JPH03222185A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH03222185A
JPH03222185A JP2016845A JP1684590A JPH03222185A JP H03222185 A JPH03222185 A JP H03222185A JP 2016845 A JP2016845 A JP 2016845A JP 1684590 A JP1684590 A JP 1684590A JP H03222185 A JPH03222185 A JP H03222185A
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Japan
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sense amplifier
power supply
transistor
voltage
circuit
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Toshio Komuro
小室 敏雄
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体記憶装置に関し、特にセンス増幅器等に
供給する電源電圧を外部から供給される電源電圧より低
くして供給する構成の半導体記憶装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、大容量DRAMにおいては、サブミクロン化され
つつあるMIS)ランジスタの信頼性劣化を防ぐために
、メモリチップ上に外部から供給される電源の電圧より
低い内部電源電圧を発生する電源電圧変換回路を搭載す
る傾向がある。
この回路には、例えば1986年のエイティーンス コ
ンファレンス オフ ソリッド ステート デバイシズ
 アンド マテリアルス(18thConferenc
e of 5olid 5tate Devices 
and Materials)における「オンチップ 
サプライ ボルテージ コンバージョン システム ア
ンド イック アプリケーション ツー ア フォーメ
ガビット デイラム(On−chip 5upply 
Voltage Conversion System
s andλ Its Application to a 4Mb 
DRAM) Jのアブlトラクト(Abstract)
 307〜310頁に記載された回路がある。
この回路を第4図に示し、従来の技術について説明する
この回路は、ビット線対(BLI、BLI)〜(BLn
、BLn)の信号をそれぞれ対応して増幅するセンス増
幅器21〜2nと、これらセンス増幅器21〜2nの高
電位側及び低電位側の電源供給端とそれぞれ対応して接
続する高電位側及び低電位側のセンス増幅器駆動線SA
P、SANと、これらセンス増幅器駆動線SAP、SA
Nと接続するプリチャージ回路4と、ドレインをセンス
増幅器駆動線SAPと接続しセンス増幅器活性化信号側
によりオン・オフするPチャネルMIS型のトランジス
タQ3と、ソースを接地しドレインし をセンス増幅器駆動線5ANI接続してセンス端型のト
ランジスタQ2と、第1の入力端に外部から供給される
電源(以下一次電源という)の電圧VCCより低い基準
電圧VREFを入力し第2の入力端をトランジスタQ3
のソースと接続する差動増幅器11及びゲートにこの差
動増幅器11の出力電圧を入力しソースを一次電源の電
源供給端子(電圧■。。)と接続しドレインをトランジ
スタQ3のソースと接続するPチャネルMIS型のトラ
ンジスタQ1を備え内部電源電圧VINTを発生する電
源電圧変換回路5とを有する構成となっている。
次に、この回路の動作について説明する。
この回路は、センス増幅器21〜2nによるビット線対
(BLl、BLl) 〜(BLn、BLn)の信号増幅
開始以前においては、センス増幅器駆動線SAP、SA
N及びビット線対(BLI、i「D〜(BLn、BLn
)は同電位、例えばVizy/2にプリチャージされて
いる。又、センス増幅器活性化信号Φ8.肩はそれぞれ
低電位、高電位にあり、トランジスタQ2.Q3はいず
れもオフしている。
ビット線対(BLI、丁LET) 〜(B L n 、
 ■「Dの増幅はセンス増幅器活性化信号Φ3.肩がそ
