KR100833587B1 - Semiconductor memory device for improving refresh characteristics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 액티브된 셀 어레이 블록과 액티브되지 않은 나머지 셀 어레이 블록 간에 서로 다른 백 바이어스 전압(Vbb)을 인가하므로써, 셀 트랜지스터의 접합 누설 전류를 줄여 리프레시 특성을 향상시킬 수 있다. 이를 위한 본 발명의 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치는, 로오 어드레스 디코딩신호와 프리차지 명령신호를 수신하여 이들 신호를 비교하므로써 워드 라인을 선택하는 신호가 들어올 때는 제 1 제어 신호를 발생하고, 프리차지 신호가 들어올 때는 제 2 제어 신호를 발생하는 비교부와, 상기 비교부로부터 상기 제 1 제어 신호가 수신되면 워드 라인이 선택된 셀 블록으로 제 1 기저 전압을 백 바이어스 전압으로 공급하고, 상기 제 2 제어 신호가 수신되면 상기 워드 라인이 선택되지 않은 셀 블록으로 상기 제 1 기저 전압보다 전압 레벨이 낮은 제 2 기저 전압을 백 바이어스 전압으로 공급하는 전압 선택부를 단위 셀 블록당 1개씩 구비한 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device for improving refresh characteristics. The present invention provides a refresh by reducing the junction leakage current of a cell transistor by applying a different back bias voltage (Vbb) between the active cell array block and the remaining non-active cell array block. Properties can be improved. The semiconductor memory device for improving the refresh characteristics of the present invention generates a first control signal when a signal for selecting a word line is received by receiving a row address decoding signal and a precharge command signal and comparing these signals. A comparator for generating a second control signal when a charge signal is input; and when the first control signal is received from the comparator, a first base voltage is supplied as a back bias voltage to a cell block in which a word line is selected. When the control signal is received, the word block is provided with a voltage selection unit for supplying a second base voltage having a voltage level lower than the first base voltage as a back bias voltage to the cell block is not selected, one unit per unit cell block do.
Description
도 1은 일반적인 디램 셀의 회로도1 is a circuit diagram of a typical DRAM cell
도 2는 디램 셀의 트랜지스터를 물리적으로 나타낸 단면도2 is a cross-sectional view showing a transistor of a DRAM cell physically
도 3은 본 발명에 의한 리프레시 전류 감소 회로를 나타낸 블록도3 is a block diagram showing a refresh current reduction circuit according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 로오 어드레스 디코더부 20 : 프리차지 명령부10: row address decoder 20: precharge command
30 : 비교부 40 : 전압 선택부30: comparator 40: voltage selector
본 발명은 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 액티브(Active)된 셀 어레이 블록(Cell Array Block)과 액티브되지 않은 나머지 셀 어레이 블록 간에 서로 다른 백 바이어스 전압(Vbb)을 인가하므로써, 셀 트랜지스터의 접합 누설 전류를 줄여 리프레시 특성을 향상시킨 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
일반적으로, 디램(DRAM) 셀은 스위치 역할을 하는 1개의 NMOS형 트랜지스터 와 전하(데이타)를 저장하는 1개의 커패시터로 구성된다. 메모리 셀 내의 커패시터에 전하의 유무에 따라, 즉 셀 커패시터의 단자 전압이 높은가 낮은가에 따라 2진 정보 "1" 또는 "0"이 대응된다. 2진 정보에 대응하는 전압을 메모리 셀에 인가하여 주면 라이트(write)가 진행되며, 커패시터의 전하의 유무가 전압의 고저로 변화되어 메모리 셀 외부로 검출하는 동작이 리드(read)이다. 데이타의 보관은 커패시터에 전하가 축적되어있는 것이므로 원리적으로는 전력의 소비가 없다.Generally, a DRAM cell consists of one NMOS transistor acting as a switch and one capacitor to store charge (data). The binary information " 1 " or " 0 " corresponds to the presence or absence of charge in the capacitor in the memory cell, i.e., whether the terminal capacitor is high or low. When a voltage corresponding to the binary information is applied to the memory cell, a write is performed, and the operation of detecting the outside of the memory cell by reading whether or not the charge of the capacitor changes to a high or low voltage is a read. The storage of data is the accumulation of electric charge in the capacitor, so there is no power consumption in principle.
