JPH10106268A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
なくし、選択ワード線の立ち上がりを高速化することに
より、ワード線選択時の特性、性能の向上を図る。 【解決手段】直列形態に接続された第1、第2のP型M
OSトランジスタMP1、MP2と、並列形態に接続さ
れた第1、第2のN型MOSトランジスタMN1、MN
2とが、第1の電源端子Vccと第2の電源端子Vss
間に縦積み配置され、前記トランジスタのゲートに入力
される信号にNOR演算を施す論理回路において、P型
MOSトランジスタMP1が導通状態から非導通状態に
なった時に、P型MOSトランジスタMP1、MP2の
接続点ノードN1に蓄積された電荷を、引き抜く手段と
してN型MOSトランジスタMN3を備える。
Description
関し、特に、メモリセルのワード線を駆動するNOR型
のサブデコーダ回路に関する。
るためのデコーダ回路の典型的な構成の一例を示す。図
4を参照して、デコーダ回路は、プリコーダ401と、
メインコーダ402と、サブデコーダ403と、による
階層的な構造で構成されている。なお、図中、A00、
A01はメインデコーダ402へのアドレス信号入力、
A10、A11はプリデコーダ401へのアドレス信号
入力を示し、S1、S00、S11はメインデコーダの
出力信号、S2、S10〜S13はプリデコーダの出力
信号を示している。
2は、例えばNAND型回路とインバータで構成されて
いる。これら各デコーダ回路の出力信号が、サブデコー
ダ403への入力信号となり、サブデコーダ403は、
これらの入力信号の組み合わせから駆動するワード線を
選択している。サブデコーダ403は、メモリセルブロ
ック404単位に設けられており、ワード線の選択時に
は、特定のメモリセルブロック404内のワード線のみ
を活性化するだけですむため、ワード線の付加容量が少
ないといった利点を有している。
一例を示す図である。図5を参照すると、サブデコーダ
403は、複数のNOR型回路で構成されている。メイ
ンデコーダ402の出力信号をS00、S01とし、プ
リデコーダ401の出力信号をS10〜S13とする。
WL7が全て非選択であったとする。この時の信号は、
S00=S01=“H”、又はS10=S11=S12
=S13=“H”である。
WL0が選択された状態から、ワード線WL1に切り替
える場合を考える。図6は、この時のタイミングチャー
トをを示したものである。
の動作について説明する。ワード線WL0が選択された
状態は、図6において、時刻T0〜T1の期間に示すよ
うに、信号S01=S11=S12=S13=“H”、
且つ、信号S00=S10=“L”とされる。
1に切り替えるために、時刻T1〜T2に示すように、
信号S01=S11=S12=S13=“H”、且つ、
信号S00=S10=“L”の状態から、信号S10、
S11のみ、S10=“H”、S11=“L”に切り替
える(他の信号はそのままとする)。
値の組み合わせ)を変更することで、全てのワード線選
択の切り替えを行う。
及び“L”レベルは低位側電源電圧Vssのレベルをそ
れぞれ示している。
1〜NOR7の回路のうちの一つのNOR型回路のトラ
ンジスタレベルでの回路構成を示す図である。
直列接続された2つのP型MOSトランジスタMP1、
MP2と、並列接続された2つのN型MOSトランジス
タMN1、MN2から、構成されている。すなわち、P
型MOSトランジスタMP1のソースは高位側電源端子
Vccに接続され、そのドレインはP型MOSトランジ
スタMP2のソースにノード(節点)N1で接続され、
またP型MOSトランジスタMP2のドレインは、N型
MOSトランジスタMN1、MN2の共通接続されたド
レインに接続され、N型MOSトランジスタMN1、M
N2のソースは共通接続されて低位側電源端子Vssに
接続されている。
ゲートとN型MOSトランジスタMN1のゲートは共通
接続され、メインデコーダの出力信号S1に接続されて