れぞれ高電位、/低電位となり、トランジスタQ2゜Q
3がオンし、センス増幅器駆動線SAPが電位上昇、セ
ンス増幅器駆動線SANが電位下降することで開始され
る。
そして増幅終了時には、各ビット線対(BLI。
BLl) 〜(BLn、BLn)の高電位側は基準電位
V、、、に到達する。
センス増幅器駆動線SAP及び高電位側のビット線が一
次電源の電圧VCCの値にかかわらず基準電圧V■ア迄
しか上昇しないのは電源電圧変換回路5によるもので、
これよりセンス増幅器21〜2nを構成するトランジス
タやビット線対(BLI。
BLl) 〜(BLn、BLn)上に存在するスイッチ
ングトランジスタのンース、ドレインに高電圧が印加さ
れることなく、特性の劣化を抑えることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の半導体記憶装置は、電源電圧変換回路5
で発生した内部電源電圧VINTを、トランジスタQ3
を介してセンス増幅器駆動線SAPへ供給する構成とな
っているので、センス増幅器駆動線SAPの電位上昇に
時間がかかり、ビット線の高電位側が基準電位■REF
に達するまでの時間が長くなるという欠点がある。
これは、1つは、トランジスタQ1をオンさせるには内
部電源電圧V、N、の下降によって差動増幅器11の出
力が低電位になる必要があり、内部電源電圧■1.7の
下降中はセンス増幅器駆動線SAPの電位上昇は行われ
ないためであり、また、センス増幅器駆動線SAPの電
位上昇が内部電源電圧Vrsrの上昇につれて緩慢にな
るためである。
尚、後者は内部電源電圧■工NTの上昇につれて差動増
幅器11の出力が上昇し、トランジスタQ1の電流供給
能力が下るためである。
本発明の目的は、ビット線の高電位側が基準電圧に達す
るまでの時間を短縮することができる半導体記憶装置を
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体記憶装置は、ビット線対の信号を増幅す
るためのセンス増幅器と、このセンス増幅器の第1及び
第2の電源供給端とそれぞれ対応して接続する第1及び
第2のセンス増幅器駆動線と、第1の入力端を前記第1
のセンス増幅器駆動線と接続し第2の入力端に一次電源
の第1の電源出力端の電圧より低いレベルの基準電圧を
入力してこれら第1及び第2の入力端の電圧を差動増幅
する差動増幅回路、ソースを前記一次電源の第1の電源
出力端と接続しドレインを前記第1のセンス増幅器駆動
線と接続するトランジスタ、及びセンス増幅器活性化信
号が能動レベルになると前記トランジスタをオンにし前
記第1のセンス増幅器駆動線の電圧が前記基準電圧を越
えると前記差動増幅回路の出力電圧により前記トランジ
スタをオフにしこのトランジスタのドレインの電圧を前
記基準電圧とほぼ等しくするゲート回路を備えた電源電
圧変換駆動回路とを有している。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図である。
この実施例は、ビット線対(BLI、BLI)〜BLn
、BLn)の信号をそれぞれ対応して増幅するためのセ
ンス増幅器21〜2nと、このセンス増幅器21〜2n
の高電位側及び低電位側の電源供給端とそれぞれ対応し
て接続する高電位側及び低電位側のセンス増幅器駆動線
SAP、SANと、これらセンス増幅器駆動線SAP、
SANと接続するプリチャージ回路4と、第1の入力端
をセンス増幅器駆動線SAPと接続し第2の入力端に一
次電源の高電位側の電源出力端の電圧■。。より低いレ
ベルの基準電圧■88)、を入力してこれら第1及び第
2の入力端の電圧を差動増幅する差動増幅回路11、ソ
ースを一次電源の高電位側の電源出力端と接続しドレイ
ンをセンス増幅器駆動線SAPと接続するPチャネルM
IS型のトランジスタQ1.及びセンス増幅器活性化信
号Φ6が能動レベルになるとトランジスタQ1をオンに
しセンス増幅器駆動線SAPの電圧が基準電圧VREア
越えると差動増幅回路11の出力電圧によりトランジス
タQlをオフにし、このトランジスタQ1のドレインの
電圧、すなわち内部電源電圧をほぼ基準電圧VREFと
する反転回路12.NAND回路13より成るゲート回
路を備えた電源電圧変換センス増幅器駆動線SANと接
続してセンス増幅器活性化信号Φ、によりオン・オフす
るNチャネルMIS?ランジスタQ2とを有する構成と
なっている。
この実施例においては、センス増幅器Φ、が能動レベル
