JPH0447584A - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JPH0447584A
JPH0447584A JP2156676A JP15667690A JPH0447584A JP H0447584 A JPH0447584 A JP H0447584A JP 2156676 A JP2156676 A JP 2156676A JP 15667690 A JP15667690 A JP 15667690A JP H0447584 A JPH0447584 A JP H0447584A
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藤井 威男
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、ダイナミック型の半導体メモリに関し、特に
、メインビット線対およびサブビット線対を含む半導体
メモリに関する。
[従来の技術] 第3図は、本発明の詳細な説明するためのダイナミック
型半導体メモリのブロック図である。同図において、3
L、3RはXアドレス信号を受けてワード線WIL〜W
nL、WIR〜WnRを選択する行デコーダ、MCは、
ワード線とビット線り、ITとの交点に配置されたメモ
リセル、SAはビット線対り、T5”間の電位差を増幅
するセンスアンプ、4は、Yアドレス信号を受け、ビッ
ト線対を選択して列選択信号YSWを発信する列デコー
ダ、SWは、列選択信号YSWがハイレベルとなったと
きに導通してビット線対り、ITとI10バスl10L
、l10Rとを接続する列選択スイッチである。
データ読み出し時においては、いま、メモリセルMC1
内のデータを読み出すものとすると、行デコーダ3Rは
外部よりXアドレス情報を与えられて選択すべきメモリ
セルMCIの接続されたワード線WIRを活性化する。
このとき予めほぼ電源電位の1/2の電位に充電されて
いたビット線り上にわずかな電位変化ΔVが生じるが、
この電位変化ΔVは、メモリセルの容量をC5、ビット
線の総浮遊容量をCD、ビット線り、TTの初期電位を
vo、セル内の記憶節点の書き込み電位をVsoとする
と、ΔVは、 ΔV= (Vso  Vo ) / (1+Co /C
s )で与えられる。
一般に、Δ■は100mV程度である。このビット線上
の微小な電位差は活性化されたセンスアンプSAにより
増幅され、ビット線り、Tfの一方の電位は電源電位に
向かって上昇し、他方は接地電位に向かって下降する。
その後、外部から与えられたYアドレス信号にしたがっ
て所定の列選択スイッチSWを駆動することにより、ビ
ット線対り、Tf上の信号をI10バスl10R上に伝
達する。I10バスl10R上に伝達された読み出し信
号は、メモリセルアレイ外に配置されたバッファ回路(
図示せず)によってチップ外へ出力される。
ところで、メモリチップの記憶容量の大容量化が進むに
つれて第3図中の各ビット線1本に接続されるメモリセ
ルの数が増加し、前述のビット線の総浮遊容量CDは増
加する傾向にあり、したがって、メモリセルの読み出し
信号ΔVは減少する傾向にある。その結果、センスアン
プSAの増幅スピードがおそくなったり、入力オフセッ
ト電圧以下になると誤動作を招いたりすることになる。
このため、ビット線の総浮遊容量CDを小さく抑える必
要があるが、そのための第1の方法は、第3図において
1本のビット線に接続されるメモリセルの数を増加させ
ることなく、第3図に示した基本メモリセルアレイを同
一チップ上に複数個搭載することにより記憶容量を増加
させる方法であり、第2の方法は、メモリセルの情報を
サブビット線対上に読み出しこの情報をメインビット線
対上に伝達する方法である。
第4図は、第2の方法を採用した半導体メモリのブロッ
ク図であり、第5図(a)は、その中の1つのメインビ
ット線部分を示す回路図である。
但し、第5図(a)では、サブビット線については複数
個の中の1個のみが記載され、他は省略されている。第
4図において、2は、サブビット線対SB、r丁毎に設
けられたサブセンスアンプ、1は、いくつかのサブビッ
ト線対毎に設けられ、メインビット線対MB、W■に繋
がれたメインセンスアンプ、3a〜3dは行デコーダ、
4は列デコーダ、MCはメモリセルである。サブビット
線対38.丁■は、サブビット線選択信号SSiによっ
て制御されるMOSトランジスタQ↑を介してメインビ
ット線MB、IFTと接続され、メインビット線対は列
選択信号YSWによって制御されるMOSトランジスタ
QYを介してI10バスl10L、l10Hに接続され
ている。
