JPH05174594A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH05174594A
JPH05174594A JP35607691A JP35607691A JPH05174594A JP H05174594 A JPH05174594 A JP H05174594A JP 35607691 A JP35607691 A JP 35607691A JP 35607691 A JP35607691 A JP 35607691A JP H05174594 A JPH05174594 A JP H05174594A
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JP
Japan
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voltage
digit line
node
effect transistor
transistor
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JP35607691A
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English (en)
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Shigeki Kono
隆樹 河野
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は読み出し動作の高速性を向上
させることである。 【構成】 デジット線の電位に応答して、反転増幅器1
01が開閉用トランジスタQ2を開閉し、節点SCの電圧
を変化させる。この節点SCは負荷用トランジスタQ3だ
けでなく、充電用トランジスタQ1から電流の供給を受
ける。充電用トランジスタQ1のゲートは電源CCに接
続されているので、電流駆動能力が高く、読み出し動作
の高速性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電界効果型トランジスタ
を主な構成要素とする半導体記憶装置に関し、特に動作
の高速性かつ安定性を要求される半導体記憶装置の読み
出し方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体記憶装置のセンスアンプ回
路の読み出し時の動作原理を図面を用いて説明する。図
7に従来のセンスアンプ回路100の回路図を示す。図
7においてメモリーセルM1〜M4のしきい値電圧VTC
は、それぞれの記憶情報に応じて、2値の内のいずれ
か、一方が任意に選択される。例えば、選択ワード線の
読み出し時の電圧をVGとすれば、VTC0<VG<VTC1
(式1)を満足するように、しきい値電圧VTCが設定さ
れている。したがって、選択されたメモリーセルのしき
い値電圧が、VTC0である場合には、このメモリーセル
は導通する(この状態のメモリーセルを以下にオンビッ
トと称する)。この結果、オンビット選択時の節点SC
の電圧VSC(ON)はVSC(ON)=VCC−VTP−α
(式2)で平衡する。ここで、VTPはP型電界効果型ト
ランジスタQ3のしきい値電圧、αはメモリーセルの電
流能力により決定する値である(メモリーセルの電流能
力が高いほど、αが大きくなる)。
【0003】一方、選択されたメモリーセルのしきい値
電圧が、VTC1である場合には、このメモリーセルは非
導通状態となる(この状態のメモリーセルを以下にオフ
ビットと称する)。この結果、オフビット選択時の節点
SCの電圧VSC(OFF)はVSC(OFF)=VCC−VT
P(式3)で平衡する。つまり、メモリーセルの記憶情
報に応じて、節点SCの電圧は変動し、その動作振幅は
VSC(OFF)−VSC(ON)=VCC−VTP−{VCC−
VTP−α}=α(式4)となる。
【0004】αはおよそ1V程度であるので、これをC
MOSレベル(高レベル=電源電圧レベル、低レベル=
接地レベル)に増幅し、出力とするのが、一般的なセン
スアンプ回路である。すなわち、節点SCの電圧は基準
電圧発生回路106の基準電圧と差動増幅器105で比
較され、CMOSレベルに増幅される。
【0005】さて以上はセンスアンプ回路の動作原理の
説明を簡単にするために、VSCが2つの平衡式(式2,
式3)で表現できる場合についてのみ示したが、実際の
動作時には過渡的にVSC=VLT(式5)なる状態が存在
する。ここでVLTは反転増幅器101の論理しきい値で
ある。以下に、VSCが式5で表現される場合の動作原理
と併せて、反転増幅器101と充電用トランジスタQ1
の機能について説明する。
【0006】今、デジット線103が選択されていると
する。選択されたデジット線103の電圧は反転増幅器
101の論理しきい値電圧VLT(およそ1.5V)で平
衡する(厳密にはオフビット選択時と、オンビット選択
時てでは、数10mV〜数100mVの微少な電位差を
生じる)。一方、非選択デジット線104の電圧は既に
接地レベルに設定されているか、拡散層リーク電流によ
り接地レベルとなる。したがって、選択デジット線を1
03から104へと切り換えた場合には、センスアンプ
回路部入力である節点SAの電圧VSAが瞬時に、接地レ
ベルまで降下し、同時に節点SCの電圧もおよそVLT=
1.5V程度まで降下する。
【0007】つまり、デジット線切換時のオフビット選
択時には、VSC(OFF)−VLT=(VCC−VTP)−V
