JP6259889B1 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】オーバードライブ電圧のためのキャパシタ容量を最適化でき、センスアンプの消費電流を軽減する。【解決手段】メモリ素子からデータを読み出すセンスアンプと、第1の期間においてオーバードライブ電圧である第1の電源電圧を第1の電源中間ノードに接続した後、第2の期間においてアレイ電圧である第2の電源電圧を第1の電源中間ノードに接続する第1のスイッチ素子と、第2の電源電圧をセンスアンプの第2の電源中間ノードにセンスアンプの駆動時に接続する第2のスイッチ素子と、オーバードライブ電圧に接続されオーバードライブ電圧を充電する第1のキャパシタとを備え、通常読出又は書込モードと自動リフレッシュモードとで選択的に動作する半導体記憶装置であって、自動リフレッシュモードのときにオンとなる第3のスイッチ素子と、第3の電源電圧を発生して、第3のスイッチ素子を介して第1の電源電圧と並列に印加する電圧発生手段とを備える。【選択図】図5

Description

本発明は、例えばSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)などの半導体記憶装置に関する。
図1は従来例1に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。図1において、従来例1に係るメモリ回路は、メモリセルMCと、センスアンプ30と、オーバードライブ電圧発生器(以下、VOD電圧発生器という。)11と、アレイ電圧発生器(以下、ARY電圧発生器という。)12と、スイッチ素子13,14とを備えて構成される。
図1において、メモリセルMCは、メモリ素子を構成するメモリキャパシタCcellと、選択用MOSトランジスタQ10とを備える。メモリキャパシタCcellの一端はストレージノードNsを介してMOSトランジスタQ10のソースに接続され、その他端は所定の電圧VCPに接続される。MOSトランジスタQ10のゲートはワード線WLに接続され、そのドレインは例えばビット線BLBに接続される。ここで、SDRAMのメモリ回路において、複数のメモリセルMCがワード線WLの方向、及びビット線BLT,BLBの方向で、格子形状で配置されている。
センスアンプ30は、MOSトランジスタQ1,Q2からなる第1のCMOSインバータと、MOSトランジスタQ3,Q4からなる第2のCMOSインバータとが正帰還ループのフリップフロップを構成するように接続されて形成される。MOSトランジスタQ1,Q3の各ソースは電源中間ノードP1で接続され、電源中間ノードP1は制御信号SW2でオン又はオフされるスイッチ素子14(例えばMOSトランジスタで構成される)の接点bを介して、電源電圧VDDを降圧電圧変換してアレイ電圧VARYを発生するアレイ電圧発生器12に接続される。また、電源中間ノードP1はスイッチ素子14の接点aを介して容量C1のキャパシタ15と、電源電圧VDDを降圧電圧変換してオーバードライブ電圧VODを発生するVOD電圧発生器11に接続される。
また、MOSトランジスタQ2,Q4の各ソースは電源中間ノードP2で接続され、電源中間ノードP2は制御信号SW1(制御信号SW2の反転信号)でオン又はオフされるスイッチ素子13(例えばMOSトランジスタで構成される)を介して接地電位VSSで接地される。
以上のように構成されたセンスアンプ回路においては、センスアンプ30は2個の電圧VOD,VARYを有しており、電源中間ノードP1はスイッチ素子14によりオーバードライブ電圧VODと、アレイ電圧VRAYとのうちのいずれかに接続することができる。一方、電源中間ノードP2はスイッチ素子13を介して接地電位VSSに接続することができる。ここで、アレイ電圧VRAYはオーバードライブ電圧VODよりも低い電圧であって、メモリセルMCの信頼性の観点からメモリセルMCの記憶ノードNsに記憶することができる最大レベルに設定されている。しかし、アレイ電圧VRAYはビット線BLとBLB上の電圧を急速にセンスするには非常に低い。これに対して、オーバードライブ電圧VODはアレイ電圧VRAYよりも高く設定されており、ビット線BLとBLB上の電圧を急速にセンスするために必要である。
センスアンプ30がセンスを開始すると、ワード線電圧VWLにより選択用MOSトランジスタQ10をオンしてメモリセルMCを選択し、メモリキャパシタCcellのデータ値に対応するストレージノードNsの電圧VsをMOSトランジスタQ10を介して例えばビット線BLBに伝搬させる。次いで、電源中間ノードP2は接地電位VSSに接続され、電源中間ノードP1はオーバードライブ電圧VODに接続される。ここで、電荷はキャパシタ15に格納されており、急速センスのために設けられている。もしセンスアンプ30の数が変化した場合であってもキャパシタ15の容量値は固定されている。
