JPH08255486A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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- JPH08255486A JPH08255486A JP7057854A JP5785495A JPH08255486A JP H08255486 A JPH08255486 A JP H08255486A JP 7057854 A JP7057854 A JP 7057854A JP 5785495 A JP5785495 A JP 5785495A JP H08255486 A JPH08255486 A JP H08255486A
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- Dram (AREA)
- Static Random-Access Memory (AREA)
- Read Only Memory (AREA)
Abstract
いながら高速化したスタティックメモリを提供する。 【構成】ワード線WLxを選択するときは、行デコーダ
ND1の出力をロウレベルにする。QN2がオンとなる
ためノードCwはロウレベルとなる。従ってQP1はオ
ン、QP2はオフとなってワード線の電圧はブースト電
圧発生回路の出力電圧VBSTになり、ワード線は選択
状態となる。また、QN2を設けることによって、ブー
スト電圧発生回路の出力端子Vboutは、Nチャネル
ワードドライバQN1のゲート容量と切り離されるので
昇圧スピードが向上する。さらに、Nチャネルワードド
ライバQN1のゲート電圧は、Pチャネルトランジスタ
QP1のゲート電圧より必ず低い。このため、QP1と
QN1のレシオが改善するので選択および非選択のスピ
ードが向上する。
Description
特にスタティックRAM(ランダム・アクセス・メモ
リ)用のワード線選択回路に関する。
ィックRAM(以下SRAMと称す)の低電圧動作およ
び低消費電力がますます望まれている。基本的なSRA
Mのメモリセルにおいては、フリップフロップを構成す
るNチャネルトランジスタのスレッシュホールド電圧と
トランスファゲートトランジスタのスレッシュホールド
電圧とを加算した電圧以下に電源電圧を下げることは動
作上不可能である。実際には、前述したトランスファゲ
ートトランジスタのソースと基板との間にバックゲート
バイアスが生じ、実効的なスレッシュホールド電圧が上
昇すること、ならびにそれらトランジスタの製造バラツ
キおよび温度特性を考慮しなければならないこと等によ
り、電源電圧の最低保障電圧はさらに大きくせざるを得
ないのが実状である。
ード線選択回路として、図7に示すものが従来提案され
ている。ワード線選択回路は、行デコーダ回路とワード
ドライバ回路とブースト電圧発生回路とから構成されて
おり、4回路図示されていているがそれぞれ同一回路な
ので、以下では一回路について説明する。ワードドライ
バ回路は、相互にドレインとゲートとを交差接続しソー
スおよび基板をブースト電圧発生回路に接続したPチャ
ネルトランジスタQP1,QP2,ワード線をプルダウ
ンするNチャネルトランジスタQN6および低スレッシ
ュホールド電圧を有するトランスファゲートトランジス
タQNT1で構成されている。
の信号波形図を参照しながら説明する。行デコーダ出力
Φxがロウレベルのとき、ワード線WLxは選択状態と
なる。すなわち、Φxがロウレベルになると、ノードC
の電圧は3種類のトランジスタQP2,QNT1および
行デコーダのNチャネルトランジスタ(図示せず、4つ
のトランジスタが縦積みされている)のレシオによって
決まる電圧まで低下する。ブースト電圧発生回路の出力
電圧をVBST,QP1のスレッシュホールド電圧をV
tpとすると、ノードCの電圧がVBST−|Vtp|
以下に低下すれば、QP1がオンしワード線WLxおよ
びQP2のゲート電圧はVBSTまで上昇する。
する場合は、まず行デコーダの出力Φxが0VからVc
cまで上昇する。ノードCは、トランスファゲートトラ
ンジスタQNT1のスレッシュホールド電圧をVtnt
とするとVcc−Vtntまで上昇する。この結果、Q
N6がオンしワード線WLxとQP2のゲート電圧はQ
P1とQN6のレシオによって決まる電圧まで低下す
る。ワード線WLxの電圧がVBST−|Vtp|以下