第5図(a>に示すように、メインセンスアンプ1はC
MO8構成の差動回路からなり、メインセンスアンプ活
性化信号MSEP、MSENによって活性化される回路
であり、同様に、サブセンスアンプ2はCMO3構成の
差動回路であり、サブセンスアンプ活性化信号5SEP
i、SSENiによって活性化される回路である。メイ
ンビット線対MB、 rllrは、1 / 2 V c
c供給線HVCに接続され、プリチャージバランス信号
PDLによって制御されるビット線ブリチャ7ジバラン
ス回路5によってプリチャージされる。なお、本明細書
においては、信号をあられす記号は、適宜その信号を伝
達する信号線をあられすものとする。
次に、第5図(a)に示す回路の動作タイミング図であ
る第5図(b)を費照してこの回路の動作について説明
する。
リセット状態である時刻t1においては、プリチャージ
バランス信号PDL、サブビット線選択信号SSiはハ
イレベル、ワード線選択信号WLはローレベルにあり、
メインビット線、サブビット線はプリチャージレベルの
1 / 2 V ccレベル、メインセンスアンプ活性
化信号、サブセンスアンプ活性化信号も1 / 2 V
 ccレベルにある。
時刻t2に至り、プリチャージバランス信号PDL、サ
ブビット線選択信号SSiがローレベルとなると、サブ
ビット線SB1、S]丁]−はフローティング状態とな
る。この状態で時刻t、にワード線WLがハイレベルと
なると、メモリセルMCの記憶している情報に応じてサ
ブビット線SBiの電位は僅かに変動する。
時刻t4に至りサブセンスアンプ活性化信号5SEPi
が上昇、SSENiが下降を始めると、サブセンスアン
プ2が活性化されサブビット線対間の電位差の増幅が始
まる。サブビット線対での電位差が十分拡がったのち、
時刻t5において、サブビット線選択信号SSiをハイ
レベルとしてサブビット線対SBi、′!r丁丁とメイ
ンビット線対MB、fTを接続するとともにメインセン
スアンプ活性化信号MSEP、MSENを立ち上がらせ
(立ち下がらせ)、メインセンスアンプ1を活性化する
[発明が解決しようとする課題] 以上述べた2つのビット線総浮遊容量CD削減対策には
、以下に述べるような問題があった。まず、第3図に示
したようなメモリセルアレイを同一チップ内に増設する
方法では、行および列デコーダやセンスアンプ、I10
バスの数が増加し、チップ面積の増大を招く0行および
列デコーダによる面積の増大は、配線層を増やすことに
より軽減できるが、センスアンプについては、それぞれ
が完全なセンス機能、リフレッシュ機能を有するように
する必要があるので、構成するMOSトランジスタの数
を削減するなどして小型化することはできない。
一方、第5図(a)に示すような従来のメインビット、
サブビット線対構成の例では、Koji 5akuiら
によるUSP4777625にも示されるように、サブ
センスアンプの構成を開時化することができ、小型化に
向くという利点を有してはいるが、第5図(b)に示さ
れるように、この方式のものは、サブビット線対SBi
、”n丁]−上の信号を十分増幅した後に、はじめてサ
ブビット線対のメインビット線対MB、 r’B’−へ
の接続が可能となるものであるので、動作速度の遅れが
著しいという問題を有している。
[課題を解決するための手段] 本発明の半導体メモリは、複数の1トランジスタ型メモ
リセルが接続されたビット線対がn個のサブビット線対
S B 1 、ダミT;−; S B i 、 ”X丁
丁:・・・; SBn、S]丁箔−に分割され、サブビ
ット線対と平行にメインビット線対MB、Hτ−が配置
され、メインビットttMBとサブビット線SB1、・
・・、SBi、・・・、SBnが、またメインビット線
■とサブビット線3■ゴー、・・・、3]丁ゴー、・・
・、ダミTが、それぞれビット線対選択信号5Si(i
=1〜n)で制御されたMISトランジスタQ+s、Q
10で接続され、かつ、各サブビット線対ごとに設けら
れたサブセンスアンプ活性化信号線SSENi (i=
1〜n)とメインビット線MBとの間に、ゲートがサブ
ビット線3■]−に接続されたMisトランジスタQS
1が設けられ、前記信号SSENiとメインビット線[
との間に、ゲートがサブビット線SBiに接続されたM
ISトランジスタQs2が設けられたものである。
[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(a>は、本発明の第1の実施例を示す回路図で
あって、これは第4図に示した半導体メモリの中の1つ
のメインビット線対の部分に相当する回路を示したもの
である。第1図(b)は、第1図(a>の回路動作を説