おり、またP型MOSトランジスタMP2のゲートとN
型MOSトランジスタMN2のゲートは共通接続されて
プリデコーダの出力信号S2に接続されている。さらに
N型MOSトランジスタMN1、MN2の共通接続され
たドレインがワード線に接続されている。
について説明する。NOR型回路は、メインデコーダの
出力信号S1及びプリデコーダの出力信号S2を受け
て、その論理演算の結果、得られた信号をワード線に出
力する。例えば、S1=S2=“L”の時、P型MOS
トランジスタMP1、MP2は共にオン状態、N型MO
SトランジスタMN1、MN2は共にオフ状態となり、
ワード線は高位側電源電圧Vccすなわち“H”レベル
となり、これによりワード線に接続したメモリセルを選
択状態とする。
“H”等、信号S1、S2のうち少なくともいずれか一
方が“H”の時、N型MOSトランジスタMN1、MN
2の少なくとも一方がオン状態となり、ワード線は低位
側電源電圧Vssすなわち“L”レベルとなり、メモリ
セルは非選択状態となる。
回路11において、始め、メインデコーダの出力信号S
1とプリデコーダの出力信号S2とが共に“L”(S1
=S2=“L”)であったとする。その後、ワード線選
択の切り替えのために、信号S1、S2の切り替えによ
り、S1=“L”、S2=“H”の状態から、S1=S
2=“H”を経て、S1=“H”、S2=“L”となっ
た場合を考える。
参照して説明する。図8は、NOR型回路11の構造
(半導体回路)の断面を模式的に示す図であり、図9
は、NOR型回路11の動作を説明するためのタイミン
グチャート図である。
である時刻T0〜T1の期間の後、時刻T1〜T2の期
間で、S1=“L”、S2=“H”となる。
り替えが行われた時刻T2〜T3の期間、ノードN1
は、ある程度の電位を持ったフローティング状態となっ
ている(図9においてノードN1の波形において破線で
示した部分参照)。
S2が“H”から“L”に切り替わる時刻T3以後、一
瞬の間、ノードN1と低位側電源端子Vssとは導通状
態になり、図8にも示すように、ノードN1(P型MO
SトランジスタMP1のドレインノード)からP型MO
SトランジスタMP2、N型MOSトランジスタMN1
を経て、低位側電源端子Vssに電流が流れる。
板、22はNウェル、23はN+拡散層、24はP+拡散
層、1、2はP型MOSトランジスタMP1、MP2、
及び、3、4はN型MOSトランジスタMN1、MN2
を示しており、P型MOSトランジスタ2のドレイン
(P+拡散層24)は、N型MOSトランジスタ3、4
のドレイン(N+拡散層23)に配線接続されている。
また27〜30はMOSトランジスタMP1、MP2、
MN1、MN2のゲート電極を示しており、ゲート電極
上に示された、“H”はゲート電極の電位、“H”→
“L”は該ゲート電極が“H”→“L”に遷移すること
を表している。
OSトランジスタMP2、N型MOSトランジスタMN
1を経て低位側電源端子Vssに流れる電流(図中リー
ク電流経路26参照)により、P型MOSトランジスタ
MP1(1)のドレインとNウェル22間のジャンクシ
ョン容量及びP型MOSトランジスタMP2(2)のソ
ースとNウェル22間のジャンクション容量25上の電
荷が引き抜かれ、Nウェル電位の低下が起こり、Nウェ
ル25に繋がっている高位側電源電位Vccが、瞬時、
低下する。
下する入力信号の組み合わせとなるNOR型回路の数に
ついて考える。
R型回路に対して、メインデコーダの出力信号1つがそ
れぞれの入力信号として共通に接続され、この4つのN
OR型回路に対してプリデコーダの出力信号4つがそれ
ぞれの入力信号として接続されているものとする。すな
わち、メインデコーダの出力信号S01は4つのNOR
型回路NOR0、NOR1、NOR2、NOR3の一の
入力端に共通接続され、NOR型回路NOR0、NOR
1、NOR2、NOR3の他の入力端にはそれぞれプリ
デコーダからの出力信号S10、S11、S12、S1
3が接続されている。
たとすると、高位側電源電位Vccが、瞬時低下する入