그러나, MOS 트랜지스터의 PN 접합 등에 누설전류가 있어서 저장된 초기의 전하량이 소멸되게 되므로 데이타가 소실된다. 따라서 데이타를 잃어버리기 전에 메모리 셀의 데이터를 읽어서 그 읽어낸 정보에 맞추어 다시금 초기의 전하량으로 재충전해 주어야 한다. 이 동작을 주기적으로 반복해야 데이타의 기억이 유지된다.However, data is lost because the initial charge amount stored in the PN junction of the MOS transistor is lost due to leakage current. Therefore, before the data is lost, the data of the memory cell must be read and recharged to the initial charge amount in accordance with the read information. This operation must be repeated periodically to maintain memory.
이 주기는 커패시터의 공정과 구조에 밀접한 관련이 있다. 이러한 셀 전하의 재충전되는 과정을 리프레시 동작이라 부르며, 데이타의 보관이 리프레시 동작의 반복이라는 다이나믹(dynamic)한 과정을 통해 이루어지므로 다이나믹 램(RAM)이라 불리운다. This period is closely related to the process and structure of the capacitor. Such a process of recharging the cell charge is called a refresh operation, and since the storage of data is performed through a dynamic process of repetition of the refresh operation, it is called a dynamic RAM.
리프레시 동작은 로오 어드레스만을 사용하여 워드 라인을 액티브시킨 뒤 센스 앰프를 활성화 시킴으로서 이루어 지는데 밖으로 데이타의 출입이 없이 센스 앰프만을 동작시킨다. The refresh operation is performed by activating the word line using only the row address and then activating the sense amplifier, which operates only the sense amplifier without data entering and exiting.
리프레시에는 칩의 동작중에 주기적으로 리프레시 명령을 받아서 다른 명령의 입력을 멈추고, 리프레시를 수행한 후에 다시 명령을 받아들이는 오토 리프레시(Auto-Refresh)와 칩이 대기상태에 있을때도 데이타의 손실을 막아주기 위해 주기적으로 데이타를 읽고 쓰는 동작을 하는 셀프 리프레시(Self-Refresh)가 있는데, 이때는 내부 타이머를 동작시켜 주기를 결정해 준다.In the refresh operation, it receives the refresh command periodically during the operation of the chip to stop the input of other commands, and to prevent the loss of data even when the chip is in the standby state. There is a self-refresh, which reads and writes data periodically. In this case, it decides to operate the internal timer.
도 1은 일반적인 디램의 셀을 나타낸 회로도로서, 스위칭 역할을 하는 1개의 NMOS형 트랜지스터(NM)와 전하(데이타)를 저장하는 1개의 커패시터(C)로 구성된다.FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a general DRAM cell, and includes one NMOS transistor NM serving as a switching role and one capacitor C storing charge (data).
라이트(Write) 동작의 경우에는 워드 라인(WL)의 액티브에 의해 NMOS 트랜지스터(NM)가 턴온되어 비트 라인(BL)으로 전송된 라이트 데이타(로직 하이 또는 로직 로우)를 NMOS 트랜지스터(NM)와 캐패시터(C) 사이에 접속된 스토리지 노드(A)에 저장한다. 그리고, 리드(Read) 동작의 경우 워드 라인(WL)의 액티브에 의해 NMOS 트랜지스터(NM)가 턴온되어 NMOS 트랜지스터(NM)와 캐패시터(C) 사이에 접속된 스토리지 노드(A)에 저장된 리드 데이타(로직 하이 또는 로직 로우)를 비트 라인(BL)으로 출력한다. 이때, '로직 하이' 데이타로 이용되는 전위는 전원 전압(VCC)이 사용되고, 백 바이어스 전압으로 기저 전압(Vbb)이 사용된다.In the case of a write operation, the NMOS transistor NM is turned on by active of the word line WL to transfer the write data (logic high or logic low) transferred to the bit line BL to the NMOS transistor NM and the capacitor. (C) is stored in the storage node (A) connected between. In the read operation, the NMOS transistor NM is turned on by the active word line WL, and the read data stored in the storage node A connected between the NMOS transistor NM and the capacitor C Logic high or logic low) is output to the bit line BL. In this case, the potential used as 'logic high' data is used as the power supply voltage VCC, and the base voltage Vbb is used as the back bias voltage.
도 2는 디램 셀의 트랜지스터를 물리적(Physical)으로 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating physically a transistor of a DRAM cell.