明するための動作波形図である。なお、第1図(a)に
おいては、サブビット線対SBi、ミ丁Tおよびそれに
付属する回路が一単位しか示されていないが実際には複
数単位配置されているものである。
メインビット線対MB、IF111rの一端には、プリ
チャージバランス信号PDLによって駆動されるnチャ
ネルMO8トランジスタQP、QBにより構成されるプ
リチャージバランス回路5が配置され、この回路により
リセット期間中にメインビット線対およびすべてのサブ
ビット線対が所定のプリチャージレベルに保持される。
ここで、各サブビット線対は、サブビット線対選択信号
5Si(i=1〜n)によって駆動されるnチャネルM
OSトランジスタQ+t、Q1□を介してプリチャージ
される。
一方、メインビット線対の他端には、メインセンスアン
プ1が設けられている。メインセンスアンプの構成とし
ては、第5図(a)に示したものと同一のものでさしつ
かえないが、他のセンスアンプ機能を有する回路も使用
可能である。メインセンスアンプ1を駆動するメインセ
ンスアンプ活性化信号MSEP、MSENは、リセット
時にはそれぞれ所定のプリチャージレベル、すなわち電
源電位のおおむね1/2の電位に保持され、活性化時に
は、それぞれ上昇、下降するものである。
また、メインビット線対MB、 IFllrは、列選択
信号YSWによって駆動されるnチャネルMO3トラン
ジスタQYによってI10バスI10、丁7σに接続さ
れる。
各サブビット線対SBi、3]T]−にはサブセンスア
ンプ活性化信号5SENfによって活性化されるサブセ
ンスアンプ2が接続されている。活性化信号SSENi
は、リセット時には所定のプリチャージレベルすなわち
電源電位のおおむね1/2の電位に保持され、活性化時
にはそれぞれ下降する信号である。
活性化信号線SSENiとメインビット線MBとの間に
は、サブセンスアンプ選択信号TGiで駆動されるnチ
ャネル型MO3トランジスタQTIと、サブビット線3
■]−にゲートが接続されたnチャネルMO8トランジ
スタQs+との直列回路が接続され、また、活性化信号
線SSENiとメインビット線W■との間には、サブセ
ンスアンプ選択信号TGiで駆動されるnチャネルMO
SトランジスタQ↑2と、サブビット線SBiにゲート
が接続されたnチャネルMOSトランジスタQ52との
直列回路が接続されている。そして、これら4つのトラ
ンジスタ、QT1、QT2、Qst、Q10によって、
サブセンスアンプ2が構成されている。
次に、第1図(b)を参照して本実施例回路の動作につ
いて説明する。時刻t1の初期状態においては、MOS
トランジスタQyはカットオフ状態でl−10バスI1
0、丁7でとメインビット線対MB、牙πとは分離され
ている。そして、このときプリチャージバランス信号P
DL、各サブビット線に対するサブビット線選択信号S
Si、およびサブセンスアンプ選択信号TGiはハイレ
ベルにあるので、MOSトランジスタQP、QB、QT
1、0丁2、Q++、Q10は全てオン状態にあり、メ
インビット線対MB、rEr、各サブビット線対S B
 i 、 タUは所定のプリチャージレベルにある。ま
た、このとき活性化信号SSENiおよびMSEP、M
SENもすべて所定のプリチャージレベルにあり、MO
SトランジスタQs+、Qszはカットオフ状態、メイ
ンセンスアンプもリセット状態にある。このときワード
線WLは非選択状態(ローレベル状態)にあり、各メモ
リセルは保持状態にある。
この状態から、時刻t2に至ると、プリチャージバラン
ス信号PDLが下降してローレベルとなり、各サブビッ
ト線選択信号SSiもすべて下降し、各サブビット線対
はフローティング状態となる0次に、選択すべきメモリ
セルに対するサブセンスアンプ選択信号TGiを除く他
のサブセンスアンプ選択信号が下降する(図中破線表示
)。
続いて、時刻t3において、選択すべきメモリセルの接
続されたワード線WLが上昇しハイレベルとなる。この
とき、サブビット線SBiの電位は選択されたメモリセ
ルの記憶情報に従って僅かに変動する。一方、このとき
サブビットl!S]丁]−は、ここでは、初期値のまま
であるが、必要に応じてダミーセルなどの方法により補
正を加えてもよい。
次に、時刻t4において、サブセンスアンプ活性化信号
5SEN iが下降を開始する。これに従い、MOSト
ランジスタQs0、Qszがオン状態となり、メインビ
ット線対MB、IF丁の電位が下降しはじめるが、サブ
ビット線対上に読み出された信号に従ってメインビット
線対上にも差電位が現れる。これとほぼ同時にメインセ
ンスアンプ活性化信号も活性化されるのであるが、この
とき、メインセンスアンプのpチャネル側すなわち、活