力信号の組み合わせとなるNOR型回路の数は、 (1024/4)−1=255 となる。
グが起こるため、選択ワード線への高位側電源電圧Vc
cの供給が遅れ、このため、図9に示すように、選択ワ
ード線電位の立ち上がりが遅くなるといった問題があっ
た。
てなされたものであって、その目的は、Nウェル電位低
下による電源電圧の瞬時低下をなくし、選択ワード線の
立ち上がりを高速化することにより、ワード線選択時の
特性、性能の向上を図ることを可能とした半導体記憶装
置を提供することにある。
め、本発明は、第1の電源電圧をソースとする第1導電
型半導体基板と逆導電型ウェル内に形成された第1導電
型半導体基板と同一導電型の第1のトランジスタと、第
1のトランジスタのドレインに接続されたソースを持つ
第1のトランジスタと同じ特性を持った第2のトランジ
スタと、第2のトランジスタのドレインに接続されたド
レインを持つ第1導電型半導体基板に形成された第1導
電型半導体基板と逆導電型の第3のトランジスタと、第
2のトランジスタのドレインに接続されたドレインを持
ち第3のトランジスタと同じ特性を持った第4のトラン
ジスタで構成され、第3と第4トランジスタのソースは
第2の電源電圧に接続され、第1のトランジスタと第3
のトランジスタのゲートが接続され、第2のトランジス
タと第4のトランジスタのゲートが接続されたNOR型
回路に、ドレインが第1のトランジスタのドレイン及び
第2のトランジスタのソースに接続され、ソースが第2
の電源電圧に接続され、ゲートが第1のトランジスタ及
び第3のトランジスタのゲートに接続された、第3のト
ランジスタ及び第4のトランジスタと同じ特性を持った
第5のトランジスタを設ける。
に説明する。本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、サブデコーダ回路を構成するNOR型回路は、ソー
スが第1の電源端子(図1のVcc)に接続され、ゲー
トがメインデコーダの出力信号(図1のS1)に接続さ
れた第1のP型MOSトランジスタ(図1のMP1)
と、ソースが第1のP型MOSトランジスタのドレイン
に接続され、ゲートがプリデコーダの出力信号(図1の
S2)に接続された第2のP型MOSトランジスタ(図
1のMP2)と、ドレインが共通接続されて第2のP型
MOSトランジスタのドレインに接続され、ソースが共
通接続されて第2の電源端子(図1のVss)に接続さ
れ、ゲートがそれぞれメインデコーダ及びプリデコーダ
の出力信号(図1のS1、S2)に接続された第1、第
2のN型MOSトランジスタ(図1のMN1、MN2)
を備え、第1のP型MOSトランジスタが非導通状態に
なった時に、第1のP型トランジスタと第2のP型MO
Sトランジスタ間に蓄積された電荷を引き抜く手段とし
て、ソースを第2の電源端子(図1のVss)に接続
し、ドレインを第1のP型MOSトランジスタ(図1の
MP1)のドレインに接続し、ゲートを第1のP型MO
Sトランジスタのゲートと共通接続してなる第3のN型
MOSトランジスタ(図1のMN3)を備えて構成され
ている。そして、第2のP型トランジスタと第1、第2
のN型MOSトランジスタの接続点がワード線に接続さ
れる。
コーダの出力信号S1とプリデコーダの出力信号S2が
共に“L”から、S1=“L”、S2=“H”を経てS
1=S2=“H”に信号が切り替わると、第1のP型M
OSトランジスタと第2のP型MOSトランジスタの接
続点のノードN1の電荷は、第3のN型MOSトランジ
スタにより第2の電源端子(Vss)側に引き抜かれ
る。
で、S2が“H”から“L”に切り替わるときは、既
に、ノードN1は第2の電源電圧(Vss)となってお
り、容量カップリングによる、第1の電源電圧(Vc
c)の瞬時低下は起きない。このため、選択ワード線へ
の電源電圧の供給は遅れることなく、選択ワード線電位
の立ち上がりは速くなる。
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。