に低下すれば、QP2がオンしノードCはVBSTまで
上昇しようとする。このフィードバック作用により、Q
P1はオフしワード線WLxは0Vまで低下する。
路の問題点について図7を参照して説明する。ワード線
の選択スピードはQP2対QNT1と行デコーダ(ND
1)の4段縦積みとなっているNチャネルトランジスタ
(図示せず)とのレシオおよびPチャネルトランジスタ
QP1によってほぼ決定される。デコーダの出力とトラ
ンジスタQP2との間にトランスファゲートトランジス
タQNT1が挿入されているため、本回路ではその分レ
シオが悪化する。これを改善するにはQNT1を大きく
せざるを得ないが、そうするとワード線選択回路の面積
の増大を招いてしまう。さらに、Pチャネルトランジス
タQP1によってワード線を高速に充電するには、その
トランジスタ面積をかなり大きくする必要がある。しか
し、レシオ改善のためにNチャネルトランジスタQN6
も同時に大きくしなければならず、この結果、チップ面
積が増大してしまう。
問題点について述べる。非選択のスピードを決定する主
要因は前記トランジスタQP1とQN6のレシオである
が、特に低電圧になった場合、レシオを2近くまでもっ
ていかなくてはならない。従って、前記トランジスタQ
P1のドライブ能力を上げるためにその面積を大きくす
ると前記トランジスタQN6の面積はQP1の2倍近く
まで大きくなる。また、ワード線をNチャネルトランジ
スタQN6で高速に放電するためには、QN6のトラン
ジスタ面積を必然的に大きくしなければならず、ワード
線選択回路の面積増大の要因となっていた。
トランジスタQNT1のスレッシュホールド電圧が大き
くなると、QN6のゲート電圧が低下してしまうためレ
シオが悪化する。特に2.5V以下の低電圧動作をさせ
ようとすると、レシオの悪化は深刻な問題となる。従
来、スレッシュホールド電圧を下げるため付加的なイオ
ン注入工程を導入していたがマスク枚数が増えるため、
コストアップとなっていた。
ドが遅くなるという問題がある。Pチャネルトランジス
タQP2がオンしているとき、QN6のゲートはQP2
のチャネル領域を通してブースト電圧発生回路の出力端
子Vboutに接続している。
いワードドライバ回路が多数接続されることになるため
大きな寄生容量がついてしまう。このため、ブースト電
圧発生回路の昇圧スピードは大幅に低下してしまう。
を示す。Cbstはブースト容量、R1はCMOSイン
バータのPチャネルトランジスタのオン抵抗、C2およ
びR2はVboutからワード線選択回路をみたときの
それぞれ寄生容量および寄生配線抵抗である。
T(t)はVccに充電されているとして、図9の回路
を解くとVBST(t)は(1)式となる。
る。
t=∞として(3)式が得られる。
で決定される。(3)式をC2/Cbstについて解く
と(4)式を得る。
倍まで昇圧させた場合、Cbst=C2とする必要があ
ることがわかる。この場合、(2)式は次式のように変
形される。
ルトランジスタQN6の大きなゲート容量の影響を直接
受けて、昇圧スピードが低下する。図7において、トラ
ンスファゲートトランジスタQNT1はワードドライバ
回路にブースト電圧が印加される場合に、行デコーダ
(ND1)のPチャネルトランジスタ(図示せず)とノ
ードCとを電気的に分離する役割を有している。すなわ
ち、デコーダ出力とノードCを直結した場合、QP2が
オンしたときにノードCの電圧をブースト電圧VBST
に昇圧しようとするが、行デコーダのPチャネルトラン
ジスタのドレインからVccにバイアスされているNウ
ェルに向かって電流が流れてしまうので、VBSTはV
ccにダイオードの順方向電圧を加算した値にクランプ
される。このため、従来は各ワードドライバ回路ごとに
1つのNチャネルトランスファゲートトランジスタQN
T1を用いて行デコーダの出力を受けていたためワード
線選択回路の面積が大きくなるという問題があった。
ため、本発明による半導体記憶装置は、電源電圧以上に
昇圧するための昇圧回路と、ワード線を駆動するための
ワードドライバ回路と、アドレス入力信号により前記ワ
ードドライバ回路を選択するための行デコーダとを有す
る半導体記憶装置において、相互にドレインとゲートと
を交差接続しそれぞれのソースと基板とを前記昇圧回路
の出力端子に接続した第1および第2のPチャネルMO
Sトランジスタと、ドレインを前記第1のPチャネルM