次いで、より高いビット線電圧VBLがアレイ電圧VRAYに漸近して実質的にアレイ電圧VRAYになるまで電源中間ノードP1はオーバードライブ電圧VODに接続する必要がある。その後、より高いビット線電圧VBLがアレイ電圧VRAYを保持するためにアレイ電圧VRAYに接続される。このとき活性化されたセンスアンプ30はビット線BLBに伝搬したデータ値の電圧VBLBを増幅する。
特開2011−081755号公報 米国特許第8300480号明細書 特開2008−159188号公報 米国特許出願公開第2008/015674明細書
ここで、まず、キャパシタ15の容量C1が通常読出/書込モードに対して最適化された場合について以下に説明する。
図2Aは図1のメモリ回路において通常読出/書込モード(C1最適化)のときの動作を示すタイミングチャートである。また、図2Bは図1のメモリ回路において自動リフレッシュモードのときの動作を示すタイミングチャートである。図2A及び図2Bから明らかなように、自動リフレッシュモードでは多数のビット線BL,BLBをチャージする必要があるために自動リフレッシュモードにおけるセンス速度は通常読出/書込モードのときよりも遅くなる(51,52)。また、自動リフレッシュモードのときの各センスアンプ30の電流消費量は通常読出/書込モードに比較して大きくなる(53)。このことは、ビット線BL,BLBが半値レベルになる期間がより長くなるためであって、そのときセンスアンプ30の貫通電流が大きくなるためである。
次いで、キャパシタ15の容量C1が自動リフレッシュモードに対して最適化された場合について以下に説明する。
図3Aは図1のメモリ回路において通常読出/書込モードのときの動作を示すタイミングチャートである。また、図3Bは図1のメモリ回路において自動リフレッシュモード(C1最適化)のときの動作を示すタイミングチャートである。図3A及び図3Bから明らかなように、キャパシタ15の容量C1は通常読出/書込モードにおいて余分に充電されるために、より高いビット線電圧VBLが過充電となる(54)。また、通常読出/書込モードにおいて余分な電荷の放電が必要となり、センスアンプ30の全体の電流消費量が通常読出/書込モードにおいてより大きくなる(55)。
以上説明したように、従来例1においては、キャパシタ15の容量C1は通常読出/書込モードと自動リフレッシュモードの両方に対して最適化することができず、センスアンプ30の電流消費量はいずれかのモードでより大きくなるという問題点があった。
次いで、従来例2に係るメモリ回路における問題点について以下に説明する。なお、従来例2に係るメモリ回路も図1のメモリ回路を用いる。
図4Aは従来例2に係るメモリ回路において消費電流Iが事前シミュレーションの評価値よりも大きいときの動作を示すタイミングチャートである。また、図4Bは従来例2に係るメモリ回路において消費電流Iが事前シミュレーションの評価値よりも小さいときの動作を示すタイミングチャートである。
図4Aから明らかなように、消費電流Iが事前シミュレーションの評価値よりも大きいとき、実際のオーバードライブ電圧VODaは元のオーバードライブ電圧VODよりも低下し、センスアンプ30の実際のセンス速度は推定値よりも遅くなる。また、ビット線電圧VBL,VBLBが半値レベルであるときの期間は長くなるので(VBLa,VBLBa)、各センスアンプ30の消費電流(Ia)は実際のデバイスで大きくなる(56)。このとき、センスアンプ30の貫通電流は大きくなる。この場合においては、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1をデフォルト値よりも大きくなるように調整する必要がある。
これに対して、図4Bから明らかなように、消費電流Iが事前シミュレーションの評価値よりも小さいとき、実際のオーバードライブ電圧VODaは元のオーバードライブ電圧VODよりも高くなり、実際のビット線電圧VBL及びアレイ電圧VRAYは目標値よりも高くなる(VBLa,VARYa)。また、過充電のビット線電圧VBLとアレイ電圧VRAYにより余剰電荷が放電されるべきであるので、各センスアンプ30の消費電流(Ia)は実際のデバイスでは大きくなる(57)。この場合において、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1をデフォルト値よりも小さくなるように調整する必要がある。
