JPH0359520B2 - - Google Patents

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JPH0359520B2
JPH0359520B2 JP57233564A JP23356482A JPH0359520B2 JP H0359520 B2 JPH0359520 B2 JP H0359520B2 JP 57233564 A JP57233564 A JP 57233564A JP 23356482 A JP23356482 A JP 23356482A JP H0359520 B2 JPH0359520 B2 JP H0359520B2
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transistors
differential amplifier
transistor
pair
differential
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Junichi Myamoto
Shinji Saito
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store
    • G11C7/06Sense amplifiers; Associated circuits, e.g. timing or triggering circuits
    • G11C7/062Differential amplifiers of non-latching type, e.g. comparators, long-tailed pairs
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/09448Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、MOSトランジスタ構成のメモリ
セルを備えた半導体記憶装置に係るもので、特に
そのセンスアンプに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor memory device including a memory cell having a MOS transistor configuration, and particularly to a sense amplifier thereof.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来、CMOS構成の半導体記憶装置における
センスアンプは、第1図に示すように構成されて
いる。図において、11i1,11i2,…はMOSト
ランジスタ構成のメモリセル、12はMOS形の
第1差動増幅器、13はMOS形の第2差動増幅
器、14は出力用のバツフア回路(CMOSイン
バータ回路)である。まず、Nチヤネル形の
MOSトランジスタQ1に供給されるチツプイネー
ブル信号がハイレベルになると、このトラン
ジスタQ1がオン状態となりセンス動作可能状態
となる。次に、図示しないカラムデコーダの出力
信号CDiがハイレベルとなり、負荷素子として働
くMOSトランジスタQ2,Q3と差動入力素子とし
て働くMOSトランジスタQ4,Q5との間に配設さ
れたトランジスタQ6,Q7がオン状態となると、
ビツト線i,BLiに接続されたメモリセル11i
,11i2,…の列が選択され、この列の中でワー
ド線WL1,WL2,…の中のワード線WLjによつ
て選択されたメモリセル11ijからビツト線i
BLiに記憶情報が読み出される。従つて、メモリ
セル11ijの記憶情報に応じてビツト線i,BLi
のうち一方がハイレベル、他方がローレベルとな
る。このビツト線i,BLiの電位変化に対応し
て、このビツト線i,BLiにそれぞれゲートが
接続されたトランジスタQ4,Q5のうち一方がオ
ン状態、他方がオフ状態となる。上記トランジス
タQ4,Q5のオンあるいはオフ状態によつて、ト
ランンジスタQ2,Q6の接続点aおよびトランジ
スタQ3,Q7の接続点bの電位が変化し、この接
続点a,bの電位は、第2差動増幅器13の差動
入力素子として働くMOSトランジスタQ8,Q9
ゲートに供給される。このトランジスタQ8,Q9
にはカレントミラー回路を構成するトランジスタ
Q10,Q11から定電流が供給されており、トラン
ジスタQ11,Q9の接続点cの電位をトランジスタ
Q12,Q13から成りバツフア回路として働く
CMOSインバータ回路14に供給し、この回路
14から選択されたメモリセル11ijの記憶情報
に対応した出力信号OUTを得る。
Conventionally, a sense amplifier in a semiconductor memory device having a CMOS configuration has been configured as shown in FIG. In the figure, 11 i1 , 11 i2 , ... are memory cells of MOS transistor configuration, 12 is a MOS type first differential amplifier, 13 is a MOS type second differential amplifier, and 14 is an output buffer circuit (CMOS inverter). circuit). First, N-channel type
When the chip enable signal supplied to the MOS transistor Q1 goes high, the transistor Q1 turns on and becomes ready for sensing operation. Next, the output signal CD i of the column decoder (not shown) becomes high level, and the MOS transistors Q 2 and Q 3 that serve as load elements and the MOS transistors Q 4 and Q 5 that serve as differential input elements are disposed between them. When transistors Q 6 and Q 7 are turned on,
Memory cell 11 i connected to bit line i , BL i
The columns 1 , 11 i2 , . . . are selected, and the bit lines i , .
The stored information is read to BL i . Therefore, depending on the information stored in the memory cell 11 ij , the bit lines i and BL i
One of them is at high level and the other is at low level. Corresponding to the potential change of the bit lines i and BL i , one of the transistors Q 4 and Q 5 whose gates are connected to the bit lines i and BL i , respectively, is turned on and the other is turned off. Depending on the on or off state of the transistors Q 4 and Q 5 , the potential at the connection point a between the transistors Q 2 and Q 6 and the connection point b between the transistors Q 3 and Q 7 changes, and the potential at the connection point a and b changes. The potential is supplied to the gates of MOS transistors Q 8 and Q 9 that serve as differential input elements of the second differential amplifier 13. This transistor Q 8 , Q 9
is a transistor that constitutes a current mirror circuit.
A constant current is supplied from Q 10 and Q 11 , and the potential at the connection point c of transistors Q 11 and Q 9 is
Consists of Q 12 and Q 13 and works as a buffer circuit
The signal is supplied to a CMOS inverter circuit 14, and an output signal OUT corresponding to the stored information of the selected memory cell 11ij is obtained from this circuit 14.