LT=4V−1.5V=2.5V(式6)したがって、V
SCは2.5Vも充電されなければならず、高速読み出し
には不利である。なお、回路的手段により、非選択デジ
ット線の電圧が選択されたデジット線の電圧と同等に設
定されれば、VSA,VSCの急激な降下は防げるものの消
費電流あるいはチップサイズが増加するという問題があ
る。
【0008】そこで、従来技術においては、消費電流チ
ップサイズを増加させることなく、読み出しの高速化を
実現するために、P型電界効果型トランジスタQ3より
高い電流駆動能力を持つ充電用トランジスタQ1を備え
ている。ここで、充電用トランジスタQ1はN型電界効
果型トランジスタを用いているが、そのしきい値VTN
は、バックゲートバイアス依存性を持ち、およそ2.5
V程度である。
【0009】さて、今、選択されたデジット線の電圧が
接地レベル程度であるとき、これを低レベル(以下に
“L”)と表現すると、反転増幅器101の出力電圧V
SBは高レベル(以下に“H”)となり、充電用トランジ
スタQ1が導通し、選択されたデジット線及び節点SCを
それぞれ充電する。選択されたデジット線が高レベルと
なれば、反転増幅器の出力は低レベルとなり、充電用ト
ランジスタQ1は非導通となるが、この時、VSCはVSC
=VCC−VTN(式7)となり、2.5V程度まで充電さ
れている。つまり、VSCが1.5V程度まで降下した場
合には、充電用トランジスタQ1の働きにより、節点S
Cが高速で充電される。
【0010】なお、オフビット読み出し時と、オンビッ
ト読み出し時に生じる節点SCの所望の動作振幅を確保
するためには、VSC(OFF)>VSC(ON)>VCC−
VTN(式8)なる関係を満足するように設計する必要が
ある。
【0011】また充電用トランジスタQ1を設けずに、
P型トランジスタQ3の電流能力を高く設定することに
より、節点SCを高速に充電することもできるが、この
場合、節点SCの動作振幅が小さくなるという欠点があ
り、好ましい方法ではない。最後に、図8に充電用トラ
ンジスタQ1のゲート電圧−時間依存性を図9に充電用
トランジスタQ1の電流−時間依存性を示す。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来のセンスアンプ回
路では、充電用トランジスタQ1のゲートを反転増幅器
101で駆動しているために、次の欠点を有する。
【0013】まず、反転増幅器101の出力電圧は、2
V〜4V程度に設定されており、また、反転増幅器10
1の出力レベルの反転には、遅延時間が生じる。すなわ
ち、従来のセンスアンプ回路では、ゲート電圧とソース
/ドレイン電圧との差が少ないために、充電用トランジ
スタにより高い電流能力をもたせることが困難であり、
反転増幅器101自身の遅延もあって高速性の要求され
る半導体記憶装置には適用できないという欠点がある。
【0014】また、従来技術においては、反転増幅器1
01の出力電圧の電源電圧依存性が大きい。充電用トラ
ンジスタQ1の電流能力は上述のごとく電源電圧依存性
が大きく、高電源電圧時にデジット線が過充電されやす
い。言い替えれば、従来のセンスアンプ回路では、動作
の安定性の要求される半導体記憶装置には、適用できな
いという欠点を有する。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の要旨は、
記憶素子の記憶情報を伝達するデジット線と、前記デジ
ット線の電圧を増幅する反転増幅器と、電源と第1の節
点との間に接続された充電用電界効果型トランジスタ
と、前記第1の節点とデジット線との間に接続され、ゲ
ートが前記反転増幅器の出力に接続された開閉用電界効
果型トランジスタと、電源と前記第1の接点との間に接
続された負荷トランジスタとを備えた半導体記憶装置に
おいて、前記充電用電界効果トランジスタのゲートを電
源に接続したことである。
【0016】本発明の第2の要旨は、記憶素子の記憶情
報を伝達するデジット線と、前記デジット線の電圧を増
幅する反転増幅器と、電源と第1の節点との間に接続さ
れた充電用電界効果型トランジスタと、前記第1の節点
とデジット線との間に接続され、ゲートが前記反転増幅
器の出力に接続された開閉用電界効果型トランジスタ
と、電源と前記第1の接点との間に接続された負荷トラ
ンジスタとを備えた半導体記憶装置において、前記充電
用電界効果トランジスタのゲートを定電圧回路に接続し
たことである。
【0017】
【発明の作用】電源または定電圧回路に接続された充電
用電界効果トランジスタは、ゲートに従来例よりも高い
電圧が供給され、高速でデジット線を充電する。
【0018】
【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。図1は本発明の第1実施例に係るセンスアン
プの回路図、図2は充電用トランジスタのゲート電圧−
時間依存性を示すグラフ、図3は充電用トランジスタの
電流−時間依存性を示すグラフ、図4は電界効果型トラ
ンジスタの電流−電圧特性(ゲート電圧依存性)を示す
グラフである。なお、第1実施例の構成中従来例と同一
の箇所については、同一の符号、名称を用いて記し、説
明は省略する。本実施例と従来例との相異点は本実施例
の充電用トランジスタQ1のゲートが電源CCに接続さ
れている点である。
【0019】さて、図1において、充電用トランジスタ
Q1は、N型電界効果型トランジスタであり、そのゲー
トは電源電圧レベルに固定されている。選択されたデジ