の高レベルになると、NAND回路13の出力が低レベ
ルになるのでトランジスタQ1はオンとなり、センス増
幅器駆動線SAPに直ちに一次電源(を圧■。。)から
電源が供給され電位が上昇する。
センス増幅器駆動線SAPの電位が上昇し基準電圧VR
EFを越えると差動増幅器11の出力は高レベルとなり
、従ってNAND回路13の出力は高レベルとなってト
ランジスタQ1はオフとなる。
従って、トランジスタQ1のドレイン及びセンス増幅器
駆動線SAPの電圧、すなわち内部電源電圧VINTは
ほぼ基準電圧Vゎ、と等しくなる。
従って、センス増幅器駆動線SAP及びビット線高電位
側の電位が基準電圧VRオに達するまでの時間を従来例
より短かくすることができる。
この効果を確認するため、第1図及び第4図の回路につ
いて計算機シミュレーションを行った。
その条件及び結果を次に示す。
センス増幅器21〜2nの数を4090とし、その1個
当りのトランジスタのチャネル長り及びチャネル幅Wは
、PチャネルMIS型に関してはL=1.8μm、W=
18pm、NチャネルMIS型に関してはL=1.8 
μm、W=7 μm、ビット線BLI、/ BLn、B
LI〜BLnの容量は200fF’、電源電圧変換駆動
回路lのトランジスタQ1はL=1.4μm、W=20
00μm、電源電圧変換回路5のトランジスタQ1はL
=1.4μm。
W=4000μm、トランジスタQ3はL=14μm。
W=4000μmとした。又、コンダクタンス定数β、
及びしきい値電圧■1についてはPチャネルMTS型の
トランジスタはβ=200μs / V 。
VT=  0.8V%NチャネルMIS型トランジスタ
はβ=400 μs/V、VT=0.8Vとした。
以上の様な回路定数を用いて■。c = 5 V 、 
VREF =4.4■、ビット線対の差電位20mVの
条件で高電位側のビット線2■から4Vに達する迄の時
間を両者について算出した。その結果は第1図の回路で
は18ns、第4図の回路では34nsであった。
第2図は本発明の第2の実施例を示す回路図である。
この実施例は、第1図のトランジスタQ2に換えて第2
の電源電圧変換駆動回路IAを設けたものである。
第2の電源電圧変換駆動回路1Aは、第1の入力端を低
電位側のセンス増幅器駆動線SANと接続し第2の入力
端に第2の基準電圧VREPLを入力してこれら第1及
び第2の入力端の電圧を差動増幅する第2の差動増幅回
路11Aと、ソースを一次電源の低電位の電源出力端、
すなわち接地端子と接続しドレインをセンス増幅器駆動
線SANと接続するNチャネルMIS型のトランジスタ
Q2と、センス増幅器活性化信号Φ、が能動レベルにな
ると差動増幅回路11Aの出力電圧によりトランジスタ
Q2をオン・オフしてこのトランジスタQ2のドレイン
の電圧を第2の基準電圧VREFLとほぼ等しくし、セ
ンス増幅器l活性化信号ΦSが非能動レベルのときトラ
ンジスタQ2をオフにする第2のゲート回路のNOR回
路14とを備えた構成となっている。
この実施例においては、ビット線の高電位側だけではな
く、低電位側も基準電圧Vipyzに抑えることができ
るので、ビット線の充放電電荷量をより少なく抑えるこ
とができるという利点がある。
第3図は本発明の第3の実施例を説明するための基準電
圧VREFLと内部電源電圧V工NTLの波形図である
この実施例は、第2図に示された第2の実施例において
、基準電圧VREFLを時間と共に変化するようにした
ものである。
ビット線増幅開始時t0においては、センス増幅器駆動
線SANは初期電位v0にあり、センス増幅器活性化信
号側が低電位になることでセンス増幅器駆動線SAHの
電位はVREPLの最初の電位v1に向って降下し始め
る。
次に時刻t1において基準電圧VREPLが電圧■1よ
り低い電圧■2に変化することで、センス増幅器駆動線
SANの電位は電圧V2に向って更に降下し始める。
これは従来からダイナミックメモリにおいて用いられて
きた2段階センスに対応する動作である。
2段階センスとは、第4図のトランジスタQ2をチャネ
ル幅の異なる2つのトランジスタにより構成しこの2つ
のトランジスタを順次オンさせてセンス増幅器駆動線S
ANを降下させる方法である。
これはセンス増幅器の感度がセンス増幅器の共通ソース
、すなわちセンス増幅器駆動線SANの電位の降下速度
がゆるやかな程向上する為に、まずチャネル幅の小さい