以上説明したように、従来例1においては、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1を通常読出/書込モード及び自動リフレッシュモードの両方において最適化することができず、センスアンプ30の消費電流が大きくなるという問題点があった。
また、従来例2においては、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1が評価値と異なる場合であっても、最適化することができず、センスアンプ30の消費電流が大きくなるという問題点があった。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、オーバードライブ電圧のためのキャパシタの容量値を最適化でき、センスアンプの消費電流を従来技術に比較して軽減できる半導体記憶装置を提供することにある。
第1の発明にかかる半導体記憶装置は、
第1及び第2の電源中間ノードを有し、ワード線及びビット線に接続されたメモリ素子からデータを読み出すセンスアンプと、
前記センスアンプの駆動時の第1の期間においてオーバードライブ電圧である第1の電源電圧を前記センスアンプの第1の電源中間ノードに接続した後、前記センスアンプの駆動時の第2の期間において前記第1の電源電圧よりも低いアレイ電圧である第2の電源電圧を前記センスアンプの第1の電源中間ノードに接続する第1のスイッチ素子と、
所定の第2の電源電圧を前記センスアンプの第2の電源中間ノードに、前記センスアンプの駆動時に接続する第2のスイッチ素子と、
前記オーバードライブ電圧に接続され、当該オーバードライブ電圧を充電する第1のキャパシタとを備え、通常読出又は書込モードと自動リフレッシュモードとで選択的に動作する半導体記憶装置であって、
前記自動リフレッシュモードのときにオンとなる第3のスイッチ素子と、
前記第1の電源電圧と実質的に同一の第3の電源電圧を発生して、前記第3のスイッチ素子を介して前記第1の電源電圧と並列に印加する電圧発生手段とを備えることを特徴とする。
前記半導体記憶装置において、前記第3の電源電圧に接続され、前記第3の電源電圧を充電する第2のキャパシタをさらに備えることを特徴とする。
また、前記半導体記憶装置において、前記自動リフレッシュモードのときに前記半導体記憶装置において活性化されるセンスアンプの数をAとし、前記通常読出又は書込モードのときに前記半導体記憶装置において活性化されるセンスアンプの数をNとし、前記第1のキャパシタの容量値をC1とし、前記第2のキャパシタの容量値をC2としたとき、容量値C1,C2は、次式を満たすように
A/N=(C1+C2)/C1
設定されることを特徴とする。
さらに、前記半導体記憶装置において、前記第3のスイッチ素子はMOSトランジスタであることを特徴とする。
またさらに、前記半導体記憶装置において、前記第3のスイッチ素子は前記第2のキャパシタの電荷を十分に放電するための駆動能力を有することを特徴とする。
またさらに、前記半導体記憶装置において、前記第3のスイッチ素子は、所定のモード信号に基づいて、前記自動リフレッシュモードのときにオンとなり、前記通常読出又は書込モードのときにオフとなることを特徴とする。
第2の発明に係る半導体記憶装置は、
第1及び第2の電源中間ノードを有し、ワード線及びビット線に接続されたメモリ素子からデータを読み出すセンスアンプと、
前記センスアンプの駆動時の第1の期間においてオーバードライブ電圧である第1の電源電圧を前記センスアンプの第1の電源中間ノードに接続した後、前記センスアンプの駆動時の第1の期間において前記第1の電源電圧よりも低いアレイ電圧である第2の電源電圧を前記第1の電源中間ノードに接続する第1のスイッチ素子と、
所定の第2の電源電圧を前記センスアンプの第2の電源中間ノードに、前記センスアンプの駆動時に接続する第2のスイッチ素子と、
前記オーバードライブ電圧に接続され、当該オーバードライブ電圧を充電する第1のキャパシタとを備える半導体記憶装置であって、
前記第1のキャパシタに接続された一端を有する複数の第3のスイッチ素子と、
前記複数の第3のスイッチ素子の他端にそれぞれ接続された複数の第2のキャパシタと、
前記複数の第3のスイッチ素子のオン又はオフを制御する複数の制御信号を発生する制御回路とを備えることを特徴とする。
前記半導体記憶装置において、前記複数の第3のスイッチ素子はそれぞれMOSトランジスタであることを特徴とする。
また、前記半導体記憶装置において、前記第3のスイッチ素子は前記複数の第2のキャパシタの電荷を十分に充電し又は放電するための駆動能力を有することを特徴とする。