OSトランジスタのドレインに接続しソースを接地電位
に接続し、ゲートを行デコーダの出力端子に接続した第
1のNチャネルMOSトランジスタと、ソースを前記行
デコーダの出力端子に接続しドレインを前記第2のPチ
ャネルMOSトランジスタのドレインに接続しゲートを
電源電圧または制御信号に接続した第2のNチャネルM
OSトランジスタとから構成したことを特徴とする。
ートトランジスタQNT1が選択および非選択時のレシ
オを悪化させていたが、本発明では行デコーダの出力と
Nチャネルドライバのゲート間は直結しているため、選
択・非選択時両方のレシオは大幅に向上する。
路の出力端子Vboutには多数のトランジスタ面積が
大きいNチャネルドライバが接続しているため、ブース
ト容量Cbstを大きくする必要があるほか、ブースト
電圧を高速に昇圧するのが困難であった。本発明ではV
boutとNチャネルワードドライバとは、電気的に完
全に切り離されるため、Vboutに接続している寄生
容量と寄生配線抵抗は大幅に小さくなり、ブースト容量
を小さくできると同時にブースト電圧発生回路の昇圧ス
ピードを向上することが可能である。
昇圧および降圧のタイミングと選択・非選択のタイミン
グを最適化しているため、選択および非選択時にPチャ
ネルトランジスタの相互コンダクタンスが低下する。こ
のため、選択・非選択時のレシオを従来回路に比して改
善することができる。
源電圧にバイアスされているが、本発明では、行デコー
ダの出力とブースト電圧発生回路とを電気的に分離する
トランスファゲートトランジスタのゲートにデコーダ制
御信号が入力される。こうすることによって、行デコー
ダの数を従来に比して1/4に減らすことが可能とな
り、チップ面積を小さくすることができる。
て詳細に説明する。
の従来回路と比べてデコード方式は同一であるが、ワー
ドドライバ回路は従来回路よりも選択・非選択のレシオ
において優れている。ワード線を選択するとき、従来の
ワードドライバ回路(図7)においてはQN6とQP1
の入力電圧が同じであるが、本発明のワードドライバ回
路は図1からわかるようにNチャネルドライバQN1の
入力電圧がQP1の入力電圧より必ず低いので選択レシ
オが従来回路と比べて改善している。また、ワード線を
非選択とするとき、従来回路(図7)ではQN6の入力
電圧はトランスファゲートトランジスタQNT1のスレ
ッシュホールド電圧をVtntとすると、Vcc−Vt
ntとなりVccより下がってしまうため、QN6の相
互コンダクタンスが低下する。
1の入力はVccとなるので電圧の損失は無く、QN1
の相互コンダクタンスが改善することから非選択レシオ
が向上する。また、非選択時にはQN2のソース電圧は
VccとなりQN2はオフ状態となっているため、Nチ
ャネルドライバQN1のゲート容量はブースト電圧発生
回路の出力Vboutに対してQN2で分離されてい
る。従って、昇圧に対して寄生容量が少なくなるのでブ
ースト電圧発生回路のブースト容量Cbstを大幅に小
さくできるほか、昇圧スピードを上げることができる。
シュホールド電圧のトランスファゲートトランジスタが
必須であるが本発明では必要がない。選択時に、電源電
圧2.0Vでは本発明のワードドライバ回路のスピード
は従来回路と殆ど変わらないが、2.5V以上ではPチ
ャネルトランジスタとNチャネルトランジスタの選択レ
シオを1:2としたときに本発明の方がかなり高速にな
る。さらに、非選択の場合本発明のワードドライバ回路
は従来回路よりも高速であるが、低電圧では特に効果が
著しい。
選択・非選択のスピードが高速化し、チップ面積が小さ
くなりかつ露光プロセスが短縮される。
明する。従来回路には、1つのワードドライバ回路ごと
に1つの行デコーダであるND1を用いるが、本発明で
は4つのワードドライバ回路ごとに1つの行デコーダで
あるNANDを用いる。本発明では、4つのワードドラ
イバ回路の選択・非選択の制御は、Φ1r,Φ1rバ
ー,Φ2r,Φ2rバー,Φ1l,Φ1lバー,Φ2
l,Φ2lバーで行う。これらの信号はアドレス遷移検
出回路の信号とアドレス信号とでつくられる。本実施例
では、各ワードドライバ回路毎にNチャネルトランジス
タQN4を追加しているが、これは各ワードドライバ回
路でワード線を非選択とするのに必要なトランジスタで
ある。
ついて図2の回路動作を説明する。図2の4つのワード
ドライバ回路は同一回路でありワード線WLxrj,W
