JPH10302468A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH10302468A
JPH10302468A JP9106141A JP10614197A JPH10302468A JP H10302468 A JPH10302468 A JP H10302468A JP 9106141 A JP9106141 A JP 9106141A JP 10614197 A JP10614197 A JP 10614197A JP H10302468 A JPH10302468 A JP H10302468A
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JP
Japan
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potential
bit line
word line
memory cell
dummy
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Application number
JP9106141A
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English (en)
Inventor
Hideo Mukai
秀夫 向井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to US09/064,047 priority patent/US5982695A/en
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    • G11C5/14Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/147Voltage reference generators, voltage or current regulators; Internally lowered supply levels; Compensation for voltage drops
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    • G11C5/14Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/145Applications of charge pumps; Boosted voltage circuits; Clamp circuits therefor
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C7/12Bit line control circuits, e.g. drivers, boosters, pull-up circuits, pull-down circuits, precharging circuits, equalising circuits, for bit lines
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C8/00Arrangements for selecting an address in a digital store
    • G11C8/10Decoders

Abstract

(57)【要約】 【課題】メモリシステムの低電圧化と動作高速性の両立
を達成すること。 【解決手段】レギュレータ11は、外部電源Vccを降圧し
システムの安定した内部電源電位Vint を生成する。昇
圧回路12は電位Vint よりも高いロウ系の高電位Vwlh
を生成する。ビット線“H”(ハイレベル)電位発生回
路15は電位Vintからメモリシステムのビット線の
“H”電位Vblh を生成する。Vblh 電位は、電位Vwl
h からメモリセルアレイ10中のメモリセルのしきい電圧
Vth分だけ低い電位よりも高い。Vblh /2発生回路19
からの1/2Vblh 電位は、ダミーワード線駆動回路20
及びイコライズ回路21に供給される。ダミーワード線駆
動回路20ではビット線の“H”(ハイレベル),“L”
(ローレベル)の読みだし信号量を等しくするよう参照
ビット線電位を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に低電圧動作
と高速性を要求される半導体記憶装置に適用される。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置は、システムの低電圧化
に伴い、いかにデータのセンス速度が遅くならないよう
にするかということが重要である。ここで着目すべき
は、セルトランジスタ(メモリセルともいう)のゲート
絶縁膜厚が薄くなることにより、ワード線のブートレベ
ルが低電圧化される。しかし、一方ではメモリセルの許
容最小しきい電圧は世代間でほとんど変化していないと
いう点である。
【0003】図10は、従来のDRAM(Dynamic RAM
)の読み出し動作に関するワード線とビット線の波形