ところで、メモリセルの記憶情報読み出し時に
おいて、差動入力トランジスタQ4,Q5を流れる
電流の比(この電流比は負荷MOSトランジスタ
Q2,Q3によつて電圧に変換する)は、ビツト線
BLi,BLiの電圧をそれぞれV1,V2,V1とV2
の電位差をΔV、トランジスタQ4,Q5のソース電
位をV0,しきい値電圧をVthとすると、下式(1)で
示すように表わされる。
By the way, when reading information stored in a memory cell, the ratio of the currents flowing through the differential input transistors Q 4 and Q 5 (this current ratio is
(converted to voltage by Q 2 and Q 3 ) is the bit line
If the voltages of BL i and BL i are respectively V 1 and V 2 , the potential difference between V 1 and V 2 is ΔV, the source potential of transistors Q 4 and Q 5 is V 0 , and the threshold voltage is V th , then It is expressed as shown in equation (1).

id2/id1=β/2(V2−V0−Vth2/β/2(V1−V0
−Vth2 =(V1+ΔV−V0−Vth2/(V1−V0−Vth2 1+2ΔV/(V1−V0−Vth2 ……(1) 従つて、この第1差動増幅器12の感度が最高
となるのは、「V1−V0−Vth=0」となる点であ
るが、このように設計すると相互コンダクタンス
gmが低下するため、次段の第2差動増幅器13
を駆動するのに大きな時間がかかつてしまう。従
つて、相互コンダクタンスgmを大きくし、かつ
センス感度を高めるためにはビツト線i,BLi
の電位差ΔVを大きく設定する必要がある。
id 2 /id 1 = β/2(V 2 −V 0 −V th ) 2 /β/2(V 1 −V 0
−V th ) 2 = (V 1 +ΔV−V 0 −V th ) 2 / (V 1 −V 0 −V th ) 2 1+2ΔV/(V 1 −V 0 −V th ) 2 ……(1) Therefore , the sensitivity of this first differential amplifier 12 is highest at the point where "V 1 - V 0 - V th = 0", but if designed in this way, the mutual conductance
gm decreases, the second differential amplifier 13 in the next stage
It takes a lot of time to drive. Therefore, in order to increase the mutual conductance gm and increase the sense sensitivity, the bit lines i , BL i
It is necessary to set the potential difference ΔV large.

一方、ビツト線に供給する電流をIbとすると、
ハイレベルからローレベルあるいはローレベルか
らハイレベルへの遷移に必要な時間tdは、ほぼ
「td=CB・ΔV/Ib」となる。ここでCBはビツト線
容量である。すなわち、ΔVを大きく設定すると
ビツト線電位の遷移時間tdが大きな値になつてし
まう。
On the other hand, if the current supplied to the bit line is I b , then
The time td required for transition from a high level to a low level or from a low level to a high level is approximately "td=C B · ΔV/I b ". Here, C B is the bit line capacitance. That is, if ΔV is set to a large value, the transition time td of the bit line potential becomes a large value.