性化信号MSEPのみを先に上昇させるようにしてもよ
い、このようにすることによりメインビット線対MB−
rE!”の一方の電位が必要以上に下降するのを防止す
ることができる。活性化信号MSEP、MSENにより
メインセンスアンプ1が活性化されるとメインビット線
対上の差電位の拡大が助長される。
メインビット線対上の差電位が所定の値、たとえば20
0mV〜500mVに達したころを見はからってサブセ
ンスアンプ選択信号TGiを下降させ、MOSトランジ
スタQtt、QT2をカットオフ状態にする(時刻t、
)、これは、活性化信号MSEPを上昇させた際に、活
性化信号MSEP−SSENi間を流れる貫通電流を遮
断するために必要な動作である(MOSトランジスタQ
st、QB2はプリチャージレベル付近のサブビット線
電位でオン状態となるように設定されている)。
選択信号TGiが下降したときにはメインセンスアンプ
の活性化信号MSENも下降を始めているので、メイン
ビット線対の一方は電源電位に向かって上昇し、他方は
接地電位に向かって下降し続けることになる。
その後、時刻t6において、選択されたメモリセルの属
するサブビット線選択信号SSiを上昇させ、サブビッ
ト線対の充放電をメインビット線対を経由して行わせる
ことにより、メモリセルへの再書き込みを実行する。
上記実施例の時刻1.の動作において、メインビット線
対の総浮遊容量がサブビット線対の総浮遊容量と比較し
て十分大きい場合は、サブセンスアンプ選択信号TGi
を下降させるかわりに、この時刻t5に、サブビット線
選択信号SSiを上昇させてサブビット線対SBi、’
n丁]−の一方の電位を下降させてしまうことによって
貫通電流を阻止するようにしてもよい。
第2図(a)は、本発明の第2の実施例を示す回路図で
ある。同図において、第1図(a)の部分、信号と同等
のものについては同一の記号が付されている。第2図(
b)は、その動作波形図である。第1の実施例と異なる
点は、サブセンスアンプ選択信号TGiで制御されるM
OSトランジスタQT+、QT2に替えてメインビット
線対MB、■のそれぞれにゲートが接続されたMOSト
ランジスタQs3、QS4が接続されている点である。
動作について説明すると、初期状態においては各信号と
も第1の実施例と全く同様である(時刻t1)、プリチ
ャージバランス信号PDLおよびサブビット線選択信号
SSiが下降しく時刻t2)、その後、時刻t3におい
て、選択されたワード線WLが上昇し、メモリセルの情
報がサブビット線SBiに読み出される0次に、時刻t
4において、サブセンスアンプ活性化信号SSENiが
下降を始め、MOSトランジスタQ sl 、 Q 8
2およびQss、Qs4がオン状態となり、メインビッ
ト線対MB、r丁の電位も下降を始めるが、サブビット
線対上の情報に従って差電位が大きくなっていく、この
とき、より低電位になったメインビット線、たとえばM
Bがゲートに与えられたMOSトランジスタQS4はカ
ットオフしてメインビット線■の無駄な下降を防ぐと共
に貫通電流を阻止する0時刻t4とほぼ同時にメインセ
ンスアンプ活性化信号MSEPを上昇させることにより
、メインビット線対MB、r丁上の信号の増幅を高速化
させ、引き続き、活性化信号MSENを下降させる。メ
インビット線上の差電位が所定の値に達した時刻t5を
見はからってサブビット線選択信号SSiを上昇させる
ことにより、第1の実施例と同様、メモリセルの再書き
込みを実行する。
なお、本実施例の場合には、プリチャージバランス回路
5には、バランス信号PBLで駆動されるMOSトラン
ジスタQBが追加されているが、このトランジスタは、
時刻t4においてメインビット線対上に何らかの理由で
差電位が発生し、不安定な動作を招く場合に、差電位を
解消させ動作を安定化させるのに用いられる。バランス
信号PBLは、センスアンプ活性化後に低下する。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明はサブセンスアンプを一種
類のMOSトランジスタのみで構成し、そして、サブセ
ンスアンプ活性化信号線−メインビット線間に接続され
たサブセンスアンプのMOSトランジスタによりサブビ
ット線対の電位差をメインビット線上に伝達するもので
あるので、以下の効果を奏することができる。
■ サブビット線対上のデータをサブセンスアンプによ
り増幅する時間が必要でなくなるので、動作を高速化す
ることができる。
■ サブセンスアンプを小型化できるので、半導体メモ
リの高集積化が可能となる0誌なチップ面積を従来例よ
り増加させることなくサブビット線による分割数を増や