LxrkおよびWLxlj,WLxlkをそれぞれ駆動
する。従って、以下の説明においてはワード線WLxr
jを駆動するワードドライバ回路1についてのみ述べ
る。図3の信号波形図に示すように、行デコーダ出力Φ
xdがロウレベル、Φ1rがハイレベルにΦ1rバーが
ロウレベルになると、QN3とQN4がともにオフQP
1がオンとなるのでワード線WLxrjが選択される。
その結果、ワード線はブースト電圧(VBST=Vcc
+Vtn)となる。次にΦ1rをロウレベル、Φ1rバ
ーをハイレベルとするとQN4がオン、QP1がオフと
なるのでワード線WLxrjが非選択となる。 本発明
のワード線は、1つの行デコーダで4つのワードドライ
バ回路を制御するので行デコーダの面積を大幅に縮小で
きる。
て、図4,5および6を参照して説明する。図4は本発
明の第3および第4の実施例を示すブロック図、図5は
図4をゲートレベルで書いた回路図、図6は図4および
5の回路の信号波形図を表す。初めにリセット信号Aφ
をハイレベルにセットしておく。ワード線WLを選択す
る直前に、ワード線の選択イネーブル信号Φxeをロウ
レベルとすると、QP4とQN5で構成されるインバー
タの入力Φpはハイレベルとなる。このとき、Pチャネ
ルトランジスタQP3はオンとなるのでブースト電圧発
生回路の出力端子VboutはVccにプリチャージさ
れる。一方、ワードドライバ回路の選択・非選択制御信
号Φxe1、Φxe1バーはそれぞれロウレベルおよび
ハイレベルであるので、ワード線WLはロウレベルの状
態になっている。
イレベルとすると、Φxe1がハイレベル、Φxe1バ
ーがロウレベルとなる。従って、QP1がオンとなりワ
ード線WLが選択される。それとともに、図6のVbo
utに示すように遅延τ1後に、ブースト容量に昇圧さ
れたブースト電圧が発生し、QP1を通してブースト電
圧がワード線に印加される。
eをロウレベルに設定する。図5の選択遅延回路および
図6のΦb信号から容易にわかるように、Vboutは
遅延せずに電源電圧Vccに戻り始め、これと連動して
ワード線WLの電圧も低下し始める。一方、図5の非選
択遅延回路および図6のΦxe1、Φxe1バーからわ
かるようにΦxeが低下し始めてからτ2後に、Φxe
1、Φxe1バーはそれぞれロウレベルおよびハイレベ
ルになる。従って、QN2がオフQN6がオンとなるた
め、ワード線は0Vへと戻る。
ワードドライバ回路を選択してレシオを改善した。この
ようにすると、PチャネルトランジスタQP1、QP2
のゲート・ソース間電圧は昇圧する前のVccとなり、
昇圧電圧を印加するよりも低くなる。従って、QP1、
QP2の相互コンダクタンスは低下するため、レシオを
改善することができる。適切な遅延値は回路によってそ
れぞれ異なるが、通常τ1、τ2とも数nsecであ
る。また、図6のVbstおよびWLの信号波形図に示
すように非選択の際にもワード線WLを非選択する直前
に、ブースト電圧発生回路の出力電圧VBSTを電源電
圧Vccまで下げておく。こうすることによって選択の
場合についてすでに述べたように、非選択レシオが改善
できるのでNチャネルドライバのトランジスタ面積が減
少でき、その結果チップ面積を小さくすることができ
る。
ルワードドライバのゲートを行デコーダから直接ドライ
ブすることが可能なので、選択および非選択のレシオが
改善される。従って、選択および非選択の動作スピード
が改善するとともに、チップ面積を小さくすることがで
きる。さらに従来必要であった低スレッシュホールド電
圧を有するトランジスタが不要となることから、露光プ
ロセスも削減することが可能である。
波形図である。
ク図である。
めのゲートレベルでの回路図である。
波形図である。
形図である。
回路図である。
ジスタ QN1,QN2,QN3,QN4,QN5,QN6
Nチャネルトランジスタ QNT1 低スレッシュホールド電圧を有するNチャ
ネルトランジスタ R1 CMOSインバータのPチャネルトランジスタ
側のオン抵抗 R2 ブースト電圧発生回路の出力端子からみた寄生
抵抗 Cbst ブースト電圧発生回路を構成するブースト
容量 C2 ブースト電圧発生回路の出力端子からみた寄生
容量 ND1,ND2,ND3 NAND NR1,NOR2 NOR WL,WLx,WLxrj,WLxrk,WLxlj,
WLxlk ワード線 Aφ リセット信号 Φ1r,Φ1rバー,Φ2r,Φ2rバー,Φ1l,Φ