す図であり、サブデコーダ回路を構成するNOR型回路
の構成を示したものである。
直列接続された2つのP型MOSトランジスタMP1、
MP2と、並列接続された2つのN型MOSトランジス
タMN1、MN2と、を備え、P型MOSトランジスタ
MP1のソースは高位側電源端子Vccに接続され、ド
レインはP型MOSトランジスタMP2のソースにノー
ドN1にて接続され、P型MOSトランジスタMP2の
ドレインは、N型MOSトランジスタMN1、MN2の
共通接続されたドレインに接続され、N型MOSトラン
ジスタMN1、MN2のソースは共通接続されて低位側
電源端子Vssに接続されている。
N型MOSトランジスタMN1のゲートは共通接続さ
れ、メインデコーダの出力信号S1に接続されており、
またP型MOSトランジスタMP2のゲートとN型MO
SトランジスタMN2のゲートは共通接続されてプリデ
コーダの出力信号S2に接続されている。そして、N型
MOSトランジスタMN1、MN2の共通接続されたド
レインがワード線に接続されている。以上の回路構成
は、上記した従来のサブデコーダ回路11におけるNO
R型回路11と同一とされている。
1に、ソースを低位側電源端子Vssに、ゲートをP型
MOSトランジスタMP1のゲート及びN型MOSトラ
ンジスタMN1のゲートに接続したN型MOSトランジ
スタMN3を備えている。
作について説明する。
力信号S1及びプリデコーダの出力信号S2を受け、そ
の結果得られた信号をワード線に出力する。例えば、信
号S1=S2=“L”の時に、P型MOSトランジスタ
MP1、MP2は共にオン状態となり、ワード線は
“H”となり、このワード線に接続されるメモリセルは
選択状態となる。一方、信号S1=“H”、又は、信号
S2=“H”の時、N型MOSトランジスタMN1、又
はMN2がオン状態となって、ワード線は“L”とな
り、メモリセルは非選択状態となる。ここで、“H”は
高位側電源電圧Vcc、“L”は低位側電源電圧Vss
をいう。
コーダ回路のNOR0〜NOR7は、図1に示したNO
R型回路10と同一の回路構成とされる。なお、ワード
線の選択方法は、上記した従来技術と変わらない。
始め、信号S1=S2=“L”であったとする。その後
ワード線選択切り替えのための信号切り替えにより、S
1=“L”、S2=“H”からS1=S2“H”を経て
S1=“H”、S2=“L”となった場合を考える。
て説明する。図2は、本実施例に係るNOR型回路10
のタイミングチャートを示す図である。
ある時刻T0〜T1の期間の後、時刻T1〜T2の期間
で、S1=“L”、S2=“H”となる。
えが行われた、時刻T2〜T3の期間においては、N型
MOSトランジスタMN3のゲートにも信号S1が加わ
るため、N型MOSトランジスタMN3は導通状態にな
る。これにより、フローティング状態にあったノードN
1(N型MOSトランジスタMN3のドレイン)の電位
は、低位側電源電圧Vssの電位と同電位になる。
“H”から“L”に切り替わると、ノードN1は既に低
位側電源電圧Vssと同電位になっているため、ノード
N1からP型MOSトランジスタMP2、N型MOSト
ランジスタMN1を経て低位側電源端子Vssに流れる
リーク電流は存在しない。
導体断面模式図を参照して説明したような、P型MOS
トランジスタMP1(1)のドレイン24と、Nウェル
22間のジャンクション容量、及びP型MOSトランジ
スタMP2(2)のソース24とNウェル22間のジャ
ンクション容量による、Nウェル電位の低下は起こらな
い。
ルに繋がっている電源電位Vccの瞬時低下もなく、そ
の結果、図2に示すように、選択ワード線の立ち上がり
時間は速くなる。この動作は、どのワード線を選択した
場合にも、S1=“L”、S2=“H”であった後にS
1=S2“H”に信号が切り替わった後、S1=“H”
の状態でS2が“H”から“L”に切り替わるサブデコ
ーダ回路と同じ信号の組み合わせの回路全てに当てはま
る。
ンジスタMN3を加えることにより、プリデコーダの出