さらに、前記半導体記憶装置において、前記制御回路は、複数のヒューズを含み、所定のヒューズを切断して前記複数の制御信号である複数のヒューズ信号を前記複数の第3のスイッチ素子に出力することを特徴とする。
またさらに、前記半導体記憶装置において、前記制御回路は、前記半導体記憶装置の内部テスト時において、前記複数の制御信号である複数の内部テスト信号を前記複数の第3のスイッチ素子に出力することを特徴とする。
またさらに、前記半導体記憶装置において、前記複数の第2のキャパシタの容量値は互いに同一又は互いに異なるように設定されることを特徴とする。
従って、本発明に係る半導体記憶装置によれば、オーバードライブ電圧のためのキャパシタの容量値を最適化でき、センスアンプの消費電流を従来技術に比較して軽減できる。
従来例1に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。 図1のメモリ回路において通常読出/書込モード(C1最適化)のときの動作を示すタイミングチャートである。 図1のメモリ回路において自動リフレッシュモードのときの動作を示すタイミングチャートである。 図1のメモリ回路において通常読出/書込モードのときの動作を示すタイミングチャートである。 図1のメモリ回路において自動リフレッシュモード(C1最適化)のときの動作を示すタイミングチャートである。 従来例2に係るメモリ回路において消費電流Iが事前シミュレーションの評価値よりも大きいときの動作を示すタイミングチャートである。 従来例2に係るメモリ回路において消費電流Iが事前シミュレーションの評価値よりも小さいときの動作を示すタイミングチャートである。 実施形態1に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。 図5のメモリ回路において通常読出/書込モード(C1最適化)のときの動作を示すタイミングチャートである。 図5のメモリ回路において自動リフレッシュモードのときの動作を示すタイミングチャートである。 実施形態2に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。 実施形態3に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
実施形態1.
一般的に、活性化されたセンスアンプ30の数は、通常の読出/書込モードとリフレッシュモードの間で異なっており、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1の適切な値は両方のモードの間で異なっている必要があり、この知見に基づいて、実施形態1では、両方のモードで自動的にオーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1の最適化を行うことを特徴としている。
図5は実施形態1に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。図5において、実施形態1に係るメモリ回路は、図1の従来例1に係るメモリ回路に比較して、電圧発生回路20をさらに備えたことを特徴とする。
図5において、メモリセルMCは、メモリ素子を構成するメモリキャパシタCcellと、選択用MOSトランジスタQ10とを備える。メモリキャパシタCcellの一端はストレージノードNsを介してMOSトランジスタQ10のソースに接続され、その他端は所定の電圧VCPに接続される。MOSトランジスタQ10のゲートはワード線WLに接続され、そのドレインは例えばビット線BLBに接続される。ここで、SDRAMのメモリ回路において、複数のメモリセルMCがワード線WLの方向、及びビット線BLT,BLBの方向で、格子形状で配置されている。
センスアンプ30は、MOSトランジスタQ1,Q2からなる第1のCMOSインバータと、MOSトランジスタQ3,Q4からなる第2のCMOSインバータとが正帰還ループのフリップフロップを構成するように接続されて形成される。MOSトランジスタQ1,Q3の各ソースは電源中間ノードP1で接続され、電源中間ノードP1は制御信号SW2でオン又はオフされるスイッチ素子14(例えばMOSトランジスタで構成される)の接点bを介して、電源電圧VDDを降圧電圧変換してアレイ電圧VARYを発生するアレイ電圧発生器12に接続される。また、電源中間ノードP1はスイッチ素子14の接点aを介して容量C1のキャパシタ15と、電源電圧VDDを降圧電圧変換してオーバードライブ電圧VODを発生するVOD電圧発生器11に接続される。
