 2,
The first amplifier circuit includes a CMOS latch circuit composed of a pair of P-channel MOSFET and N-channel MOSFET whose gate and drain are cross-connected,
A semiconductor memory device comprising a switch MOSFET for applying an operating voltage to the sources of the P-channel MOSFET and N-channel MOSFET during an operation period of a sense amplifier.
複数からなるダイナミック型メモリセルのアドレス選択端子がそれぞれに接続されてなる複数のワード線と、
複数からなるダイナミック型メモリセルがそれぞれに接続されてなる複数対の相補ビット線対と、
動作タイミング信号に対応して動作電圧が与えられ、上記相補ビット線対の信号をそれぞれ増幅する複数からなるラッチ回路からなるセンスアンプと、
カラム選択信号によりスイッチ制御されるカラム選択回路と、
上記カラム選択回路により上記センスアンプの入出力ノードに接続されるローカル入出力線対とそれぞれ備えてなるメモリブロックの複数個と、
選択信号によりスイッチ制御され、上記複数のメモリブロックに対して設けられる選択回路と、
上記選択回路を介して上記複数のメモリブロックに対応した複数のローカル入出力線に接続されるメイン入出力線対と、
上記メイン入出力線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、
上記メイン入出力線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅するメインアンプとを備えてなり、
上記複数からなる選択回路の両側に上記ローカル入出力線対及びメイン入出力線対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記一対の短絡MOSFETをオン状態にしてなることを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of word lines formed by connecting address selection terminals of a plurality of dynamic memory cells, and
A plurality of complementary bit line pairs each including a plurality of dynamic memory cells connected to each other;
A sense amplifier including a plurality of latch circuits each of which receives an operating voltage in response to an operation timing signal and amplifies the signals of the complementary bit line pairs;
A column selection circuit that is switch-controlled by a column selection signal;
A plurality of memory blocks each comprising a local input / output line pair connected to the input / output node of the sense amplifier by the column selection circuit;
A selection circuit that is switch-controlled by a selection signal and provided for the plurality of memory blocks;
A main input / output line pair connected to a plurality of local input / output lines corresponding to the plurality of memory blocks via the selection circuit;
A first precharge circuit for applying a predetermined voltage to the main input / output line pair;
A main amplifier for amplifying a read signal from the memory cell transmitted to the main input / output line pair;
A pair of short-circuit MOSFETs for short-circuiting the local input / output line pair and the main input / output line pair are provided on both sides of the plurality of selection circuits, and the pair of short-circuit MOSFETs are turned on during the precharge period of the first precharge circuit. A semiconductor memory device characterized by being in a state.
請求項4に記載の半導体記憶装置において、
上記相補ビット線対は、上記センスアンプの動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路が設けられ、
上記センスアンプは、上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として増幅動作を行うものであり、
上記ローカル入出力線対には第3プリチャージ回路が設けられ、上記選択回路において非選択にされたローカル入出力線対を上記中間電圧にプリチャージすることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 4,
The complementary bit line pair is provided with a second precharge circuit for supplying an intermediate voltage of the operating voltage of the sense amplifier,
The sense amplifier amplifies a read signal that appears on one bit line from the memory cell by selection of the word line, using the precharged intermediate voltage of the other bit line as a reference voltage,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a third precharge circuit is provided in the local input / output line pair, and the local input / output line pair not selected in the selection circuit is precharged to the intermediate voltage.
請求項5に記載の半導体記憶装置において、
上記センスアンプの入出力ノードには、それを中心にして左右に配置される相補ビット線対と、かかる左右に配置された相補ビット線対を上記入出力ノードに選択的に接続させるシェアードスイッチMOSFETを更に備え、
上記ワード線は、メインワード線と、かかるメインワード線に対して共通に割り当てられてなる複数のサブワード線とからなり、
上記サブワード線に上記ダイナミック型メモリセルのアドレス選択MOSFETのゲートが接続され、
上記サブワード線は、上記メインワード線の信号とサブワード選択線の信号とを受けるサブワードドライバにより上記複数のうちの1つが選択されるものであり、
上記サブワードドライバは、メモリセルアレイの端部を除いてそれを中心にして左右に設けられるサブワード線の選択信号を形成するものであり、
上記センスアンプは、メモリセルアレイの端部を除いてそれを中心にして左右に設けられる相補ビット線からの増幅信号をセンスするものであることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 5,
The sense amplifier has an input / output node having a pair of complementary bit lines arranged on the left and right around the input / output node and a shared switch MOSFET for selectively connecting the pair of complementary bit lines arranged on the left and right to the input / output node. Further comprising
The word line is composed of a main word line and a plurality of sub word lines commonly assigned to the main word line.