図を示す。システムの低電圧化がそれほど著しくないD
RAMでは、ワード線WLのブート電圧Vwlh 1 が十分
に高い仕様である。この場合、オンするメモリセルのし
きい電圧分の降下(Vth)は、読み出し時のセンス速度
に何等悪影響を与えなかった。次に説明する。
【0004】図10において、メモリセルのストレージ
ノードの“H”(ハイレベル)電位の取り得る最大値V
sn(1)maxは、ワード線ブート電圧(Vwlh 1 )より規定
される。すなわち、Vwlh 1 よりメモリセルのしきい電
圧(Vth)分降下したレベルとなる。
【0005】読み出しのビット線の“H”電位(Vblh
)は、メモリセルの“H”電位と等しいか、より低い
値で設定可能であった。つまり、Vsn(1)max≧Vblh で
あって、結果的にVblh =Vsn(1) となっていた(Vsn
(1) はメモリセルのストレージノードの“H”電位とし
て決定された値(≦Vsn(1)max))。これに伴い、イコ
ライズ(またはプリチャージ)用としての参照ビット線
電位(Vblh /2)も、センスアンプにおいて駆動能力
を発揮する十分な電位を与えることになり、高速な読み
出しを可能とする(図中の式のCb はビット線容量、C
s はメモリセルのストレージ容量)。
【0006】すなわち、センス側のビット線電位は、保
持データに対応する電位Vsn(0) あるいはVsn(1) を持
つメモリセルのストレージノードと繋がる。センス側の
ビット線電位はイコライズ電位(Vblh /2)からセン
ス電位(VBL(0) あるいはVBL(1) )に変化する。
ここでは、ビット線に繋がるストレージノードの電位も
センス電位に変化することを示している。その後、この
センス電位は参照ビット線の電位、すなわち、Vblh /
2と比較されるセンス増幅を経ることにより、メモリセ
ルのデータとして読み出される。
【0007】上記DRAMにおいて、そのメモリセルの
ストレージノードにおける“L”電位Vsn(0) と“H”
電位Vsn(1) には、読み出し時のセンス速度に支障がな
い程度の電位差が設けられる。従って、読み出し時のビ
ット線の“H”電位(Vblh)は、何等支障なくメモリ
セルの“H”電位と等しく設定される仕様が一般的であ
った。
【0008】しかしながら、システムの低電圧化が著し
いDRAMでは、図11に示される波形図のように、メ
モリセルのしきい電圧分の降下(Vth)が、読み出し時
のセンス速度に悪影響を与える。次に説明する。
【0009】図11におけるワード線WLのブート電圧
Vwlh 2 は、図10のVwlh 1 に比べてさらに低く設定
されている。すると、上述と同様のメモリセルのしきい
電圧分の降下(Vth)の影響により、メモリセルの取り
得る“H”電位Vsn(1)maxも低下する。この図12に示
されるように、ビット線“H”電位(Vblh )は、メモ
リセルの“H”電位Vsn(1)maxと等しいかあるいはより
低く設定されるのが一般的である。従って、参照ビット
線電位(Vblh /2)も図10と比べて低下する。
【0010】この結果、読み出し時のセンス速度が遅く
なる。すなわち、図示しないセンスアンプに供給される
動作電源の電位(Vblh )、そして参照ビット線電位V
blh/2及びビット線のセンス電位(VBL(0) あるい
はVBL(1) )が全体的に低いレベルとなる。これによ
り、センスアンプ内の増幅動作するトランジスタの駆動
能力を落とし、増幅動作が緩慢になる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】半導体記憶装置のシス
テムの低電圧化に伴ってワード線のブート電圧が低くな
り、メモリセルの“H”(ハイレベル)電位は、メモリ
セルの持つしきい電圧の影響を受けさらに低くなる。こ
うなると、メモリセルの“H”電位とビット線の“H”
電位とを等しく設定する構成では、参照ビット線電位も
低くならざるを得ず、センス系回路での読み出し動作の
高速性に支障をきたす恐れがある。この発明は上記のよ
うな事情を考慮し、その課題は、システムの低電圧化と
動作高速性の両立を達成する半導体記憶装置を提供する
ことである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体記憶装
置は、ワード線とビット線に所定のタイミングでワード
線制御信号とビット線制御信号が供給され、これらワー
ド線制御信号とビット線制御信号とで選択制御されるそ
れぞれの記憶用素子からなるメモリセルをマトリクス状
に配列してなるメモリセルアレイと、前記各ワード線と
第1の電位との間に設けられ、前記ワード線制御信号が
供給されて選択されるワード線の電位を前記第1の電位
よりも高い第2の電位に昇圧する第1の昇圧回路と、前
記各ビット線と前記第1の電位との間に設けられ、前記
ビット線制御信号が供給されて選択されるビット線の電
位を、前記第2の電位から前記メモリセルのしきい電圧
分だけ低い電位よりも高い第3の電位とする電位発生回
路と、前記第3の電位を動作電源として動作する、前記
選択制御される前記メモリセルの記憶データが伝達され
る読み出し側のビット線の電位と、参照ビット線の電位
との差を増幅するセンスアンプ回路とを具備したことを