すことができるので、より小さいセル容量でも安定な動
作が可能となり、製造ばらつきに対する余裕度も向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の第1の実施例を示す回路図、第
1図(b)はその動作波形図、第2図(a)は本発明の
第2の実施例を示す回路図、第2図(b)はその動作波
形図、第3図は技術背景を説明するためのダイナミック
型半導体メモリの基本的なレイアウト図、第4図は、メ
インビット、サブビット構成のダイナミック型半導体メ
モリの従来のレイアウト図、第5図は、第4図の部分回
路図である。 1・・・メインセンスアンプ、  2・・・サブセンス
アンプ、  3a〜3d、3L、3R−・・行デコーダ
、  4・・・列デコーダ、  5・・・プリチャージ
バランス回路、  D、Tf・・・ビット線、  HV
C−1/ 2 V cc供給線、  M B −■・・
・メインビット線、  SB、ダ■、SBi、”1■]
−・・・サブビット線、  MC・・・メモリセル、 
 WL、WOL〜W3L、WOR〜W3R・・・ワード
線、Ilo、丁7で、l10L、l10R・・・I10
バス、  YSW・・・列選択信号(線〉、 SSO〜
SS3、SSi・・・サブビット線選択信号(線)、P
DL・・・プリチャージバランス信号(線)、PBL・
・・バランス信号(線)、  MSEP、MSEN・・
・メインセンスアンプ活性化信号(線)、5SEPi、
SSENi・・・サブセンスアンプ活性化信号(線)、
  TGi・・・サブセンスアンプ選択信号(線)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)メインセンスアンプに接続されたメインビット線
    対MB、■と、 それぞれ複数の1トランジスタ型メモリセルが接続され
    た複数のサブビット線対SB1、■;・・・;SBi、
    ■;・・・;SBn、■と、真側の各サブビット線SB
    1、・・・、SBi、・・・、SBnと真側のメインビ
    ット線MBとの間にそれぞれ接続された、ゲートがそれ
    ぞれサブビット線選択信号線SSi(i=1、2、・・
    ・、n)に接続された第1のMISトランジスタと、 偽側の各サブビット線■、・・・、■、・・・、■と偽
    側のメインビット線■との間にそ れぞれ接続された、ゲートがそれぞれ前記サブビット線
    選択信号線SSiに接続された第2のMISトランジス
    タと、 各サブビット線対毎に設けられたサブセンスアンプ活性
    化信号線SSENi(i=1、2、・・・、n)と真側
    のメインビット線MBとの間にそれぞれ設けられ、ゲー
    トがそれぞれ偽側のサブビット線■に接続された第3の
    MISトランジスタと、 前記サブセンスアンプ活性化信号線と偽側のメインビッ
    ト線■との間に設けられ、ゲートがそれぞれ真側のサブ
    ビット線SBiに接続された第4のMISトランジスタ
    と、 を具備する半導体メモリ。
  2. (2)前記サブセンスアンプ活性化信号線SSENiと
    前記真側のメインビット線MBとの間には、ゲートがそ
    れぞれサブセンスアンプ選択信号線TGi(i=1、2
    、・・・、n)に接続された第5のMISトランジスタ
    が前記第3のMISトランジスタと直列に接続され、前
    記サブセンスアンプ活性化信号線SSENiと前記偽側
    のメインビット線■との間には、ゲートがそれぞれ前記
    サブセンスアンプ選択信号線TGiに接続された第6の
    MISトランジスタが前記第4のMISトランジスタと
    直列に接続されている請求項1記載の半導体メモリ。
  3. (3)前記サブセンスアンプ活性化信号線SSENiと
    前記真側のメインビット線MBとの間には、ゲートがそ
    れぞれ前記偽側のメインビット線■に接続された第7の
    MISトランジスタが前記第3のMISトランジスタと
    直列に接続され、前記サブセンスアンプ活性化信号線S
    SENiと前記偽側のメインビット線■との間には、ゲ
    ートがそれぞれ前記真側のメインビット線MBに接続さ
    れた第8のMISトランジスタが前記第4のMISトラ
    ンジスタと直列に接続されている請求項1記載の半導体
    メモリ。
JP2156676A 1990-06-15 1990-06-15 半導体メモリ Expired - Lifetime JP2611504B2 (ja)

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