도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 위에 게이트(2)와 스페이서(3)가 형성되고, 소오스(4) 및 드레인(5)이 형성되어 있다. 그리고, 워드 라인(WL)이 게이트에 연결되며, 스토리지 노드(A)가 소오스(4)에 연결되고 비트 라인(BL)이 드레인(5)에 연결되어 있다.As shown, the
여기서, 스토리지 노드(A)에 데이타 '1'(로직 하이)이 저장되어 있다면, 스토리지 노드(A)의 전위(Vcc)와 백 바이어스 전위(Vbb)는 접합부(Junction)를 두고 마주하고 있다. Here, if data '1' (logic high) is stored in the storage node A, the potential Vcc and the back bias potential Vbb of the storage node A face each other with a junction.
그런데, 스토리지 노드(A)의 전위(Vcc)와 백 바이어스 전위(Vbb) 사이의 전위차가 크게 되면, 전계가 높아져서 접합 누설 전류가 많아지게 된다. 이로 인해 셀의 '로직 하이' 데이타를 유지하는 시간이 줄어들게 된다. 그러나, 전위차를 약하게 하기 위해 기저 전압(Vbb)을 낮추게 되면 셀 트랜지스터의 오프 누설 전류(OFF Leakage)가 늘어나게 되어, 마찬가지로 셀의 '로직 하이' 데이타를 유지하는 시간이 줄어들게 된다. 그러므로, 기저 전압(Vbb)은 오프 누설 전류(OFF Leakage)와 접합 누설 전류(Junction Leakage)를 고려하여 적절하게 설정해야 하는 어려움이 있었다. However, when the potential difference between the potential Vcc and the back bias potential Vbb of the storage node A becomes large, the electric field becomes high and the junction leakage current increases. This reduces the time required to maintain 'logic high' data in the cell. However, lowering the base voltage Vbb to weaken the potential difference increases the OFF leakage current of the cell transistor, thus reducing the time for maintaining the logic high data of the cell. Therefore, there is a difficulty in setting the base voltage Vbb appropriately in consideration of the OFF leakage current and the junction leakage current.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 액티브된 셀 어레이 블록과 액티브되지 않은 나머지 셀 어레이 블록 간에 서로 다른 백 바이어스 전압(Vbb)을 인가하므로써, 셀 트랜지스터의 접합 누설 전류를 줄여 리프레시 특성을 향상시킬 수 있는 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to apply a different back bias voltage (Vbb) between an active cell array block and the remaining non-active cell array block, thereby preventing junction leakage of a cell transistor. It is to provide a semiconductor memory device for improving the refresh characteristics that can improve the refresh characteristics by reducing the current.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체 메모리 장치의 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치는,A semiconductor memory device for improving refresh characteristics of a semiconductor memory device for achieving the above object,
로오 어드레스 디코딩신호와 프리차지 명령신호를 수신하여 이들 신호를 비교하므로써 워드 라인을 선택하는 신호가 들어올 때는 제 1 제어 신호를 발생하고, 프리차지 신호가 들어올 때는 제 2 제어 신호를 발생하는 비교부와,A comparison unit for receiving a row address decoding signal and a precharge command signal and comparing these signals to generate a first control signal when a word line selection signal is received, and a second control signal when a precharge signal is received; ,
상기 비교부로부터 상기 제 1 제어 신호가 수신되면 워드 라인이 선택된 셀 블록으로 제 1 기저 전압을 백 바이어스 전압으로 공급하고, 상기 제 2 제어 신호가 수신되면 상기 워드 라인이 선택되지 않은 셀 블록으로 상기 제 1 기저 전압보다 전압 레벨이 낮은 제 2 기저 전압을 백 바이어스 전압으로 공급하는 전압 선택부를 단위 셀 블록당 1개씩 구비한 것을 특징으로 한다.When the first control signal is received from the comparator, a word line is supplied to the selected cell block as the back bias voltage, and when the second control signal is received, the word line is sent to the cell block where the word line is not selected. One voltage selection unit for supplying a second base voltage having a voltage level lower than the first base voltage as the back bias voltage is provided per unit cell block.
상기 전압 선택부는 상기 비교부의 출력 신호에 의해 상기 제 1 기저 전압을 자신이 속해있는 셀 블록의 백 바이어스 전압으로 스위칭하는 제 1 스위칭 트랜지스터와, 상기 비교부의 출력 신호에 의해 상기 제 2 기저 전압을 자신이 속해있는 셀 블록의 백 바이어스 전압으로 스위칭하는 제 2 스위칭 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 한다.The voltage selector is configured to switch the first base voltage to a back bias voltage of a cell block to which the comparator part belongs by the output signal of the comparator, and the second base voltage to itself by the output signal of the comparator. And a second switching transistor for switching to the back bias voltage of the cell block to which the cell block belongs.