The gate of the address selection MOSFET of the dynamic memory cell is connected to the sub word line,
One of the plurality of sub word lines is selected by a sub word driver that receives a signal of the main word line and a signal of a sub word selection line,
The sub-word driver forms a selection signal for sub-word lines provided on the left and right with the exception of the end of the memory cell array,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the sense amplifier senses an amplified signal from complementary bit lines provided on the left and right sides of the memory cell array except for an end portion thereof.
請求項6に記載の半導体記憶装置において、
上記サブワードドライバと上記センスアンプとが形成される半導体領域において、
これらにより囲まれる領域に上記メモリセルがマトリックス状態に配置されてサブアレイが構成され、
上記半導体領域上において幾何学的に互いに隣接するサブアレイに対応した上記サブワードドライバと上記センスアンプとに挟まれる交差領域に、上記選択回路と、上記一対の短絡MOSFETとが設けられることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 6,
In the semiconductor region where the sub-word driver and the sense amplifier are formed,
The memory cells are arranged in a matrix state in a region surrounded by these to form a subarray,
The selection circuit and the pair of short-circuit MOSFETs are provided in an intersection region sandwiched between the sub-word driver and the sense amplifier corresponding to sub-arrays that are geometrically adjacent to each other on the semiconductor region. Semiconductor memory device.
請求項7に記載の半導体記憶装置において、
上記ラッチ回路にはパワースイッチMOSFETを介して上記動作電圧が与えられるものであり、
かかるパワースイッチMOSFETは、上記センスアンプが形成される半導体領域において、
そこに形成される複数個のラッチ回路をそれぞれが分担するように複数組が設けられるものであることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 7,
The operating voltage is applied to the latch circuit via a power switch MOSFET,
Such a power switch MOSFET is provided in a semiconductor region where the sense amplifier is formed.
A semiconductor memory device characterized in that a plurality of sets are provided so as to share a plurality of latch circuits formed therein.
請求項4ないし8のいずれか1項記載の半導体記憶装置において、
上記一対の短絡MOSFETは、共通の制御信号が供給されるPチャンネル型MOSFETであることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to any one of claims 4 to 8,
The pair of short-circuit MOSFETs are P-channel MOSFETs to which a common control signal is supplied.
請求項9に記載の半導体記憶装置において、
上記制御信号は、上記第1プリチャージ回路のプリチャージ制御信号と同一であることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 9,
The semiconductor memory device, wherein the control signal is the same as a precharge control signal of the first precharge circuit.
請求項8ないし10のいずれか1項記載の半導体記憶装置において、
上記ローカル入出力線対には、ゲートとドレインとが交差接続されてなるMOSFETを含み、
そこに伝えられる信号を増幅するサブ増幅回路が上記交差領域において更に設けられてなることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to any one of claims 8 to 10,
The local input / output line pair includes a MOSFET in which a gate and a drain are cross-connected,
A semiconductor memory device, wherein a sub-amplifier circuit for amplifying a signal transmitted thereto is further provided in the crossing region.
請求項7に記載の半導体記憶装置において、
上記選択回路のそれぞれに対応し、上記第1プリチャージ回路と同じ第4プリチャージ回路が更に設けられることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 7,
A semiconductor memory device, further comprising a fourth precharge circuit corresponding to each of the selection circuits, the same as the first precharge circuit.