特徴とする。
【0013】さらに、この発明の半導体記憶装置は、前
記センスアンプ回路の動作時に読み出し側のビット線電
位と参照側のビット線電位との差が前記メモリセルの
“H”(ハイレベル)電位,“L”(ローレベル)電位
いずれの記憶データの読み出し時にも等しくなるように
調整する制御回路を具備する。
【0014】この発明では、システムの低電圧化に対応
しつつ、ビット線読み出し信号量を保ったまま参照ビッ
ト線電位を高くすることができセンス速度を速める。ま
た、上記制御回路によって、第3の電位を用いるビット
線の“H”(ハイレベル)電位を、記憶データを表すメ
モリセルの“H”(ハイレベル)電位より大きく設定し
たことにより生ずるビット線読み出し信号の“H”
“L”間不均衡の是正を行う。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1実施例に
係るDRAMの要部を示すブロック図である。メモリセ
ルアレイ10は、ワード線WLとビット線BLに所定のタ
イミングで制御信号が供給されることによって選択制御
されるメモリセルをマトリクス状に配列している。レギ
ュレータ11は、外部電源Vccを降圧し、メモリシステム
の安定した内部電源電位Vint を生成する。
【0016】昇圧回路12は、電位Vint よりも高いロウ
系の高電位Vwlh (高電位Vppと同様)を生成する。こ
の電位Vwlh は、ロウデコーダ13及びワード線駆動回路
14の動作電源となる。ビット線“H”(ハイレベル)電
位発生回路15は、電位Vintを用いて、このメモリシス
テムのビット線の“H”電位Vblh を生成する。このV
blh 電位は、上記電位Vwlh からメモリセルアレイ10中
のメモリセルのしきい電圧Vth分だけ低い電位よりも高
い。換言すれば、このVblh 電位は、メモリセルのスト
レージノードの“H”電位、すなわち、1つの記憶デー
タとして現れるメモリセルの“H”(ハイレベル)電位
の取り得る最大値Vsn(1)maxよりも高い。このVblh 電
位は、センスアンプ/データラッチ17の動作電源とな
る。カラムデコーダ16は電位Vint により制御され、そ
のデコード信号は、カラムゲート18を介して外部の入出
力I/Oとメモリセルアレイ10との間の信号の伝達を制
御する。
【0017】Vblh /2発生回路19は、Vblh とVint
の電位を受け、Vblh の中間の電位(Vblh /2)を生
成する。このVblh /2電位は、ダミーワード線駆動回
路20及びイコライズ回路21に供給される。
【0018】上記構成によれば、メモリセルの“H”電
位とビット線の“H”電位とが異なるシステムとなる。
これにより、ビット線の“H”電位はメモリセルの
“H”電位に依存しないで設定することができ、参照ビ
ット線電位(Vblh /2)は、メモリセルの“H”電位
の半分よりも高い設定とすることができる。この結果、
センスアンプ/データラッチ17の動作電源がメモリセル
の“H”電位より高く設定されると共に、センスアンプ
/データラッチ17のラッチノードでの参照電位は上記参
照ビット線電位(Vblh /2)であるため、読み出し動
作の高速性を損なうことを防ぐ。
【0019】この発明に関し、データのセンス速度を速
めるために、ビット線“H”電位を、メモリセルの持つ
“H”電位より大きく設定した場合、ビット線読み出し
信号の“H”“L”間不均衡が生じる。
【0020】すなわち、図2の波形図に示されるよう
に、メモリセルの“H”電位がビット線“H”電位より
も低く、メモリセルの“L”電位もビット線“L”電位
も0Vであることから、ビット線“H”読み出し信号量
が“L”のそれよりも少なくなってしまう。両者の和は
メモリセルの“H”電位そもそもの低電圧性のため一定
である。これにより、ビット線の“H”、“L”が常に
偏った読み出し信号量である(図中の式のCb はビット
線容量、Cs はメモリセルのストレージ容量)。
【0021】図2の波形図において、センス側のビット
線電位は、保持データに対応する電位Vsn(0) あるいは
Vsn(1) を持つメモリセルのストレージノードと繋が
る。ここで、Vsn(1) は、ワード線ブート電圧(Vwlh
)より規定されるメモリセルの“H”電位の取り得る
最大値Vsn(1)maxに等しい。また、Vsn(0) は0Vの接
地電位である。センス側のビット線電位はイコライズ電
位(Vblh /2)からセンス電位(VBL(0) あるいは
VBL(1) )に変化する。ここでは、ビット線に繋がる
ストレージノードの電位もセンス電位に変化することを
示している。その後、このセンス電位は参照ビット線電
位Vblh /2と比較されるセンス増幅を経ることによ
り、メモリセルのデータとして読み出される。
【0022】しかし、上述したように、ビット線“H”
読み出し信号量が“L”のそれよりも{Cs /(Cb +
Cs )}×Δv少ない不均衡が生じるので、ビット線の
VBL(1) データがセンスアンプ増幅時に反転し、正確
な読み出しができなくなる恐れがある。このことは、製
品の不良率の増大につながる。
【0023】そこで、この発明では、メモリセルアレイ