상기 제 1 및 제 2 스위칭 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.The first and second switching transistors are NMOS transistors.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.In addition, in all the drawings for demonstrating an embodiment, the thing with the same function uses the same code | symbol, and the repeated description is abbreviate | omitted.
도 3은 본 발명에 의한 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치를 나타낸 블록도로서, 로오 어드레스 디코더부(10), 프리차지 명령부(20), 비교부(30) 및 전압 선택부(40)를 구비하며, 단위 셀 블록마다 1개씩 구비된다.3 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device for improving refresh characteristics according to an exemplary embodiment of the present invention, and includes a
상기 로오 어드레스 디코더부(10)는 액티브 명령신호가 수신되면 로오 어드 레스를 받아 단위 셀 블록을 선택하는 로오 어드레스 디코딩신호(A)를 상기 비교부(30)로 발생한다.When the active command signal is received, the
상기 프리차지 명령부(20)는 프리차지 명령신호(B)를 상기 비교부(30)로 발생한다.The
상기 비교부(30)는 수신된 상기 로오 어드레스 디코딩신호(A)와 상기 프리차지 명령신호(B)를 비교하여, 메모리 셀을 선택하는 액티브 신호가 들어올 때는 절대값이 높은 레벨의 기저 전압(Vbb1)을 선택하기 위한 제 1 제어 신호를 발생하고, 프리차지 명령신호가 들어올 때는 절대값이 낮은 레벨의 기저 전압(Vbb2)을 선택하기 위한 제 2 제어 신호를 상기 전압 선택부(40)로 발생한다.The
상기 전압 선택부(40)는 상기 비교부(30)로부터 상기 제 1 제어 신호가 수신되면 선택된 메모리 셀 블록으로 절대값이 높은 레벨의 기저 전압(Vbb1)을 백 바이어스 전압으로 공급하고, 선택되지 않은 나머지 메모리 셀 블록으로는 절대값이 낮은 레벨의 기저 전압(Vbb2)을 백 바이어스 전압으로 공급한다. 또한, 상기 비교부(30)로부터 상기 제 2 제어 신호가 수신되면 전체 메모리 셀 블록으로 절대값이 낮은 레벨의 기저 전압(Vbb2)을 백 바이어스 전압으로 공급한다.When the first control signal is received from the
상기 전압 선택부(40)는 상기 비교부(30)의 출력 신호에 의해 각각 다르게 동작되는 2개의 NMOS 트랜지스터(N1)(N2)로 구성된다. 상기 전압 선택부(40)는 상기 비교부(30)로부터 제 1 제어 신호('로직 하이')가 수신되면 NMOS 트랜지스터(N1)가 동작하여 기전 전압(Vbb1)을 셀 블록의 백 바이어스 전압으로 전송한다. 그리고, 상기 비교부(30)로부터 제 2 제어 신호('로직 로우')가 수신되면 NMOS 트랜지스터(N2)가 동작하여 기전 전압(Vbb2)을 셀 블록의 백 바이어스 전압으로 전송한다.The
일반적으로, 셀 트랜지스터의 오프 누설 전류(OFF Leakage)는 셀에 '로직 하이' 데이타가 저장되어 있고 비트 라인에 '로직 로우' 전압이 걸릴 때 발생된다. 물론, 비트 라인에 '로직 로우' 전압보다 조금 높을 경우에도 오프 누설 전류가 발생되지만, 실제 셀 블록에 걸리는 전압은 전원 전압(Vcc), 프리차지 전압(Vblp) 및 접지 전압(Vss)이 전부이므로 비트 라인에 프리차지 전압(Vblp)이 걸리면 거의 오프 누설 전류가 발생하지 않으므로, '로직 로우' 전압이 비트 라인에 걸릴 때 오프 누설 전류가 발생한다고 보면 된다. In general, an off leakage current of a cell transistor is generated when 'logic high' data is stored in a cell and 'logic low' voltage is applied to a bit line. Of course, even if the bit line is slightly higher than the 'logic low' voltage, off-leakage current is generated, but the actual voltage applied to the cell block is the supply voltage (Vcc), the precharge voltage (Vblp), and the ground voltage (Vss). When the precharge voltage (Vblp) is applied to the bit line, almost no off-leakage current occurs, the off-leakage current occurs when the 'logic low' voltage is applied to the bit line.