上述したように、MOS形の差動増幅器は、セ
ンス感度と相互コンダクタンスgmとが逆比例の
関係にあり、ビツト線およびセンス系回路の信号
遅延時間を同時に小さくすることが困難であつ
た。
As mentioned above, in a MOS type differential amplifier, sense sensitivity and mutual conductance gm are inversely proportional, and it has been difficult to reduce the signal delay time of the bit line and the sense circuit at the same time.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、高感度でかつ
高速動作が可能なセンスアンプを提供することで
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a sense amplifier that is highly sensitive and capable of high-speed operation.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

すなわち、この発明においては、一対のバイポ
ーラ形トランジスタを差動入力素子として備えた
第1差動増幅器にMOS形回路から差動入力信号
を供給して増幅し、この第1差動増幅器の出力信
号を一対のMOS形トランジスタを差動入力素子
として備えた第2差動増幅器に供給して増幅する
ように構成したものである。
That is, in the present invention, a differential input signal is supplied from a MOS circuit to a first differential amplifier equipped with a pair of bipolar transistors as differential input elements, and the output signal of the first differential amplifier is amplified. is supplied to a second differential amplifier equipped with a pair of MOS transistors as differential input elements for amplification.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第2図はその構成を示すもので、
図において、15はバイポーラ形トランジスタを
差動入力素子として備えた第1差動増幅器、16
はMOS形トランジスタを差動入力素子として備
えた第2差動増幅器、17はバツフア回路として
働くインバータ回路、Q14,Q15はカラムデコー
ダの出力信号CDiによつて導通制御されビツト線
BLi,BLiを選択するビツト線選択用のトランジ
スタである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 2 shows its configuration.
In the figure, 15 is a first differential amplifier equipped with a bipolar transistor as a differential input element;
17 is an inverter circuit that functions as a buffer circuit; Q 14 and Q 15 are connected to bit lines whose conduction is controlled by the output signal CD i of the column decoder;
This is a bit line selection transistor that selects BL i and BL i .

第3図は、上記第1差動増幅器15,第2差動
増幅器16の回路構成例を示すものである。すな
わち、第1差動増幅器15の差動入力素子として
働くバイポーラ形のNPNトランジスタQ16,Q17
には、MOS形構成のメモリセル(図示しない)
から前記ビツト線選択用のトランジスタQ14
Q15を介して記憶情報(差動入力信号)が供給さ
れる。この差動入力トランジスタQ16,Q17のエ
ミツタは共通接続され、電流源Iを介して第2電
流Vssに接続される。また、トランジスタQ16
Q17のコレクタはそれぞれ負荷素子(例えば抵
抗)R1,R2を介して第1電源端子Vccに接続され
ている。上記抵抗R1とトランジスタQ16との接続
点dの電位、および抵抗R2とトランジスタQ17
の接続点eの電位は、第2差動増幅器16の差動
入力素子として働く一対のMOSトランジスタ
Q18,Q19に供給される。このトランジスタQ18
Q19の一端には電源端子Vccからカレントミラー回
路構成のMOSトランジスタQ20,Q21を介して定
電流が供給されており、その他端はそれぞれ第2
電源端子Vssに接続されている。そして、上記ト
ランジスタQ21とQ19との接続点fの電位をMOS
トランジスタQ22,Q23から成るCMOSインバー
タ回路17を介して出力信号OUTとして得る。
FIG. 3 shows an example of the circuit configuration of the first differential amplifier 15 and the second differential amplifier 16. That is, bipolar NPN transistors Q 16 and Q 17 act as differential input elements of the first differential amplifier 15.
includes memory cells of MOS type configuration (not shown)
from the bit line selection transistor Q 14 ,
Storage information (differential input signal) is supplied via Q15 . The emitters of the differential input transistors Q 16 and Q 17 are commonly connected and connected to the second current V ss via the current source I. Also, the transistor Q 16 ,
The collectors of Q 17 are connected to the first power supply terminal V cc via load elements (eg, resistors) R 1 and R 2 , respectively. The potential at the connection point d between the resistor R 1 and the transistor Q 16 and the potential at the connection point e between the resistor R 2 and the transistor Q 17 are the same as the potential at the connection point d between the resistor R 1 and the transistor Q 16 and the potential at the connection point e between the resistor R 2 and the transistor Q 17.
Supplied to Q 18 and Q 19 . This transistor Q 18 ,
A constant current is supplied to one end of Q 19 from the power supply terminal V cc via MOS transistors Q 20 and Q 21 in a current mirror circuit configuration, and the other end is connected to a second
Connected to power supply terminal V ss . Then, the potential at the connection point f between the transistors Q 21 and Q 19 is set to MOS
It is obtained as an output signal OUT via a CMOS inverter circuit 17 consisting of transistors Q 22 and Q 23 .