内のダミーワード線とダミーセルに関し、ダミーワード
線にデータ読み出し時に適切な電位変化を与える、ある
いは、ダミーセルに適切な電位を与えておいてデータ読
み出し時にダミーワード線を駆動することにより、参照
ビット線の電位を調整し、両読み出し信号量を、たとえ
メモリセルのしきい値にプロセスばらつきがあっても等
しくすることを実現する。
【0024】この発明の第2の実施の形態以降は、セン
ス速度を速めるためにビット線“H”電位をセル“H”
電圧以上に設定した場合に生ずるビット線読み出し信号
の“H”“L”間不均衡の是正を行う回路システムに関
する。
【0025】図3は、この発明の第2の実施の形態に係
るDRAMのメモリセルアレイ部を示す回路図であり、
図1のメモリセルアレイ10に相当する。信号読み出しビ
ット線(BLまたは/BL(/は図では上にバーがあ
る))と2本のダミーワード線(DWL11 ,2 または
DWL0 ,3 )との間に、それぞれ容量がメモリセルの
半分(0.5Cs )の単純結合容量ダミーセルを1個ず
つ配置する。さらに、参照ビット線(/BLまたはB
L)と別の2本のダミーワード線(DWL0 ,3 または
DWL1 ,2 )との間にもそれぞれ同様のダミーセルを
1個ずつ配置する。
【0026】このような構成によって、読み出しにおけ
るセンス増幅時、ビット線“H”電位(Vblh )が、ワ
ード線ブート電圧より規定されるメモリセル“H”電位
の取り得る最大値(Vsn(1)max=Vsn(1) )よりも高く
設定されたシステムにおいて、ワード線選択時に前記4
本のダミーワード線に適切な電位変動を与えて、ビット
線“H”“L”読み出し信号量を等しくする。図3にお
いて、Vsn(1) は、
【0027】
【数2】 であるので、Vsn(1) をVblh −Δvと表す。上記(2)
式で、Vwlh はワード線ブート電圧、Vth(cell.h)は
“H”書き込み時のメモリセルのしきい電圧である。
【0028】図4はワード線駆動回路を示す回路図であ
り、図1の14内に複数形成されるワード線4本分の駆動
回路の1つである。各CMOSインバータIV0 〜3 の
共通入力端には、このワード線駆動回路の活性/非活性
を制御するロウアドレス信号Add(n) が供給され、各
CMOSインバータIV0 〜3 の各電源には各ワード線
を選択制御するためのロウアドレス信号WLDV(0) 〜
(3) が供給される。各CMOSインバータIV0 〜3 の
出力は対応するワード線に繋がり、その各ワード線へ、
Add(n) 及びWLDV(0) 〜(3) に応じて駆動信号W
L(4n)〜(4n+3)を送出する。各ワード線と接地電位
と間に接続されたトランジスタRT0 〜3 はリセット用
トランジスタであり、その各ゲートにリセットのための
ロウアドレス信号WLRST(0) 〜(3) が供給され制御
される。上記図4のようなワード線駆動回路で、ワード
線WL1 を選択した時、ダミーセルがない場合にはビッ
ト線“H”読み出し電位は、
【0029】
【数3】 また、ビット線“L”読み出し電位は、
【0030】
【数4】 となって、両読み出し信号量が等しくならない(VBL
(1) −(Vblh /2)<(Vblh /2)−VBL(0)
)。ここで、Cb はビット線容量、Cs はメモリセル
のストレージ容量である。このビット線読み出しの
“H”“L”不均衡は前記図2に示されている。
【0031】図2から、参照ビット線電位は、Vblh /
2である。これを(Vblh /2)−{Cs /(Cb +C
s )}・(Δv/2)にシフトすることにより、両読み
出し信号量を等しくすることができる。このシフトされ
た電位は、Vsn(1) /2より大きな値なので、Vblh =
Vsn(1) と設定した場合と比較して、ビット線読み出し
信号量を保ったまま参照ビット線電位を高くし、センス
速度を速めることになる。
【0032】図3において、ダミーセル容量がCs /2
の場合(図では0.5Cs )、例えばWL1 の選択時
に、参照ビット線との間にダミーセルを持つ2本のダミ
ーワード線DWL1 ,2 それぞれの電位変化ΔVdwl1,
ΔVdwl2の和を以下の式(5) のようにし、残る2本DW
L0 ,3 をVblh /2にそろえることで、上述の参照ビ
ット線の電位シフトが実現できる。
【0033】
【数5】
【0034】図5(a),(b)は、上式(5) の条件を
満足させる回路図を示している。すなわち、ビット線
“H”“L”読み出し信号量を等しくすることができる
ダミーワード線駆動回路である。ダミーワード線選択回
路31及びダミーワード線プリチャージ制御回路32は、各
ワード線を選択制御するためのロウアドレス信号(図4
に対応記号あり、番号の()は取去ったもの)が供給さ
れることによって制御され、その出力はダミーワード線
駆動回路20を制御する。ダミーワード線駆動回路20に
は、Vblh /2の発生回路(19;図1に図示)からの、
Vblh /2が供給される。
【0035】図5(a)の回路図において、ダミーワー
ド線選択回路31は、各ワード線を選択制御するためのロ
ウアドレス信号WLDV1 ,2 を入力しNORゲートか
らインバータを介した信号W12を生成する。ダミーワー