그런데, 비트 라인에 '로직 로우' 전압이 걸릴 경우는 워드 라인이 선택되고 센스 앰프가 동작하여 비트라인 쌍이 전원 전압(Vcc)과 접지 전압(Vss)으로 증폭되는 경우에만 해당된다. However, when the logic line voltage is applied to the bit line, the word line is selected and the sense amplifier is operated so that the bit line pair is amplified by the power supply voltage Vcc and the ground voltage Vss.
디램은 보통 512개의 워드 라인으로 작은 셀 블록을 하나로 구성하는데, 이는 역시 비트라인 캐패시터 감소에 의한 센싱 마진을 확보하기 위해서다. 따라서, 워드 라인이 선택되지 않은 셀 블록은 비트 라인에 프리차지 전압(Vblp)이 가해지고 선택된 블록만 '로직 로우' 전압이 된다.DRAM usually consists of 512 word lines, one small cell block, which is also used to secure sensing margins due to reduced bit line capacitors. Therefore, in the cell block in which the word line is not selected, the precharge voltage Vblp is applied to the bit line, and only the selected block becomes the 'logic low' voltage.
본 발명에서는 최초 서로 다른 기저 전압(Vbb1)(Vbb2)을 생성하도록 기저 전압(Vbb) 펌프회로를 구비하고 있으며, 이 기저 전압 펌프회로는 기존의 것을 그대로 사용한다. 이때, 서로 다른 기저 전압은 적당한 전압 레벨을 가지도록 만들면 되는데, 가령 예를 들어 기저 전압(Vbb1)은 -0.7V∼-0.8V 정도이고, 기저 전압(Vbb2)은 -0.2V∼-0.3V 정도이다.In the present invention, the base voltage Vbb pump circuit is provided to generate different base voltages Vbb1 and Vbb2 for the first time, and the base voltage pump circuit uses the existing one as it is. At this time, different base voltages may be made to have appropriate voltage levels. For example, the base voltage Vbb1 is about -0.7V to -0.8V, and the base voltage Vbb2 is about -0.2V to -0.3V. to be.
도 3을 참고하여 설명하면, 로오 어드레스 디코딩신호(A)가 '로직 하이'이고, 프리차지 명령 신호(B)가 '로직 로우'일 때에는, 상기 로오 어드레스 디코딩신호(A)에 의해 선택된 셀에는 기저 전압(Vbb1)이 백 바이어스 전압으로 인가되도록 제어하고, 선택되지 않은 나머지 셀에는 기저 전압(Vbb2)이 백 바이어스 전압으로 인가되도록 제어한다.Referring to FIG. 3, when the log address decoding signal A is 'logic high' and the precharge command signal B is 'logic low', the cell selected by the log address decoding signal A is included in the cell. The base voltage Vbb1 is controlled to be applied as the back bias voltage, and the base voltage Vbb2 is controlled to be applied as the back bias voltage to the remaining unselected cells.
그리고, 로오 어드레스 디코딩신호(A)가 '로직 로우'이고, 프리차지 명령 신호(B)가 '로직 하이'일 때에는, 모든 셀에 기저 전압(Vbb2)이 백 바이어스 전압으로 인가되도록 제어한다.When the low address decoding signal A is 'logic low' and the precharge command signal B is 'logic high', the base voltage Vbb2 is applied to all cells as the back bias voltage.
따라서, 전압 레벨이 다른 두 개의 기저 전압(Vbb1)(Vbb2)을 사용하여 워드라인이 선택된 셀 블록과 선택되지 않은 셀 블록의 백 바이어스 전압(Vbb)을 서로 다르게 하므로써, 오프 누설 전류와 접합 누설 전류를 줄일 수 있다.Therefore, by using the two base voltages Vbb1 and Vbb2 having different voltage levels, the back bias voltage Vbb of the cell block in which the word line is selected and the cell block in which the word line is not selected is different from each other, thereby causing the off leakage current and the junction leakage current. Can be reduced.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 리프레시 특성 향상을 위한 반도체 메모리 장치에 의하면, 액티브된 셀 어레이 블록과 액티브되지 않은 나머지 셀 어레이 블록 간에 서로 다른 백 바이어스 전압(Vbb)을 인가하므로써, 셀 트랜지스터의 접합 누설 전류를 줄여 리프레시 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the semiconductor memory device for improving the refresh characteristics of the present invention, the junction of the cell transistors is applied by applying different back bias voltages Vbb between the active cell array block and the remaining non-active cell array block. The leakage current can be reduced to improve the refresh characteristics.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이 다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes should be seen as belonging to the following claims. something to do.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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- 2001-12-22 KR KR1020010083283A patent/KR100833587B1/en not_active IP Right Cessation
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