力信号S2が“L”の状態で、メインデコーダの出力信
号S1が“L”から“H”に変わった場合、この信号の
組み合わせの対象となるサブデコーダ回路では、上記従
来技術ではなかった、フローティング状態にある電荷を
引き抜くという動作が起こり、消費電流が増えるといっ
たことも考えられる。ここで、この信号の組み合わせの
対象となるサブデコーダ回路数を考える。例えば、図5
に示すように、4つのNOR型回路に対してメインデコ
ーダの出力信号1つがそれぞれの入力信号として共通に
接続され、この4つのNOR型回路に対してプリデコー
ダの出力信号4つがそれぞれの入力信号として接続され
ているものとする。
たとすると、上記従来技術では存在しなかった、フロー
ティング状態にあるノードの電荷を引き抜くといった動
作が起こる入力信号の組み合わせとなる、NOR型回路
の数は、「1」であり、上記[発明が解決しようとする
課題]の欄において問題として説明した、信号の組み合
わせによるサブデコーダ回路の数と比べて、数段少な
い。
的がフローティング状態にある電荷を引き抜くことのみ
であるため、そのディメンジョンは小さくてすみ、面積
の増加はほとんどない。
ブデータコード回路についてのみ説明したが、本発明の
精神を逸脱せずに、構成及び回路要素における多くの変
更及び多種多様な形態・変形、及び用途が浮かぶのは明
らかである。
す。
の出力信号S1を受けるP型MOSトランジスタMP1
のドレインに複数のP型MOSトランジスタMP2、M
P3のソースの共通接続点を接続し、また、P型MOS
トランジスタMP2、及びMP3のそれぞれのドレイン
に、N型MOSトランジスタMN1、MN2のドレイン
の共通接続点、及びN型MOSトランジスタMN4、M
N5のドレインの共通接続点を接続している。
N型MOSトランジスタMN1、MN4のゲートは共通
接続され、P型MOSトランジスタMP2のゲートとN
型MOSトランジスタMN2のゲートが共通接続され、
P型MOSトランジスタMP3のゲートとN型MOSト
ランジスタMN5のゲートが共通接続されている。
スを低位側電源端子Vssに、ゲートをP型MOSトラ
ンジスタMP1のゲート、及びN型MOSトランジスタ
MN1、MN4のゲートに接続したN型MOSトランジ
スタMN3を設ける。
1=“H”であった後にS1=S20=S21=“H”
に信号が切り替わる時、N型MOSトランジスタMN3
のゲートにも、信号S1が加わるため、N型MOSトラ
ンジスタMN3は、導通状態になり、フローティング状
態にあったノードN101の電位は、低電位側電源電圧
Vssの電位と同電位になる。
S20又はS21が“H”から“L”に変化してもN型
MOSトランジスタMN1や、N型MOSトランジスタ
MN4を経て低位側電源端子Vss側に流れるリーク電
流はない。
例と同様にして、Nウェルに繋がっている電源電位の瞬
時低下もなく、その結果、選択ワード線の立ち上がりは
速くなる。また、N型MOSトランジスタの数も前記第
1の実施の形態よりも少なくなるため、面積の増加は更
に少なくなる。
NOR型のサブデコーダ回路に、フローティング状態と
なるノードの電荷を放電を制御するためのN型MOSト
ランジスタを備え、フローティング状態にあった電圧レ
ベルを事前に低位側電源電位Vssまで下げることによ
り、ゲート入力信号切り替え時のリーク電流がなくなる
ため、高位側電源電圧Vccの瞬時低下を防ぐことがで
き、その結果、選択ワード線の立ち上がりを速くする、
という効果を奏する。
えばメインデコーダの出力信号S1=“L”、プリデコ
ーダの出力信号S2=“L”の状態から、プリデコーダ
の出力信号S2=“L”のままの状態で、メインデコー
ダの出力信号S1が“L”から“H”に変わった場合、
この信号の組み合わせの対象となるサブデコーダ回路で
は、上記従来技術ではなかった、フローティング状態に
ある電荷を引き抜くといった動作が起こり、このため消
費電流が増えるとも考えられるが、本発明に係る半導体
記憶装置においては、上記実施例で説明したように、こ