また、MOSトランジスタQ2,Q4の各ソースは電源中間ノードP2で接続され、電源中間ノードP2は制御信号SW1(制御信号SW2の反転信号)でオン又はオフされるスイッチ素子13(例えばMOSトランジスタで構成される)を介して接地電位VSSで接地される。
さらに、電圧発生回路20は、VOD2電圧発生器21と、容量C2のキャパシタ61と、スイッチ素子であるMOSトランジスタQ11と、インバータ31とを備えて構成される。図5において、モード信号TCBRは、通常読出/書込モードにおいてローレベルになり、自動リフレッシュモードにおいてハイレベルになる信号であり、インバータ31を介してMOSトランジスタQ11のゲートに印加される。ここで、MOSトランジスタQ11はキャパシタ61の電荷を放電するために十分な駆動能力を有する。ここで、MOSトランジスタQ11は通常読出/書込モードにおいてオフとなり、自動リフレッシュモードにおいてオンとなる。VOD2電圧発生器21は電源電圧VDDを所定のオーバードライブ電圧VOD2(オーバードライブ電圧VOD2は実質的にオーバードライブ電圧VODに等しい)に降圧電圧変換して、他端が接地されたキャパシタ61、MOSトランジスタQ11及びキャパシタ15を介してスイッチ素子14の接点aに印加される。従って、電圧発生回路20は、自動リフレッシュモードにおいてのみ、キャパシタ61に充電したオーバードライブ電圧VOD2をオーバードライブ電圧VODに対して並列に印加することになる。
なお、実施形態1では、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ15の容量C1については、事前シミュレーションにおいて、通常読出/書込モードにおいて最適値に設定しておく。また、容量C1,C2は、両方の動作モードにおいて、1つのセンスアンプ30のための容量値を設定する必要があり、次式のように設定することが好ましい。
Figure 0006259889
ここで、Aは自動リフレッシュモードにおいてSDRAMの1つのメモリバンクにおける活性化されるセンスアンプ30の数である。また、Nは通常読出/書込モードにおいてSDRAMの1つのメモリバンクにおける活性化されるセンスアンプ30の数である。
図6Aは図5のメモリ回路において通常読出/書込モード(C1最適化)のときの動作を示すタイミングチャートである。図6Aから明らかなように、通常読出/書込モードにおいては、オーバードライブ電圧VOD2は印加されず、キャパシタ15の容量C1のみでオーバードライブ電圧VODを充電するので、センスアンプ30は最適な動作となり、消費電流Iは増加しない。
図6Bは図5のメモリ回路において自動リフレッシュモードのときの動作を示すタイミングチャートである。図6Bから明らかなように、自動リフレッシュモードにおいては、オーバードライブ電圧VOD2が印加されるので、キャパシタ15の容量C1とキャパシタ61の容量C2でオーバードライブ電圧VOD,VOD2を充電するので、自動リフレッシュモードであってもセンスアンプ30は最適な動作となり、消費電流Iは増加しない。
以上説明したように、実施形態1によれば、両方の動作モードにおいて実質的に同一のセンス速度を達成することができ、消費電流も両方の動作モードにおいて低減される。従って、オーバードライブ電圧のための容量を両方の動作モードで最適化される。
以上の実施形態1において、電源中間ノードP2はスイッチ素子13を介して接地されているが、本発明はこれに限らず、アレイ電圧VRAYよりも低い電源電圧に接続されてもよい。
実施形態2.
図7は実施形態2に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。
従来例2を参照して上述したように、必要なオーバードライブ電圧のための容量は事前シミュレーションの評価値から異なっている可能性があり、センス速度が速くなったときに消費電流を低減するオーバードライブ電圧のための容量を最適化する必要がある。しかし、従来例2のように一般的な方法では当該容量は固定されかつ容易に変更することができないという問題点があった。この問題点を解決するために、図7において、実施形態2に係るメモリ回路は、図1のメモリ回路に比較して、容量調整回路70及びヒューズ回路71をさらに備えたことを特徴とする。実施形態2では、ヒューズ回路71のヒューズを切断することにより、オーバードライブ電圧のための容量をトリミングする方法を用いる。以下、実施形態2の回路構成については、図5の回路構成との相違点について説明する。