1lバー,Φ2l,Φ2lバー,Φxd,Φxe,Φx
e1,Φxe1バー ワード線ドライバの選択・非選
択信号 C,Cw,Cx1,Cx2 ワード線選択回路のノー
ド
Claims (4)
- 【請求項1】 電源電圧以上に昇圧するための昇圧回路
と、ワード線を駆動するためのワードドライバ回路と、
アドレス入力信号により前記ワードドライバ回路を選択
するための行デコーダとを有する半導体記憶装置におい
て、相互にドレインとゲートとを交差接続しそれぞれの
ソースと基板とを前記昇圧回路の出力端子に接続した第
1および第2のPチャネルMOSトランジスタと、ドレ
インを前記第1のPチャネルMOSトランジスタのドレ
インに接続しソースを接地電位に接続し、ゲートを行デ
コーダの出力端子に接続した第1のNチャネルMOSト
ランジスタと、ソースを前記行デコーダの出力端子に接
続しドレインを前記第2のPチャネルMOSトランジス
タのドレインに接続しゲートを電源電圧または制御信号
に接続した第2のNチャネルMOSトランジスタとから
構成したことを特徴とする半導体記憶装置。 - 【請求項2】 電源電圧以上に昇圧するための昇圧回路
と、ワード線を駆動するためのワードドライバ回路と、
アドレス入力信号により前記ワードドライバ回路を選択
するための行デコーダとを有する半導体記憶装置におい
て、相互にドレインとゲートとを交差接続しそれぞれの
ソースと基板とを前記昇圧回路の出力端子に接続した第
1および第2のPチャネルMOSトランジスタと、ドレ
インを前記第1のPチャネルMOSトランジスタのドレ
インに接続しソースを接地電位に接続し、ゲートを行デ
コーダの出力端子に接続した第1のNチャネルMOSト
ランジスタと、ソースを前記行デコーダの出力端子に接
続しドレインを前記第2のPチャネルMOSトランジス
タのドレインに接続しゲートを電源電圧または制御信号
に接続した第2のNチャネルMOSトランジスタと、ソ
ースが接地電位に接続しドレインが前記第1のPチャネ
ルMOSトランジスタのドレインに接続しゲートが電源
電圧または前記制御信号の反転信号に接続した第3のN
チャネルMOSトランジスタとから構成したことを特徴
とする半導体記憶装置。 - 【請求項3】 請求項1および2に記載の半導体記憶装
置において、前記第1のPチャネルトランジスタのドレ
インに接続したワード線を前記第1のPチャネルMOS
トランジスタを介して充電開始した後の所定時間内に前
記昇圧回路の出力電圧が昇圧することを特徴とする半導
体記憶装置。 - 【請求項4】 請求項1および2に記載の半導体記憶装
置において、前記ワード線が前記第1のNチャネルトラ
ンジスタを介して放電を開始した後の所定時間内に前記
第1のPチャネルトランジスタを非導通とすることを特
徴とする半導体記憶装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7057854A JP2720812B2 (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 半導体記憶装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7057854A JP2720812B2 (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 半導体記憶装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08255486A true JPH08255486A (ja) | 1996-10-01 |
JP2720812B2 JP2720812B2 (ja) | 1998-03-04 |
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---|---|---|---|
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Country | Link |
---|---|
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KR (1) | KR100216165B1 (ja) |
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