トランジスタで降下させ、ある程度ヒツト線に差電位が
ついた頃にチャネル幅の大きいトランジスタで所望の電
位迄すばやく降下させる方法である。
この第3の実施例では、基準電圧VREFLの設定のし
かたにより任意にセンス増幅器駆動線SANの電位を設
定することができるという利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、第1のセンス増幅器駆動
線と一次電源との間に1つのトランジスタを設け、この
トランジスタのオン・オフをゲート回路を介してセンス
増幅器活性化信号及び差動増幅回路の出力信号で制御す
る構成とすることにより、センス増幅器駆動線及びビッ
ト線の高電位側の電位が基準電圧(VREF)に達する
までの時間を短縮することができる効果がある。
第1図及び第2図はそれぞれ本発明の第1及び第2の実
施例を示す回路図、第3図は本発明の第3の実施例を説
明するための第2の基準電圧及び内部電源電圧の波形図
、第4図は従来の半導体記憶回路の一例を示す回路図で
ある。
1、IA・・・・・電源電圧変換駆動回路、4・・・・
・・フリチャージ回路、5・・・・・・電源電圧変換回
路、11゜lIA・・・・・・差動増幅器、12・・・
・・・反転回路、13・・・NAND回路、14・・・
・・・NOR回路、21〜2 n−センス増幅器、BL
I−BLn、BLI〜BLn・・・・・ビットL SA
N、SAP・・・・・・センス増幅器駆動線、Q1〜Q
3・・・・・・トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ビット線対の信号を増幅するためのセンス増幅器と
    、このセンス増幅器の第1及び第2の電源供給端とそれ
    ぞれ対応して接続する第1及び第2のセンス増幅器駆動
    線と、第1の入力端を前記第1のセンス増幅器駆動線と
    接続し第2の入力端に一次電源の第1の電源出力端の電
    圧より低いレベルの基準電圧を入力してこれら第1及び
    第2の入力端の電圧を差動増幅する差動増幅回路、ソー
    スを前記一次電源の第1の電源出力端と接続しドレイン
    を前記第1のセンス増幅器駆動線と接続するトランジス
    タ、及びセンス増幅器活性化信号が能動レベルになると
    前記トランジスタをオンにし前記第1のセンス増幅器駆
    動線の電圧が前記基準電圧を越えると前記差動増幅回路
    の出力電圧により前記トランジスタをオフにしこのトラ
    ンジスタのドレインの電圧を前記基準電圧とほぼ等しく
    するゲート回路を備えた電源電圧変換駆動回路とを有す
    ることを特徴とする半導体記憶装置。 2、第1の入力端を第2のセンス増幅器駆動線と接続し
    第2の入力端に第2の基準電圧を入力してこれら第1及
    び第2の入力端の電圧を差動増幅する第2の差動増幅回
    路と、ソースを一次電源の第2の電源出力端と接続しド
    レインを前記第2のセンス増幅器駆動線と接続する第2
    のトランジスタと、センス増幅器活性化信号が能動レベ
    ルになると前記第2の差動増幅回路の出力電圧により前
    記第2のトランジスタをオン・オフしてこの第2のトラ
    ンジスタのドレインの電圧を前記第2の基準電圧とほぼ
    等しくし、前記センス増幅器活性化信号が非能動レベル
    のとき前記第2のトランジスタをオフにする第2のゲー
    ト回路とを備えた第2の電源電圧変換駆動回路を設けた
    請求項1記載の半導体記憶装置。 3、第2の基準電圧を所定のタイミングで変化するよう
    にした請求項2記載の半導体記憶装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06236686A (ja) * 1993-01-22 1994-08-23 Nec Corp 半導体装置
KR100234386B1 (ko) * 1996-08-30 1999-12-15 윤종용 반도체 메모리 장치의 내부 전압 변환기 제어회로

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JPH06236686A (ja) * 1993-01-22 1994-08-23 Nec Corp 半導体装置
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