上記のような構成において、ビツト線i
BLiの電位V1,V2の差をΔVつまり「ΔV=V1
V2」とすると、トランジスタQ26,Q17を流れる
電流i1,i2の電流比i1/i2はバイポーラ形トランジ
スタの動作に従つて下式(2)で表わされる。
In the above configuration, bit lines i ,
The difference between the potentials V 1 and V 2 of BL i is expressed as ΔV, that is, “ΔV=V 1
V 2 ', the current ratio i 1 /i 2 of the currents i 1 and i 2 flowing through the transistors Q 26 and Q 17 is expressed by the following equation (2) according to the operation of the bipolar transistor.

従つて、第1差動増幅器15から得られる出力
信号の差電圧ΔV1は、 であり、「gm=1/R」でΔVやΔV1には依存し
ない。ちなみに、上式(3)によれば、「ΔV=
25mV」であれば、「ΔV1=Ri(1−1/e)」で
あり、「ΔV=∞」の時の約2/3の電圧が一定の相
互コンダクタンスgmで出力されるので、感度は
良好である。一方、第2差動増幅器16は、Pチ
ヤネル形のMOSトランジスタQ20のゲート・ドレ
イン間が接続されており、トランジスタQ20
Q21とのゲート・ソース間電圧VGSが両方とも同
一であるため、前述したように同一電位付近では
「i3=i4」となるカレントミラー回路となつてい
る。今、MOSトランジスタQ18のゲート電位がハ
イレベル(この時、MOSトランジスタQ19のゲー
ト電位はローレベル)となり、このトランジスタ
Q18がオン状態となると、Q18のドレイン側はロ
ーレベルとなる。従つて、トランジスタQ20
Q21はよりコンダクテイブとなり、トランジスタ
Q19のゲート供給されるローレベルの信号も手伝
つて、トランジスタQ21とQ19との接続点fの電
位は急速にハイレベルとなる。一方、トランジス
タQ18のゲート電位がローレベル、トランジスタ
Q19のゲート電位がハイレベルの時は逆の動作と
なる。ところで、トランジスタQ18,Q19のゲー
ト電位(接続点d,eの電位)は第1電源VDD
電位と第2電源Vssの電位との中間電位であるた
め、出力がVDD,Vss間をフルスイングしないの
で、インバータ回路17によつて波形整形して
VDD,Vss間をフルスイングする出力信号OUTを
得ている。
Therefore, the differential voltage ΔV 1 of the output signal obtained from the first differential amplifier 15 is: , "gm=1/R" and does not depend on ΔV or ΔV 1 . By the way, according to the above formula (3), “ΔV=
25mV", "ΔV 1 = R i (1-1/e)", and approximately 2/3 of the voltage when "ΔV = ∞" is output with a constant mutual conductance gm, so the sensitivity is in good condition. On the other hand, in the second differential amplifier 16, the gate and drain of a P-channel type MOS transistor Q20 are connected, and the transistor Q20 and
Since the gate-source voltage V GS with Q 21 is the same for both, they form a current mirror circuit where "i 3 = i 4 " near the same potential as described above. Now, the gate potential of MOS transistor Q18 is high level (at this time, the gate potential of MOS transistor Q19 is low level), and this transistor
When Q 18 is turned on, the drain side of Q 18 becomes low level. Therefore, transistor Q 20 ,
Q 21 is more conductive and transistor
With the help of the low-level signal supplied to the gate of Q19 , the potential at the connection point f between transistors Q21 and Q19 quickly rises to high level. On the other hand, the gate potential of transistor Q18 is low level, and the transistor
When the gate potential of Q19 is high level, the operation is reversed. By the way, since the gate potential of the transistors Q 18 and Q 19 (the potential at the connection points d and e) is an intermediate potential between the potential of the first power supply V DD and the potential of the second power supply V ss , the output is V DD , V Since it does not fully swing between ss , the waveform is shaped by the inverter circuit 17.
An output signal OUT is obtained that fully swings between V DD and V ss .