請求項12に記載の半導体記憶装置において、
上記第4プリチャージ回路は、上記メイン入出力線対側と上記ローカル入出力線対側の双方に設けられ、
ローカル入出力線対側に設けられた第4プリチャージ回路は、それに対応したローカル入出力線対が非選択のときには動作が停止されることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 12,
The fourth precharge circuit is provided on both the main input / output line pair side and the local input / output line pair side,
4. The semiconductor memory device according to claim 4, wherein the operation of the fourth precharge circuit provided on the local input / output line pair side is stopped when the corresponding local input / output line pair is not selected.
請求項12又は13に記載の半導体記憶装置において、
上記第1プリチャージ回路と第4プリチャージ回路は、Pチャンネル型MOSFETにより構成されるものであることを特徴とする半導体記憶装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 12 or 13,
The semiconductor memory device, wherein the first precharge circuit and the fourth precharge circuit are constituted by P-channel MOSFETs.
複数のワード線と、
複数のビット線と、
上記複数のワード線と上記複数のビット線に対応して設けられる複数メモリセルと、
上記複数のビット線に結合され、上記複数のビット線の電圧を増幅する第1の増幅回路と、
上記複数ワード線に信号を与える回路と、
上記複数ビット線に対応して設けられ、データを伝送する第1伝送線対と、
データを伝送する第2伝送線対と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対の電圧を増幅する第2の増幅回路と、
上記第1伝送線対と上記第2伝送線対との問に結合されたスイッチ回路と、
上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の問に結合されたソース−ドレイン経路を有するPチャンネル型の第1MOSFETと、
上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合されたソース−ドレイン経路を有するPチャンネル型の第2MOSFETとを備えてなり
上記スイッチ回路の両側に上記第1MOSFET及び上記第2MOSFETが配置され、
上記複数のワード線、上記複数のビット線及び上記複数メモリセルは、第1の4辺形領域内に形成され、
上記第1の増幅回路は、上記複数のビット線の延長方向であって上記第1の4辺形領域に隣接する第2の4辺形領域内に形成され、
上記複数のワード線に信号を与える回路は、上記複数のワード線の延長方向であって上記第1の4辺形領域に隣接する第3の4辺形領域内に形成され、
上記第1MOSFET及び第2MOSFETは、上記第2及び第3の4辺形領域に隣接する第4の4辺形領域内に形成されることを特徴とする半導体装置。
Multiple word lines,
Multiple bit lines,
A plurality of memory cells provided corresponding to the plurality of word lines and the plurality of bit lines;
A first amplifier circuit coupled to the plurality of bit lines and amplifying the voltages of the plurality of bit lines;
A circuit for supplying a signal to the plurality of word lines;
A first transmission line pair provided corresponding to the plurality of bit lines and transmitting data;
A second transmission line pair for transmitting data;
A second amplifier circuit coupled to the second transmission line pair for amplifying the voltage of the second transmission line pair;
A switch circuit coupled to the first transmission line pair and the second transmission line pair;
A P-channel first MOSFET having a source-drain path coupled to the two transmission lines constituting the first transmission line pair;
It and a second 2MOSFET of P-channel type having a drain path, - source coupled between the two transmission lines that constitute the second transmission line pairs
The first MOSFET and the second MOSFET are disposed on both sides of the switch circuit,
The plurality of word lines, the plurality of bit lines, and the plurality of memory cells are formed in a first quadrilateral region,
The first amplifier circuit is formed in a second quadrangular region adjacent to the first quadrangular region in the extending direction of the plurality of bit lines,
A circuit for supplying a signal to the plurality of word lines is formed in a third quadrilateral region adjacent to the first quadrangular region in an extending direction of the plurality of word lines;
The first MOSFET and the second MOSFET are formed in a fourth quadrilateral region adjacent to the second and third quadrilateral regions.
請求項15に記載の半導体記憶装置において、
上記スイッチ回路は、上記第1伝送線対のうちの一方と上記第2伝送線対のうちの一方との間に結合されたソース・ドレインを有する第3MOSFETと、
上記第1伝送線対のうちの他方と上記第2伝送線対のうちの他方との問に結合されたソース・ドレインを有する第4MOSFETとを含むことを特徴とする半導体装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 15,
The switch circuit includes a first 3MOSFET having a source-drain engaged binding between one of the one and the second transmission line pair of said first transmission line pair,
A semiconductor device comprising: a fourth MOSFET having a source and a drain coupled to the other of the first transmission line pair and the other of the second transmission line pair.