の信号の組み合わせの対象となるサブデコーダ回路数は
少ないため、消費電流は全く問題とはならない。また、
本発明によれば、電荷引き抜きを制御するN型MOSト
ランジスタはそのディメンジョンは小さくてすみ、この
ため、面積の増大もほとんどない。
る。
切り替えの際の動作を説明するためのタイムチャートで
ある。
る。
の一例を示す図である。
ャートである。
る。
ローティング状態からのリークパス電流回路を示す図で
ある。
ャートである。
11 S1、S00、S01 メインデコーダの出力信号 S2、S10、S11、S12、S13、S20、S2
1 プリデコーダの出力信号 Vcc 第1の電源電圧 Vss 第2の電源電圧1 、2 P型MOSトランジスタ3 、4 N型MOSトランジスタ 21 P型半導体基板 22 Nウェル 23 N+拡散層 24 P+拡散層 25 ジャンクション容量 26 リーク電流経路
Claims (5)
- 【請求項1】第1の電源電圧をソースとする第1導電型
半導体基板と逆導電型ウェル内に形成された前記第1導
電型半導体基板と同一導電型の第1のトランジスタと、 前記第1のトランジスタのドレインに接続されたソース
を持つ前記第1のトランジスタと同一導電型の第2のト
ランジスタと、 前記第2のトランジスタのドレインに接続されたドレイ
ンを持つ前記第1導電型半導体基板に形成された第1導
電型半導体基板と逆導電型の第3のトランジスタと、 前記第2のトランジスタのドレインに接続されたドレイ
ンを持ち前記第3のトランジスタと同一導電型の第4の
トランジスタと、 を備え、 前記第3及び第4トランジスタのソースは第2の電源電
圧に接続され、 前記第1のトランジスタと第3のトランジスタのゲート
が接続され、 前記第2のトランジスタと第4のトランジスタのゲート
が接続されてなるたNOR型回路に、 前記第1のトランジスタが非導通状態になった時に、前
記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタ間に蓄
積された電荷を引き抜く手段を設けたことを特徴とする
半導体記憶装置。 - 【請求項2】前記電荷を引き抜く手段が、ドレインが前
記第1のトランジスタのドレイン及び前記第2のトラン
ジスタのソースに接続され、ソースが前記第2の電源電
圧に接続され、ゲートが前記第1のトランジスタ及び第
3のトランジスタのゲートに共通接続され、前記第3の
トランジスタ及び第4のトランジスタと同一導電型の第
5のトランジスタからなることを特徴とする特許請求項
1記載の半導体記憶装置。 - 【請求項3】直列形態に接続された複数のP型MOSト
ランジスタと、並列形態に接続された複数のN型MOS
トランジスタとが、第1及び第2の電源端子間に縦積み
配置され、前記トランジスタのゲートに入力される信号
に所定の論理演算を施す論理回路を含む半導体集積回路
において、 前記複数のP型MOSトランジスタのうちの一のP型M
OSトランジスタに対して前記第1の電源端子側に接続
される他のP型MOSトランジスタが導通状態から非導
通状態になった時に、前記非導通状態となる他の第P型
MOSトランジスタとこれよりも前から非導通状態とさ
れた前記一のP型MOSトランジスタとの間のフローテ
ィング状態のノードに蓄積された電荷を引き抜く手段、
を備えたことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項4】前記所定の論理演算がNOR演算からなる
ことを特徴とする請求項3記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項5】請求項4記載の半導体集積回路をサブデコ
ーダ回路として含み、前記P型及びN型MOSトランジ
スタのゲートに、メインデコーダ及びプリデコーダから
の出力信号を入力し、前記NOR演算の結果をワード線
として出力する、ことを特徴とする半導体記憶装置。
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