ット線の電圧の変動にともない、節点SCの電圧VSCも
変動し、充電用トランジスタQ1はVSC<VCC−VTN
(式9)で導通し、VSC>VCC−VTN(式10)で非導
通となる。ここで、図2と図8とを比較することによ
り、本実施例と従来例の充電用トランジスタのゲート電
圧の差を比較することができる。
【0020】かかる充電用トランジスタQ1のゲート接
続先の変更により、図3に示されているように、本実施
例の充電用トランジスタQ1の電流波形は従来例の電流
波形(図9)に比べ電流能力の向上を示している。な
お、ゲート電圧が高いほど、トランジスタの電流能力が
高くなることは、図4に示す通り、電界効果型トランジ
スタの基本的な特性である。
【0021】図5は本発明の第2実施例を示す回路図で
ある。ここでも、従来例及び第1実施例と同一の箇所に
ついては、同一の符号、名称を用いて記し、説明を省略
する。
【0022】さて、第1実施例では、特に読み出し時間
の高速性を追求し、充電用トランジスタQ1の電流能力
を最大に設定できるように、そのゲート電圧を電源電圧
CCへに固定した。しかしながら、半導体記憶装置に
は、動作の高速性はもちろん動作の安定性も要求され
る。具体的には高速性のみ追求し、充電用トランジスタ
の電流能力を高く設定し過ぎると、高電源電圧時に、デ
ジット線の過充電が起こりやすく、安定した動作を実現
できない。本発明の第2実施例では、定電圧回路201
の出力を充電用トランジスタQ1のゲート入力とするこ
とにより、充電用トランジスタQ1の電流能力の電源電
圧依存性を小さくした。この結果、本センスアンプ回路
は高電源電圧時のデジット線の過充電を防止しつつ、低
電源電圧時の高速読み出しが可能となる。図6に本実施
例の充電用トランジスタQ1の電流−電源電圧依存性を
示す。なお、第2実施例において、定電圧回路なる名称
を用いたが、これは出力電圧−電源電圧依存性のより小
さい回路を意味し、その実現方法には、様々な手段があ
る。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体記憶
装置は、充電用電界効果トランジスタのゲート電圧を高
く設定できるので、充電用トランジスタの電流能力が高
く、読み出しの高速化を実現できる。
【0024】さらに充電用トランジスタのゲート電圧を
定電圧回路で駆動することにより、充電用トランジスタ
の電流能力は、電源電圧依存性が小さく、したがって、
高電源電圧時でも、デジット線は過充電されにくく、安
定に動作すると共に、低電源電圧時でも読み出しの高速
化を図ることができる。言いかえれば、本発明の半導体
記憶装置は、動作の高速性及び安定性を実現するという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す回路図である。
【図2】第1実施例の充電用トランジスタのゲート電圧
−時間依存性を示すグラフである。
【図3】第1実施例の充電用トランジスタの電流−電圧
依存性を示すグラフである。
【図4】電界効果型トランジスタの電流電圧特性を示す
グラフである。
【図5】本発明の第2実施例を示す回路図である。
【図6】第2実施例の定電圧回路の出力電圧−電源電圧
依存性を示すグラフである。
【図7】従来例を示す回路図である。
【図8】従来例の充電用トランジスタのゲート電圧−時
間依存性を示すグラフである。。
【図9】従来例の充電用トランジスタの電流−時間依存
性を示すグラフである。
【符号の説明】
Q1 充電用電界効果トランジスタ Q2 開閉用電界効果トランジスタ Q3 負荷トランジスタ 101 反転増幅器 102 ワード線 103,104 デジット線 105 差動増幅器 106 基準電圧発生回路 201 定電圧回路 M1〜M4 メモリーセル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 記憶素子の記憶情報を伝達するデジット
    線と、前記デジット線の電圧を増幅する反転増幅器と、
    電源と第1の節点との間に接続された充電用電界効果型
    トランジスタと、前記第1の節点とデジット線との間に
    接続され、ゲートが前記反転増幅器の出力に接続された
    開閉用電界効果型トランジスタと、電源と前記第1の接
    点との間に接続された負荷トランジスタとを備えた半導
    体記憶装置において、前記充電用電界効果トランジスタ
    のゲートを電源に接続したことを特徴とする半導体記憶
    装置。
  2. 【請求項2】 記憶素子の記憶情報を伝達するデジット
    線と、前記デジット線の電圧を増幅する反転増幅器と、
    電源と第1の節点との間に接続された充電用電界効果型
    トランジスタと、前記第1の節点とデジット線との間に
    接続され、ゲートが前記反転増幅器の出力に接続された
    開閉用電界効果型トランジスタと、電源と前記第1の接
    点との間に接続された負荷トランジスタとを備えた半導
    体記憶装置において、前記充電用電界効果トランジスタ
    のゲートを定電圧回路に接続したことを特徴とする半導
    体記憶装置。
  3. 【請求項3】 上記定電圧回路は電源に接続され電源電
    圧の変動の影響の少ない出力電圧を発生する請求項2記
    載の半導体記憶装置。
JP35607691A 1991-12-20 1991-12-20 半導体記憶装置 Pending JPH05174594A (ja)

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