図7において、容量調整回路70は、オーバードライブ電圧VODのためのキャパシタ61,62,63,64,…と、スイッチ素子であるMOSトランジスタQ11,Q12,Q13,Q14,…と、インバータ31,32,33,34,…と、ヒューズ回路71とを備えて構成される。ここで、キャパシタ61,62,63,64,…はそれぞれ容量C21,C22,C23,C24,…を有する。ここで、容量C21,C22,C23,C24,…は互いに同一の容量値であってもよいし、互いに異なる容量値であってもよく、後者の場合において、例えば次式のように設定される。
C21=C0
C22=2C0
C23=4C0
C24=8C0
ヒューズ回路71は、複数のヒューズを含み、事前シミュレーションにおいて得られた最適な容量評価値からC1を減算した容量値をキャパシタ61,62,63,64,…に割り当てて設定し、これに基づいて、対応するヒューズを切断して対応するヒューズ信号FU_CAP<0>,FU_CAP<1>,FU_CAP<2>,FU_CAP<3>,…をハイレベルとすることで、対応するMOSトランジスタQ11〜Q14をオンして、対応するキャパシタ61〜64をキャパシタ15に対して並列に接続するので、オーバードライブ電圧VODのための容量値を調整することができる。
ここで、ヒューズ信号FU_CAP<0>,FU_CAP<1>,FU_CAP<2>,FU_CAP<3>,…は、容量調整回路70の容量値を制御する制御信号の一形態であり、ヒューズ回路71は容量調整回路70の容量値を制御する制御回路の一形態である。さらに、MOSトランジスタQ11〜Q14はキャパシタ61〜64の電荷を充電し又は放電するために十分な駆動能力を有する。
以上説明したように、本実施形態によれば、容量調整回路70を備えたので、オーバードライブ電圧VODのための容量値を調整することができ、例えば事前シミュレーションにおいて得られた最適な容量評価値に基づいてオーバードライブ電圧VODのための容量値を調整することで最適な当該容量値を設定することができる。これにより、オーバードライブ電圧のための容量値を、従来技術に比較して簡単に実際のデバイスのためにトリミングすることができる。
実施形態3.
図8は実施形態3に係るSDRAMのメモリ回路の構成例を示す回路図である。図8において、実施形態3に係るメモリ回路は、図7の実施形態2に係るメモリ回路に比較して、ヒューズ回路71に代えて内部テスタ回路72を備えたことを特徴とする。以下、当該相違点について説明する。
図8において、内部テスタ回路72は当該SDRAMの内部テストにおいて内部テスト信号TE_CAP<0>,TE_CAP<1>,TE_CAP<2>,TE_CAP<3>,…を順次所定の順序でハイレベルとすることで、対応するMOSトランジスタQ11〜Q14をオンして、対応するキャパシタ61〜64をキャパシタ15に対して並列に接続するので、オーバードライブ電圧VODのための容量値を調整することができる。ここで、内部テスタ回路72は例えばセンスアンプ30のセンス速度を最大にしかつ消費電流を最小にするように、実際のデバイスにおいてオーバードライブ電圧のための容量を最適化することができる。
なお、内部テスト信号TE_CAP<0>,TE_CAP<1>,TE_CAP<2>,TE_CAP<3>,…は、容量調整回路70の容量値を制御する制御信号の一形態である。また、内部テスタ回路72は容量調整回路70の容量値を制御する制御回路の一形態である。
本願発明と引用文献との相違点.
本願発明と引用文献1〜4との相違点配下の通りである。
(1)引用文献1〜2との相違点.
引用文献1〜2においては、センスアンプを用いる半導体装置において、オーバードライブ電圧を生成する昇圧回路を設けたことによる消費電力の増加を低減するための半導体装置が開示されている。ここで、センスアンプを有し外部電源電圧が供給される半導体装置は、センスアンプに接続する駆動信号配線と、外部電源電圧からこの外部電源電圧よりも高い第1の電圧を生成する昇圧回路と、外部電源電圧を降圧して第2の電圧を生成する降圧回路と、を有する。外部アクセスを伴う通常動作時においてセンスアンプにセンス動作をさせる場合に、センス動作の初期には第1の電圧を駆動信号配線に印加しその後は第2の電圧を駆動信号配線に印加し、その一方で、外部アクセスを伴わないリフレッシュ動作時には、昇圧回路の動作を停止させて、センス動作の初期の段階から第2の電圧を駆動信号配線に印加するようにする。
すなわち、引用文献1〜2において、オーバードライブ電圧のための容量値は固定であることが開示されている。しかしながら、本願発明の特徴である、通常読出又は書込モードと自動リフレッシュモードとで当該容量値を変化させること、並びに、当該容量値を最適化するように調整することは開示も示唆もない。
(2)引用文献3〜4との相違点.