ド線選択回路31はロウ系の回路と同様Vpp系回路であ
り、信号W12の“H”電位はVwlh に等しい。ダミーワ
ード線プリチャージ制御回路32は、リセットのためのロ
ウアドレス信号WLRST1 ,2 を入力するNORゲー
トの出力を、信号W03,/W03(後述の図5(b)のダ
ミーワード線選択回路31の信号;/W03の先頭の/は図
では上にバーがある)で制御されるクロックドインバー
タ321 が受け、クロックドインバータ321からプリチャ
ージ信号を出力する。クロックドインバータ321 の動作
電源は、図1のVint 電位である。322 はターンオフ用
のトランジスタである。上記信号W12とプリチャージ信
号は、ダミーワード線駆動回路20に供給される。ダミー
ワード線駆動回路20の動作電源は図1のVblh 電位であ
る。このVblh 電位にドレインが接続されるトランジス
タ201 は、メモリセルと同じしきい電圧を有する。トラ
ンジスタ201 と接地電位との間に設けられた直列トラン
ジスタ202 〜204 は、トランジスタ201 に比べてしきい
電圧が低く、動作時、そのゲート電位が十分高いのでし
きい電圧の影響をほとんど受けない。トランジスタ202
,203 の共通ゲートに上記プリチャージ信号が与えら
れる。トランジスタ202 ,203 の共通ドレインに上記V
blh /2電位が与えられる。トランジスタ201 ,204 の
ゲートにはダミーワード線選択回路31からの信号W12が
与えられる。
【0036】図5(b)の回路図において、ダミーワー
ド線選択回路31は、各ワード線を選択制御するためのロ
ウアドレス信号WLDV0 ,3 を入力しNORゲートか
らインバータを介した信号W03を生成する。ダミーワー
ド線選択回路31はロウ系の回路と同様Vpp系回路であ
り、信号W03の“H”電位はVwlh に等しい。ダミーワ
ード線プリチャージ制御回路32は、リセットのためのロ
ウアドレス信号WLRST0 ,3 を入力するNORゲー
トの出力を、信号W12,/W12(前述の図5(a)のダ
ミーワード線選択回路31の信号;/W12の先頭の/は図
では上にバーがある)で制御されるクロックドインバー
タ321 が受け、クロックドインバータ321からプリチャ
ージ信号を出力する。クロックドインバータ321 の動作
電源は、図1のVint 電位である。322 はターンオフ用
のトランジスタである。上記信号W03とプリチャージ信
号は、ダミーワード線駆動回路20に供給される。ダミー
ワード線駆動回路20の動作電源は図1のVblh 電位であ
る。このVblh 電位にドレインが接続されるトランジス
タ201 は、メモリセルと同じしきい電圧を有する。トラ
ンジスタ201 と接地電位との間に設けられた直列トラン
ジスタ202 〜204 は、トランジスタ201 に比べてしきい
電圧が低く、動作時、そのゲート電位が十分高いのでし
きい電圧の影響をほとんど受けない。トランジスタ202
,203 の共通ゲートに上記プリチャージ信号が与えら
れる。トランジスタ202 ,203 の共通ドレインに上記V
blh /2電位が与えられる。トランジスタ201 ,204 の
ゲートにはダミーワード線選択回路31からの信号W03が
与えられる。
【0037】上記図5の回路動作を説明する。例えば、
図3のメモリセルアレイ中でワード線WL1 が選択され
た場合、ダミーワード線DWL1 の電位Vdwl1は、ビッ
ト線イコライズ電位(Vblh /2)からVblh −Δvに
変化し、ダミーワード線DWL2 の電位Vdwl2はイコラ
イズ電位から接地電位になる。このとき、ダミーワード
線DWL0 ,3 はVblh /2になっている。これによ
り、参照ビット線電位は、(Vblh /2)−{Cs /
(Cb +Cs )}・(Δv/2)にシフトする。この結
果、ビット線読み出しの“H”“L”信号量の不均衡は
是正される。
【0038】図6は、図5(a)における、メモリセル
の持つしきい電圧を有するトランジスタ201 の構造例を
示す平面図である。トランジスタ201 はメモリセルと全
く同じように構成される。この場合、トランジスタはC
ell 1 ,Cell 2 と2つ形成されるので、トランジスタ
201 は、Cell 1 ,Cell 2 の2つで構成することにな
る。図5(b)のトランジスタ201 も同様である。
【0039】図7は、この発明の第3の実施形態に係る
DRAMのメモリセルアレイ部を示す回路図であり、図
1のメモリセルアレイ10に相当する。信号読み出しビッ
ト線、参照ビット線それぞれに、ダミーワード線(DW
L12,DWL03)をゲートに接続したセルトランジスタ
を持つ書き込み型の容量Cd (=Cs )のダミーセルが
1個ずつ接続されている。
【0040】このような構成によって、読み出しにおけ
るセンス増幅時、ビット線“H”電位(Vblh )が、ワ
ード線ブート電圧より規定されるメモリセル“H”電位
の取り得る最大値(Vsn(1)max)よりも高く設定された
システムにおいて、イコライズ時にプリチャージ電位を
与え、ワード線選択時に参照ビット線に対応するダミー
ワード線も駆動し、ビット線“H”“L”読み出し信号
量を等しくする。
【0041】図7において、メモリセルに関する電位の