請求項15に記載の半導体記憶装置において、
上記スイッチ回路は、上記第4の4辺形領域内に形成されることを特徴とする半導体装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 15,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the switch circuit is formed in the fourth quadrangular region.
請求項15に記載の半導体記憶装置において、
上記複数ビット線は複数のビット線対を構成し、上記第1の増幅回路は、上記複数ビット線対に対応して設けられた複数の単位増幅回路を含むことを特徴とする半導体装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 15,
The plurality of bit lines constitute a plurality of bit line pairs, and the first amplifier circuit includes a plurality of unit amplifier circuits provided corresponding to the plurality of bit line pairs.
複数のワード線と、
複数のビット線と、
上記複数のワード線と上記複数のビット線に対応して設けられる複数メモリセルと、
上記複数のビット線に結合され、上記複数のビット線の電圧を増幅する第1の増幅回路と、
上記複数ビット線に対して共通に設けられ、データを伝送する第1伝送線対と、
データを伝送する第2伝送線対と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対の電圧を増幅する第2の増幅回路と、
上記第1伝送線対と上記第2伝送線対との間に結合された第1スイッチ回路と、
上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第2スイッチ回路と、
上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第3スイッチ回路と、
上記第1スイッチ回路の両側に上記第2スイッチ回路及び上記第3スイッチ回路が配置され、
上記第1伝送線対に結合され、上記第1伝送線対に第1電圧を供給する第1電圧供給回路と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対に第2電圧を供給する第2電圧供給回路とを含み、
上記第2スイッチ回路は、上記第1電圧供給回路が上記第1電圧を上記第1伝送線対に供給する際において導通状態とされ、上記2電圧供給回路が上記第2電圧を上記第2伝送線対に供給する際において上記第1スイッチ回路と共に導通状態とされることを特徴とする半導体装置。
Multiple word lines,
Multiple bit lines,
A plurality of memory cells provided corresponding to the plurality of word lines and the plurality of bit lines;
A first amplifier circuit coupled to the plurality of bit lines and amplifying the voltages of the plurality of bit lines;
A first transmission line pair that is provided in common to the plurality of bit lines and transmits data;
A second transmission line pair for transmitting data;
A second amplifier circuit coupled to the second transmission line pair for amplifying the voltage of the second transmission line pair;
A first switch circuit coupled between the first transmission line pair and the second transmission line pair;
A second switch circuit coupled between two transmission lines constituting the first transmission line pair;
A third switch circuit coupled between two transmission lines constituting the second transmission line pair;
The second switch circuit and the third switch circuit are disposed on both sides of the first switch circuit,
A first voltage supply circuit coupled to the first transmission line pair and supplying a first voltage to the first transmission line pair;
A second voltage supply circuit coupled to the second transmission line pair and supplying a second voltage to the second transmission line pair;
The second switch circuit is turned on when the first voltage supply circuit supplies the first voltage to the first transmission line pair, and the two voltage supply circuit transmits the second voltage to the second transmission. wherein a is a conductive state with Oite the first switch circuit when supplied to the wire pair.
請求項19に記載の半導体記憶装置において、
上記第2スイッチ回路は、第1伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合されたソース−ドレイン経路を有する第1MOSFETを含み、
上記第1スイッチ回路は、上記第1伝送線対のうちの一方と上記第2伝送線対のうちの一方との間に結合されたソース−ドレインを有する第2MOSFETと、
上記第1伝送線対のうちの他方と上記第2伝送線対のうちの他方との問に結合されたソース−ドレインを有する第3MOSFETとを含むことを特徴とする半導体装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 19,
The second switch circuit includes a first MOSFET having a source-drain path coupled between two transmission lines constituting the first transmission line pair,
The first switch circuit includes a second MOSFET having a source-drain coupled between one of the first transmission line pairs and one of the second transmission line pairs;
A semiconductor device comprising: a third MOSFET having a source-drain coupled to the other of the first transmission line pair and the other of the second transmission line pair.