上述したように、バイポーラ形トランジスタを
差動入力素子とした第1差動増幅器15は、相互
コンダクタンスを低下させずに小信号を増幅する
ことができ、これに対し、MOS形トランジスタ
を差動入力素子とする第2差動増幅器16は小信
号を増幅するためには時間がかかるが、第1差動
増幅器15で増幅したような比較的大きな信号で
あれば相互コンダクタンスgmを大きく設定でき、
しかもバイポーラ形トランジスタのようにキヤリ
アの蓄積効果はないので電源電圧いつぱいまで増
幅してもスピードが鈍ることはない。
As described above, the first differential amplifier 15 using bipolar transistors as differential input elements can amplify small signals without reducing mutual conductance. The second differential amplifier 16 used as an element takes time to amplify a small signal, but if the signal is relatively large like the one amplified by the first differential amplifier 15, the mutual conductance gm can be set large.
Moreover, unlike bipolar transistors, there is no carrier accumulation effect, so even if the power supply voltage is amplified to its maximum, the speed will not slow down.

上述した回路の動作特性を調べるため、バイポ
ーラトランジスタQ16,Q17のベース印加電圧の
差ΔVを0.8V、抵抗R1,R2の抵抗値をそれぞれ
10KΩ、第1差動増幅器15の出力電圧の差ΔV1
を2.4Vに設定し、第2差動増幅器16のPチヤ
ネル形MOSトランジスタQ20,Q21とNチヤネル
形MOSトランジスタQ18,Q19とのチヤネル幅W
の比を1:5に設定してシユミレーシヨンを行な
い、前記第1図の回路と比較を行なつた。その結
果、チヤネル長が3μmの同一メモリセルにおい
て、プリチヤージ方式を採用した場合、従来回路
においてはアクセスタイムが45nSであつたのに
対し、上記第3図の回路においては35nSと約
10nS改善できた。この差は、さらにビツト線振
幅ΔVを小さくして高速化すると大きくなること
が前述したシユミレーシヨンにより実証されてい
る。
In order to investigate the operating characteristics of the circuit described above, the difference ΔV between the voltages applied to the bases of bipolar transistors Q 16 and Q 17 is 0.8 V, and the resistance values of resistors R 1 and R 2 are respectively
10KΩ, difference in output voltage of the first differential amplifier 15 ΔV 1
is set to 2.4V, and the channel width W of the P-channel MOS transistors Q 20 , Q 21 and the N-channel MOS transistors Q 18 , Q 19 of the second differential amplifier 16 is set to 2.4V.
A simulation was performed by setting the ratio of 1:5, and a comparison was made with the circuit shown in FIG. As a result, when using the same memory cell with a channel length of 3 μm and using the precharge method, the access time was 45 nS in the conventional circuit, while it was approximately 35 nS in the circuit shown in Figure 3 above.
I was able to improve it by 10nS. The above-mentioned simulation has demonstrated that this difference increases as the bit line amplitude ΔV is further reduced to increase the speed.

なお、バイポーラ形の差動増幅器を動作させる
ためには、I1/βNPN(βNPNはエミツタ接地電流増幅
率)のベース電流の供給が必要であるが、メモリ
セルおよびプリチヤージ回路がMOS形構成され
ている上にβNPNが製造プロセスにおいてばらつ
き、ビツト線電位の設定に悪影響を与える可能性
がある。このため、必要とする特性に応じてバイ
ポーラ形の差動入力トランジスタをダーリントン
接続構造にしても良い。
Note that in order to operate a bipolar differential amplifier, it is necessary to supply a base current of I 1NPNNPN is the common emitter current amplification factor), but the memory cell and precharge circuit are configured in a MOS type. In addition, the β NPN may vary during the manufacturing process, which may adversely affect the setting of the bit line potential. Therefore, depending on the required characteristics, the bipolar differential input transistors may have a Darlington connection structure.