設定は第2の実施形態と同じである。この例では、ダミ
ーセル容量Cd がメモリセル容量Cs と等しく、書き込
みプリチャージ電位Vdcが、
【0042】
【数6】 である。上記電位Vdc1 は、図8に示す電源発生回路で
生成される。すなわち、(Vblh −Δv)電位を分圧す
る回路で達成する(詳細は図9(a))。ダミーワード
線はワード線と同じように図4の構成の駆動形式であ
る。例えばWL1 が駆動された時にDWL12も駆動され
るが、DWL03は接地電位に留まる。これにより、信号
読み出し時の参照ビット線電位VBL.refが、第2の実
施形態と同様に、
【0043】
【数7】 とシフトし、ビット線“H”“L“読み出し信号量が等
しくなる。
【0044】次に、前記図7を用いて、この発明の第4
の実施形態を説明する。信号読み出しビット線、参照ビ
ット線それぞれに、ダミーワード線をゲートとするセル
トランジスタを持つ書き込み型の容量2Cs (=Cd )
のダミーセルが1個ずつ接続されている。
【0045】このような構成によって、読み出しにおけ
るセンス増幅時、ビット線“H”電位(Vblh )が、ワ
ード線ブート電圧より規定されるメモリセル“H”電位
の取り得る最大値(Vsn(1)max)よりも高く設定された
システムにおいて、イコライズ時にプリチャージ電位を
与え、ワード線選択時に参照ビット線に対応するダミー
ワード線も駆動し、ビット線“H”“L”読み出し信号
量を等しくする。図7において、メモリセルに関する電
位の設定は第2の実施形態と同じである。この例では、
ダミーセル容量Cd がメモリセル容量の2倍(2Cs )
と等しく、書き込みプリチャージ電位Vdcが、
【0046】
【数8】 である。上記電位Vdc2 は、図8に示す電源発生回路で
生成される。すなわち、(Vblh −Δv)電位を分圧す
る回路で達成する(詳細は図9(b))。ダミーワード
線はワード線と同じように図4の構成の駆動形式であ
る。例えばWL1 が駆動された時にDWL12も駆動され
るがDWL03はグラウンドに留まる。これにより、信号
読み出し時の参照ビット線電位VBL.refが、上述の第
3の実施形態と同様にシフトし、ビット線“H”“L”
読み出し信号量が等しくなる。ダミーセル容量Cd がメ
モリセル容量の2倍(2Cs )とした構成では、セルの
レイアウト上、不規則性がないという利点があげられ
る。
【0047】次に、前記図7を用いて、この発明の第5
の実施形態を説明する。信号読み出しビット線、参照ビ
ット線それぞれに、ダミーワード線をゲートとするセル
トランジスタを持つ書き込み型の容量nCs (=Cd )
のダミーセルが1個ずつ接続されている。
【0048】このような構成によって、読み出しにおけ
るセンス増幅時、ビット線“H”電位(Vblh )が、ワ
ード線ブート電圧より規定されるメモリセル“H”電位
の取り得る最大値(Vsn(1))よりも高く設定されたシス
テムにおいて、イコライズ時にプリチャージ電位を与
え、ワード線選択時に参照ビット線に対応するダミーワ
ード線も駆動し、ビット線“H”“L”読み出し信号量
を等しくする。図7において、メモリセルに関する電位
の設定は第2の実施形態と同じである。この例では、ダ
ミーセル容量Cd がメモリセル容量のn倍(nCs )と
等しく、書き込みプリチャージ電位Vdcが、
【0049】
【数9】 である。上記電位Vdcn は、図8に示す電源発生回路で
生成される。すなわち、(Vblh −Δv)電位を分圧す
る回路で達成する(詳細は図9(b))。ダミーワード
線はワード線と同じように図4の構成の駆動形式であ
る。例えばWL1 が駆動された時にDWL12も駆動され
るがDWL03は接地電位に留まる。これにより、信号読
み出し時の参照ビット線電位VBL.refが、上述の第3
の実施形態と同様にシフトし、ビット線“H”“L”読
み出し信号量が等しくなる。
【0050】図9(a),(b)はそれぞれ、図8の構
成例を示す回路図であり、(a)は第3の実施形態にお
ける電位Vdc1 の出力用、(b)は第4、第5の実施形
態における電位Vdc2 〜Vdcn の出力用としての回路図
である。いずれも図8に示されるように、(Vblh −Δ
v)電位発生回路41と分圧回路42によって構成される。
(Vblh −Δv)電位発生回路41は、ワード線の“H”
電位をゲートに供給するメモリセルと同様の2個のトラ
ンジスタCell 1 ,Cell 2 により、ビット線の“H”
電位Vblh からΔv差し引いた電位を作り、アンプA1
より出力される対応信号をPチャネルMOSトランジス
タPT1 のゲートに入力する。このトランジスタPT1
のゲート制御によって、内部電源Vint から(Vblh −
Δv)電位を生成する。アンプA1 は、その非反転入力
端子を用いてフィードバック制御され、安定した(Vbl
h −Δv)電位を分圧回路42に伝達する。
【0051】分圧回路42は、分割抵抗R1 ,R2 (ある
いはR3 〜R6 )を用いることによって(Vblh −Δ
v)電位を所定の電位に分圧し、アンプA2 のフィード
バック制御及びPチャネルMOSトランジスタPT2 の
ゲート制御により、安定した所定電位Vdc1 (あるいは