請求項19に記載の半導体記憶装置において、
上記第1電圧は、上記第1増幅回路のプリチャージ電圧とされ、
上記第2電圧は、上記第2増幅回路のプリチャージ電圧とされ、
上記第1電圧と上記第2電圧とは異なる電圧であることを特徴とする半導体装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 19,
The first voltage is a precharge voltage of the first amplifier circuit,
The second voltage is a precharge voltage of the second amplifier circuit,
The semiconductor device, wherein the first voltage and the second voltage are different voltages.
複数のワード線と、
複数のビット線と、
上記複数のワード線と上記複数のビット線に対応して設けられる複数メモリセルと、
上記複数のビット線に結合され、上記複数のビット線の電圧を増幅する第1の増幅回路と、
上記複数ビット線に対して設けられ、データを伝送する第1伝送線対と、
データを伝送する第2伝送線対と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対の電圧を増幅する第2の増幅回路と、
上記第1伝送線対と上記第2伝送線対との間に結合された第1スイッチ回路と、
上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第2スイッチ回路と、
上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第3スイッチ回路を含み、
上記第1スイッチ回路の両側に上記第2スイッチ回路及び上記第3スイッチ回路が配置され、
上記第2スイッチ回路と上記第3スイッチ回路は、共通信号により制御され
上記第1スイッチ回路が導通している場合、上記第1伝送線対は上記第2伝送線対と同一電圧に制御され、且つ上記第1スイッチ回路が導通していない場合、上記第1伝送線対は上記第2伝送線対と異なる電圧に制御されることを特徴とする半導体装置。
Multiple word lines,
Multiple bit lines,
A plurality of memory cells provided corresponding to the plurality of word lines and the plurality of bit lines;
A first amplifier circuit coupled to the plurality of bit lines and amplifying the voltages of the plurality of bit lines;
A first transmission line pair provided for the plurality of bit lines and transmitting data;
A second transmission line pair for transmitting data;
A second amplifier circuit coupled to the second transmission line pair for amplifying the voltage of the second transmission line pair;
A first switch circuit coupled between the first transmission line pair and the second transmission line pair;
A second switch circuit coupled between two transmission lines constituting the first transmission line pair;
A third switch circuit coupled between the two transmission lines constituting the second transmission line pair;
The second switch circuit and the third switch circuit are disposed on both sides of the first switch circuit,
The second switch circuit and the third switch circuit are controlled by a common signal ,
When the first switch circuit is conductive, the first transmission line pair is controlled to the same voltage as the second transmission line pair, and when the first switch circuit is not conductive, the first transmission line pair wherein a Rukoto is controlled to a voltage different from the second transmission line pair.
請求項22に記載の半導体記憶装置において、
上記第2スイッチ回路は、上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の問に結合されたソース−ドレインを有するPチャンネル型の第1MOSFETを含み、
上記第3スイッチ回路は、上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の問に結合されたソース−ドレインを有するPチャンネル型の第2MOSFETを含み、
上記第1MOSFETのゲートと上記第2MOSFETのゲートは、上記共通信号を受け、
上記第1スイッチ回路は、上記第1伝送線対のうちの一方と上記第2伝送線対のうちの一方との間に結合されたソース・ドレインを有する第3MOSFETと、
上記第1伝送線対のうちの他方と上記第2伝送線対のうちの他方との問に結合されたソース・ドレインを有する第4MOSFETとを含むことを特徴とする半導体装置。
Oite the semiconductor memory device according to claim 22,
The second switch circuit includes a P-channel type first MOSFET having a source-drain coupled to two transmission lines constituting the first transmission line pair,
The third switch circuit includes a P-channel type second MOSFET having a source-drain coupled to two transmission lines constituting the second transmission line pair,
The gate of the first MOSFET and the gate of the second MOSFET receive the common signal,
It said first switch circuit includes a first 3MOSFET having a source-drain engaged binding between one of the one and the second transmission line pair of said first transmission line pair,
A semiconductor device comprising: a fourth MOSFET having a source and a drain coupled to the other of the first transmission line pair and the other of the second transmission line pair.
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