引用文献3〜4においては、センスアンプのセンス動作の動作初期において、チャージシェア方式のオーバードライブを行う場合に、アレイ電圧を大きくし、また、オーバードライブ電圧用の容量素子の容量を小さくできるようにする半導体メモリ装置が開示されている。当該半導体メモリ装置は、オーバードライブ電圧VODを発生する第1の内部電源発生回路と、アレイ電圧VARYを発生する第2の内部電源発生回路とを設け、センス動作の開始時点から第1の時間が経過するまでのオーバードライブ期間において第1の内部電源発生回路がセンスアンプに接続され、第1の時間の経過後には第2の内部電源発生回路がセンスアンプに接続されるようにする。第1の内部電源発生回路は、センス動作の開始に先立って動作状態とされ、容量素子の充電が終わった後に非動作のフローティング状態とされる。
すなわち、引用文献3〜4において、オーバードライブ電圧のための容量値は固定であることが開示されている。しかしながら、本願発明の特徴である、通常読出又は書込モードと自動リフレッシュモードとで当該容量値を変化させること、並びに、当該容量値を最適化するように調整することは開示も示唆もない。
以上詳述したように、本発明に係る半導体記憶装置によれば、オーバードライブ電圧のためのキャパシタの容量値を最適化でき、センスアンプの消費電流を従来技術に比較して軽減できる。特に本発明(実施形態2、3)はSDRAMのメモリ回路に限定されず、フラッシュメモリ、SRAMなどのセンスアンプを備えた半導体記憶装置に適用することができる。
11…VOD電圧発生器、
12…アレイ電圧発生器(ARAY電圧発生器)、
13,14…スイッチ素子、
15…キャパシタ、
20…電圧発生回路、
21…VOD2電圧発生器、
30…センスアンプ、
31〜34…インバータ、
61〜64…キャパシタ、
70…容量調整回路、
71…ヒューズ回路、
72…内部テスタ回路、
Ccell…メモリキャパシタ、
MC…メモリセル、
P1,P2…電源中間ノード、
Q1〜Q10,Q11〜Q14…MOSトランジスタ。

Claims (6)

  1. 第1及び第2の電源中間ノードを有し、ワード線及びビット線に接続されたメモリ素子からデータを読み出すセンスアンプと、
    前記センスアンプの駆動時の第1の期間においてオーバードライブ電圧である第1の電源電圧を前記センスアンプの第1の電源中間ノードに接続した後、前記センスアンプの駆動時の第2の期間において前記第1の電源電圧よりも低いアレイ電圧である第2の電源電圧を前記センスアンプの第1の電源中間ノードに接続する第1のスイッチ素子と、
    所定の第2の電源電圧を前記センスアンプの第2の電源中間ノードに、前記センスアンプの駆動時に接続する第2のスイッチ素子と、
    前記オーバードライブ電圧に接続され、当該オーバードライブ電圧を充電する第1のキャパシタとを備え、通常読出又は書込モードと自動リフレッシュモードとで選択的に動作する半導体記憶装置であって、
    前記自動リフレッシュモードのときにオンとなる第3のスイッチ素子と、
    前記第1の電源電圧と実質的に同一の第3の電源電圧を発生して、前記第3のスイッチ素子を介して前記第1の電源電圧と並列に印加する電圧発生手段とを備えることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 前記第3の電源電圧に接続され、前記第3の電源電圧を充電する第2のキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 前記自動リフレッシュモードのときに前記半導体記憶装置において活性化されるセンスアンプの数をAとし、前記通常読出又は書込モードのときに前記半導体記憶装置において活性化されるセンスアンプの数をNとし、前記第1のキャパシタの容量値をC1とし、前記第2のキャパシタの容量値をC2としたとき、容量値C1,C2は、次式を満たすように
    A/N=(C1+C2)/C1
    設定されることを特徴とする請求項2記載の半導体記憶装置。
  4. 前記第3のスイッチ素子はMOSトランジスタであることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
  5. 前記第3のスイッチ素子は前記第2のキャパシタの電荷を十分に放電するための駆動能力を有することを特徴とする請求項2又は3記載の半導体記憶装置。
  6. 前記第3のスイッチ素子は、所定のモード信号に基づいて、前記自動リフレッシュモードのときにオンとなり、前記通常読出又は書込モードのときにオフとなることを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
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