Vdcn )を出力する。なお、分割抵抗R1 ,R2 または
R3 ,R4 、またはR5 ,R6 の関係は図に記載したと
おりである(Cb はビット線容量、Cs はメモリセルの
ストレージ容量、n=2,3,4,…)。上記各実施の形態によ
れば、ワード線選択時に得られるビット線読み出し信号
量が“H”“L”共に
【0052】
【数10】 であり、一方参照ビット線電位は、
【0053】
【数11】 となる。つまり、増幅時においてビット線“H”電位
を、低電圧化される傾向にあるワード線ブート電圧によ
り規定されるメモリセル“H”電位の最大値と等しく設
定せずに、より大きく設定することにより、ビット線読
み出し信号量を変化させずに参照ビット線電位を上昇さ
せる。すなわち、
【0054】
【数12】 である。従って、センス速度も増すことになる。この結
果、低電圧化と高速性の両方に寄与することができる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
システムの低電圧化に対応しつつ、ビット線“H”電位
を、ワード線ブート電圧により規定されるメモリセル
“H”電位の最大値と等しく設定せずに、より大きく設
定することにより、ビット線読み出し信号量を変化させ
ずに参照ビット線電位を高くすることができるので、セ
ンス速度を速める。また、ビット線読み出し信号の
“H”“L”間不均衡の是正が行える回路構成を具備す
ることにより、より高い信頼性を得ることができる。こ
の結果、システムの低電圧化と動作高速性の両立を達成
する半導体記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例に係るDRAMの要部を
示すブロック図。
【図2】ビット線読み出し信号の“H”“L”間不均衡
が生じた波形図。
【図3】この発明の第2の実施の形態に係るDRAMの
メモリセルアレイ部を示す回路図。
【図4】ワード線駆動回路を示す回路図。
【図5】図5(a),(b)はビット線“H”“L”読
み出し信号量を等しくすることができるダミーワード線
駆動回路を示す回路図。
【図6】図5(a)に用いられる、メモリセルの持つし
きい電圧を有するトランジスタの構造例を示す平面図。
【図7】この発明の第3の実施形態に係るDRAMのメ
モリセルアレイ部を示す回路図。
【図8】この発明に適用される電源発生回路を示すブロ
ック図。
【図9】図9(a),(b)はそれぞれ、図8の構成例
を示す回路図であり、(a)は第3の実施形態における
電位Vdc1 の出力用、(b)は第4、第5の実施形態に
おける電位Vdc2 〜Vdcn の出力用としての回路図。
【図10】従来のDRAM(Dynamic RAM )の読み出し
動作に関するワード線とビット線の波形図。
【図11】DRAMの読み出し動作に関し、ワード線W
Lのブート電圧が図10に比べてさらに低く、メモリセ
ルのしきい電圧の影響を受け、メモリセルのストレージ
ノードの“H”電位も低下するワード線とビット線の波
形図。
【符号の説明】
10…メモリセルアレイ 11…レギュレータ 12…昇圧回路 13…ロウデコーダ 14…ワード線駆動回路 15…ビット線“H”電位発生回路 16…カラムデコーダ 17…センスアンプ/データラッチ 18…カラムゲート 19…Vblh /2発生回路 20…ダミーワード線駆動回路 21…イコライズ回路 31…ダミーワード線選択回路 32…ダミーワード線プリチャージ制御回路 41…(Vblh −Δv)電位発生回路 42…分圧回路

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワード線とビット線に所定のタイミング
    でワード線制御信号とビット線制御信号が供給され、こ
    れらワード線制御信号とビット線制御信号とで選択制御
    されるそれぞれの記憶用素子からなるメモリセルをマト
    リクス状に配列してなるメモリセルアレイと、 前記ワード線制御信号が供給されて選択されるワード線
    の電位を前記第1の電位よりも高い第2の電位に昇圧す
    る昇圧回路と、 前記各ビット線と前記第1の電位との間に設けられ、前
    記ビット線制御信号が供給されて選択されるビット線の
    電位を、前記第2の電位から前記メモリセルのしきい電
    圧分だけ低い電位よりも高い第3の電位とする電位発生
    回路と、 前記第3の電位を動作電源として動作する、前記選択制
    御される前記メモリセルの記憶データが伝達される読み
    出し側のビット線の電位と、参照ビット線の電位との差
    を増幅するセンスアンプ回路とを具備したことを特徴と
    する半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記センスアンプ回路の動作時に読み出
    し側のビット線電位と参照側のビット線電位との差が前
    記メモリセルの“H”(ハイレベル)電位,“L”(ロ
    ーレベル)電位いずれの記憶データの読み出し時にも等
    しくなるように調整する制御回路をさらに具備したこと
    を特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 ワード線とビット線に所定のタイミング