第4図はその回路構成を示すもので、前記第3
図におけるバイポーラ形のNPN差動入力トラン
ジスタQ16,Q17バイポーラ形のNPNトランジス
タQ24,Q25をダーリントン接続するとともに上
記トランジスタQ16のベース・エミツタ間、およ
びQ17のベース・エミツタ間にそれぞれ抵抗R3
R4を接続し、上記トランジスタQ24,Q25に差動
入力信号V1,V2を供給するように構成したもの
である。上記のような構成においてバイボーラト
ランジスタQ24あるいはQ25を駆動するためのベ
ース電流iBは、下式(4)で表わせる。
Figure 4 shows the circuit configuration of the third circuit.
Bipolar type NPN differential input transistors Q 16 and Q 17 in the figure and bipolar type NPN transistors Q 24 and Q 25 are connected in Darlington, and between the base and emitter of the transistor Q 16 and between the base and emitter of Q 17 , respectively. Resistance R 3 ,
R 4 is connected, and the differential input signals V 1 and V 2 are supplied to the transistors Q 24 and Q 25 . In the above configuration, the base current i B for driving the bipolar transistor Q 24 or Q 25 can be expressed by the following equation (4).

iB=(Vf/RH+I/βNPN 2)・1/βNPN ……(4) 上式(4)において、VfはPN接合ダイオードの順
方向電圧、RHは熱抵抗で、このRHは大きくし
ても動作速度に影響を与えないことは良く知られ
ている。これによつて電流iBを1μA以下にするこ
とができ、MOS形メモリとの適合性を向上でき
る。
i B = (V f /RH + I/β NPN 2 )・1/β NPN ...(4) In the above equation (4), V f is the forward voltage of the PN junction diode, RH is the thermal resistance, and this RH is It is well known that increasing the size does not affect the operating speed. As a result, the current i B can be reduced to 1 μA or less, and compatibility with MOS memory can be improved.

ところで、CMOSの製造プロセスにおいて、
バイポーラ形のトランジスタを同時に形成するこ
とは一般に行なわれており、特に、第5図に模式
的に示したようなP形半導体基板18上にN形の
ウエル領域19,19を形成するCMOSプロセ
スの場合は、ウエル領域19,19上にPチヤネ
ル形のMOSトランジスタQP形成するとともに、
NPN形のバイポーラトランスタQBを形成する。
この時拡散の深さxjの比較的深いソース,ドレイ
ン領域20,21のP形不純物拡散と同時にベー
ス領域22の拡散を行ない、xjの浅いNチヤネル
形MOSトランジスタQNのソース,ドレイン領
域23,24のP形不純物拡散と同時にエミツタ
領域25とコレクタ用のコンタクト領域26の拡
散を行なえば、新たな製造工程を付加する必要は
ない。
By the way, in the CMOS manufacturing process,
It is common practice to form bipolar transistors at the same time, especially in a CMOS process in which N-type well regions 19, 19 are formed on a P-type semiconductor substrate 18 as schematically shown in FIG. In this case, a P-channel type MOS transistor QP is formed on the well regions 19, 19, and
Forms an NPN type bipolar transistor QB.
At this time, the base region 22 is diffused at the same time as the P-type impurity is diffused into the relatively deep source and drain regions 20 and 21 with a diffusion depth xj, and the source and drain regions 23 and 24 of the N-channel MOS transistor QN with a shallow diffusion depth xj are diffused. If the emitter region 25 and collector contact region 26 are diffused simultaneously with the P-type impurity diffusion, there is no need to add a new manufacturing process.

なお、このような構成ではバイポーラ形トラン
ジスタの特性が充分でなければ、上述した製造プ
ロセスに内部ベース拡散工程を付加すればβNPN
よび遮断周波数T等の特性パラメータを向上でき
る。また、上記第5図に示したバイポーラ形トラ
ンジスタは、通常のものと異なり埋込み層がない
ため、内部コレクタ抵抗rcが大きくなる可能性が
ある。理論的には最小デイメンシヨンが2×5μm
のエミツタを使つた場合、内部コレクタ抵抗rcは
1KΩと計算される。しかしながら、内部コレク
タ抵抗rcの影響は設計的に対処することが可能で
ある。すなわち、前記第3図におけるコレクタ負
荷抵抗R1,R2の値を内部コレクタ抵抗rcより充
分大きな値に設定すれば良い。一方、内部コレク
タ抵抗rcを下げる手段としては、第6図に示すよ
うにコレクタ領域19のコンタクト用の高濃度形
不純物領域26をベース領域22を囲むように形
成したり、エミツタ面積を大きく設定することが
考えられる。ここで、内部コレクタ抵抗rcは増幅
係数eq/KTΔVには直接的には無関係であり、こ れによつてセンス感度が低下することはない。
Note that if the characteristics of the bipolar transistor with such a configuration are not sufficient, characteristic parameters such as β NPN and cutoff frequency T can be improved by adding an internal base diffusion step to the above-described manufacturing process. Furthermore, unlike the normal bipolar transistor shown in FIG. 5, there is no buried layer, so the internal collector resistance rc may become large. Theoretically, the minimum dimension is 2 x 5 μm.
When using an emitter, the internal collector resistance rc is
Calculated to be 1KΩ. However, the influence of internal collector resistance rc can be addressed by design. That is, the values of the collector load resistances R 1 and R 2 in FIG. 3 may be set to values that are sufficiently larger than the internal collector resistance rc. On the other hand, as a means to lower the internal collector resistance rc, as shown in FIG. 6, a highly concentrated impurity region 26 for contacting the collector region 19 is formed to surround the base region 22, or the emitter area is set large. It is possible that Here, the internal collector resistance rc is not directly related to the amplification coefficient eq/K T ΔV, and the sense sensitivity is not reduced thereby.

なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、要旨を変えない範囲で種々変形して実
施可能なことはもちろんである。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without changing the gist of the invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したようにこの発明によれば、高感度
でかつ高速動作が可能なセンスアンプが得られ
る。
As explained above, according to the present invention, a sense amplifier that is highly sensitive and capable of high-speed operation can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の半導体記憶装置におけるセンス
アンプの構成を説明するための図、第2図はこの
発明の一実施例に係るセンスアンプを概略的に示
す図、第3図は上記第2図の回路構成例を示す
図、第4図はこの発明の他の実施例を説明するた
めの図、第5図および第6図はそれぞれ上記第3
図の回路の製造プロセスを説明するための図であ
る。 15……第1差動増幅器、16……第2差動増
幅器、Q16,Q17……バイポーラ形の差動入力素
子、Q18,Q19……MOS形の差動入力素子。
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a sense amplifier in a conventional semiconductor memory device, FIG. 2 is a diagram schematically showing a sense amplifier according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of a sense amplifier in a conventional semiconductor memory device. FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, and FIG. 5 and FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the manufacturing process of the circuit shown in the figure. 15...First differential amplifier, 16...Second differential amplifier, Q16 , Q17 ...Bipolar type differential input elements, Q18 , Q19 ...MOS type differential input elements.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 MOS形回路から差動入力信号が供給される
一対のバイポーラ形トランジスタを差動入力素子
として備えた第1差動増幅器と、この第1差動増
幅器の出力信号が供給される一対のMOS形トラ
ンジスタを差動入力素子として備えた第2差動増
幅器とを具備したことを特徴とするセンスアン
プ。 2 上記第1差動増幅器は、一端が共通接続され
差動入力信号が供給される一対のバイポーラ形ト
ランジスタと、このトランジスタの他端と第1電
源端子間にそれぞれ接続される一対の負荷素子
と、上記一対のトランジスタの共通接続点と第2
電源間に配設される定電流源とを具備して成る特
許請求の範囲第1項記載のセンスアンプ。 3 上記一対のバイポーラ形トランジスタは、そ
れぞれダーリントン接続されたトランジスタから
成る特許請求の範囲第1項あるいは第2項記載の
センスアンプ。 4 上記第2差動増幅器は、第1差動増幅器の出
力信号が供給される一対のMOS形トランジスタ
と、このトランジスタそれぞれに定電流を供給す
るカレントミラー回路とを具備して成る特許請求
の範囲第1項記載のセンスアンプ。
[Scope of Claims] 1. A first differential amplifier including a pair of bipolar transistors as differential input elements to which a differential input signal is supplied from a MOS circuit, and an output signal of the first differential amplifier is supplied. and a second differential amplifier including a pair of MOS type transistors as differential input elements. 2 The first differential amplifier includes a pair of bipolar transistors having one end commonly connected to which a differential input signal is supplied, and a pair of load elements each connected between the other end of the transistor and a first power supply terminal. , the common connection point of the pair of transistors and the second
The sense amplifier according to claim 1, further comprising a constant current source disposed between the power supplies. 3. The sense amplifier according to claim 1 or 2, wherein each of the pair of bipolar transistors is a Darlington-connected transistor. 4 Claims in which the second differential amplifier comprises a pair of MOS transistors to which the output signal of the first differential amplifier is supplied, and a current mirror circuit that supplies a constant current to each of the transistors. The sense amplifier described in item 1.
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