    で第1電位のワード線制御信号とこの第1電位よりも低
    い第2電位のビット線制御信号が供給され、これらワー
    ド線制御信号とビット線制御信号とで選択制御されるそ
    れぞれの記憶用素子からなるメモリセルをマトリクス状
    に配列してなるメモリセルアレイと、 前記第1電位から前記メモリセルのしきい電圧分だけ低
    い電位よりも高い第3電位を動作電源として、前記メモ
    リセルの記憶データが伝達される読み出し側のビット線
    の電位と、参照ビット線の電位との差を増幅するセンス
    アンプ回路と、 前記メモリセルアレイ中に含まれ、前記メモリセルの記
    憶データの読み出し時の参照ビット線の電位を生成する
    ために駆動されるダミーワード線及びダミーセルと、 前記ワード線制御信号によりワード線を選択して前記メ
    モリセルの記憶データをビット線に読み出す時に、前記
    ダミーワード線に電圧変化を与え、読み出し側のビット
    線電位と参照ビット線電位との差が前記メモリセルの
    “H”(ハイレベル)電位、“L”(ローレベル)電位
    いずれの記憶データの読み出し時にも等しくなるように
    する制御回路とを具備したことを特徴とする半導体記憶
    装置。
  4. 【請求項4】 前記制御回路による参照ビット線電位
    は、前記記憶データに応じる前記メモリセルの“H”電
    位の半分より大きいことを特徴とする請求項3記載の半
    導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記ダミーセルは前記ダミーワード線と
    ビット線の単純結合容量であることを特徴とする請求項
    3記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記ダミーセルは前記ダミーワード線を
    ゲートとするセルトランジスタを持つプリチャージ形式
    であり、プリチャージ電位は前記制御回路から発生され
    ることを特徴とする請求項3記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記ダミーセルがゲート容量で構成され
    ていることを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装
    置。
  8. 【請求項8】 前記ダミーセルがメモリセルで構成され
    ていることを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装
    置。
  9. 【請求項9】 前記ダミーワード線とダミーセルに関
    し、各ビット線にはメモリセルのストレージ容量Cs の
    半分(Cs /2)のダミーセルが2個設けられ、かつそ
    れに伴うダミーワード線も2本設けられ、前記センスア
    ンプ回路の増幅時において、前記第3電位で規定される
    ビット線“H”電位から、前記第1電位で規定されるこ
    の第1電位より前記メモリセルのしきい電圧分低い前記
    メモリセル“H”電位を引いた電圧量をΔvとすると、
    ワード線選択時に、前記読み出し側のビット線に対応す
    る2本のダミーワード線を前記ビット線“H”電位の半
    分にし、前記参照ビット線に対応する2本のダミーワー
    ド線の電位を前記制御回路により変化させ、その両変化
    の和を−Δvにすることを特徴とする請求項3記載の半
    導体記憶装置。
  10. 【請求項10】 前記ビット線対に対応する4本のダミ
    ーワード線のプリチャージ電位は、前記センスアンプ回
    路の増幅時、前記ビット線“H”電位の半分であるビッ
    ト線イコライズ電位であり、前記制御回路によって、前
    記ワード線選択時に前記参照ビット線に対応する2本の
    ダミーワード線の一方は接地電位に、もう一方は前記メ
    モリセル“H”電位にされることを特徴とする請求項9
    記載の半導体記憶装置。
  11. 【請求項11】 前記メモリセル“H”電位の生成にメ
    モリセルと同様のセルトランジスタを利用することを特
    徴とする請求項10記載の半導体記憶装置。
  12. 【請求項12】 前記ダミーワード線とダミーセルに関
    し、前記メモリセルのストレージ容量nCs のダミーセ
    ルが前記ビット線に1個ずつ設けられ、ダミーセルのプ
    リチャージ電位は 【数1】 に設定され、ワード線選択時に参照ビット線に対応する
    ダミーワード線が選択されることを特徴とする請求項6
    記載の半導体記憶装置。
  13. 【請求項13】 前記 (1)式において、n=2である請
    求項12記載の半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】 前記 (1)式において、n=1である請
    求項12記載の半導体記憶装置。
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