KR20020063018A - 반도체 메모리 소자에서의 워드라인 구동방법 및 워드라인구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RAM에서 읽기/쓰기 동작시 ATD(address transition detect) 펄스 신호를 이용하여 워드 라인을 부스팅할 때 워드라인은 펄스 신호의 앞 단 천이 에지를 받도록 하고 부스트 신호는 펄스 신호의 뒷 단 천이 에지를 받도록 하여, 부스팅 전압을 유지시키기 위한 링 오실레이터 회로를 없앨 수 있게 하였다. 이로써 링 오실레이터를 써서 부스팅을 하는 회로에 비해, 동작 시간은 그대로 유지하면서 전력 소모량은 크게 줄일 수 있도록 하였다.

Description

반도체 메모리 소자에서의 워드라인 구동방법 및 워드라인 구동회로 {word line driving method in semiconductor memory device and circuit therefore}

본 발명은 반도체 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 저전력 반도체 메모리 소자에서 ATD를 이용한 워드라인 부스팅에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터 등과 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 메모리 등과 같은 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 메모리 소자는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체소자는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 지속적으로 발전되고 있다. 특히 하이 퍼포먼스 디바이스를 사용자들이 요구함에 따라 그러한 반도체 메모리 소자의 동작속도 및 소비전력에 관한 사항은 매우 중요하게 대두되고 있다.

통상의 저전력 스태이틱 랜던 억세스 메모리(이하 "SRAM")에서는 저전압 동작을 위해 워드라인을 부스팅하는 방법이 주로 쓰여져 왔다. 이 경우에 워드라인을 부스팅하기 위하여 특정한 신호를 발생한다. 즉, 기존의 저전력 SRAM의 경우 칩 선택 신호(CS)나 어드레스 천이 검출(ATD; Address Transfer Detect)를 이용한 펄스 신호를 발생시켜, 상기 펄스신호의 앞 단 천이 에지(라이징 에지)에서 부스팅 인에이블 신호가 발생되게 한다. 상기 부스팅 인에이블 신호의 발생에 의해 부스팅 전압은 디코더의 구동전원전압으로 제공되어 워드라인은 부스팅된 레벨로 부스트된다.

그러나, 칩 선택 신호나 타의 스태틱(Static)한 신호로써 부스팅 인에이블 신호를 발생시킬 경우, 시간이 경과함에 따라 누설전류로 인해 부스팅된 신호 레벨이 점점 낮아지게 된다. 또한, ATD로써 발생된 펄스 신호의 앞 단 천이 에지를 받는 경우에도 입력 신호에 스큐(skew)가 발생시 펄스신호가 다중으로 발생하게 된다. 이 다중 펄스 신호가 합쳐질 경우 펄스 신호의 앞 단 천이 에지 신호를 받아 워드라인을 부스팅하면 시간이 경과함에 따라 부스팅 레벨이 다운될 소지가 있다.

그러한 이유로 인해, 종래의 반도체 메모리 장치에서는 다운된 부스팅 레벨을 다시 정상적인 부스팅 레벨로 복구하기 위한 링 오실레이터를 구비하게 된다. 결국, 부스팅된 이후에 링 오실레이터를 구동시켜 다운된 부스팅 레벨을 다시 복구하여야 한다.

따라서, 종래에는 부스팅 레벨을 복구하기 위해 사용된 링 오실레이터에 의한 전력소모가 가중되는 문제점이 있어왔다. 또한, 제한된 칩면적 내에 링 오실레이터를 배치하고 구동을 시키는데 따른 레이아웃의 부담이 존재하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해소할 수 있는 반도체 메모리 소자를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 부스팅 동작을 개선하여 메모리 동작의 전체 속도를 저하시킴이 없이 워드라인 부스팅을 간단히 행할 수 있는 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동방법 및 워드라인 구동회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저하되는 부스팅 레벨을 복구하기 위하여 종래에 설치된 링 오실레이터를 제거할 수 있는 개선된 워드라인 부스팅 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 링 오실레이터를 채용함이 없이 워드라인의 부스팅 레벨을 안정하게 유지할 수 있는 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전력소모를 줄이고, 레이아웃의 부담을 경감시킬수 있는 스태이틱 랜덤 억세스 메모리 소자의 워드라인 부스팅 구동방법 및 그에 따른 회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상(aspect)에 따라 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동방법은, 신호의 천이에 응답하여 발생된 ATD펄스 신호의 라이징 에지에 대응하여 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호를 발생하는 단계와; 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호의 발생에 대응하여 어드레스 신호를 프리 디코딩하는 단계와; 전원공급전압보다 높은 레벨의 부스팅 전압을 발생하는 부스팅회로를 활성화시키기 위해 상기 ATD펄스 신호의 폴링 에지에 대응하여 부스팅 인에이블 신호를 발생하는 단계와; 상기 부스팅 전압을 구동전원전압으로 하여 상기 프리 디코딩된 신호를 디코딩하여 선택된 워드라인을 상기 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따라, 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동회로는, 신호의 천이를 감지하여 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부와; 상기 펄스 발생부에서 발생되는 상기 ATD펄스 신호의 라이징 에지에 응답하여 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호를 발생하고, 상기 ATD펄스 신호의 폴링 에지에 응답하여 부스팅 인에이블 신호를 발생하는 펄스 콘트롤부와; 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호에 응답하여 인가되는 어드레스 신호를 프리 디코딩하여 프리 디코딩 신호를 발생하는 프리디코더와; 상기 부스팅 인에이블 신호에 응답하여 전원공급전압보다 높은 레벨의 부스팅 전압을 발생하는 부스터 회로와; 상기 부스터 회로에서 출력되는 부스팅 전압을 구동전원전압으로서 수신하여상기 프리 디코딩 신호를 디코딩하여 선택된 워드라인이 상기 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅되도록 하는 메인 디코더를 구비함을 특징으로 한다.

상기한 방법적 및 장치적 구성에 따라, 반도체 메모리 소자의 동작 속도를 저하시킴이 없이 전력소모를 최소화할 수 있게 된다. 또한, 링 오실레이터를 제거할 수 있으므로, 소모 전력이 줄어들고 레이아웃상의 부담이 경감되는 효과가 있다.

도 1은 ATD(Address transition Detect)펄스 신호를 이용하여 워드라인을 구동하는 SRAM의 주요 블록도

도 2 통상적인 워드라인 구동에서 어드레스 스큐가 발생한 경우의 동작 타이밍도

도 3은 본 발명의 워드라인 구동에 따른 동작 타이밍도

도 4는 도 1중 메인 디코더의 구체회로도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위하여 종래의 기술을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 저전압 동작의 SRAM에서 워드라인은 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅되는 것이 본 분야에서 통상적이다. 따라서, 도 2의 동작 타이밍에서와 같이 ATD펄스의 앞 단 천이 에지에 동기하여 부스팅을 행하게 되는데, 만약, 어드레스에 스큐(Skew)가 짧은 간격으로 발생한 경우에는 ATD 펄스 신호는 원래의 펄스폭 보다 큰 펄스로서 출력된다. 이렇게 발생된 펄스의 앞 단 천이 에지를 받아서 부스팅을 할 경우, 처음에 인가된 어드레스에 대해서는 원하는 레벨로 승압된 부스트(boost)전압이 워드라인이 인가되게 되지만, 점차적으로 누설전류로 인해 그 레벨이 낮아지게 된다. 그럼에 의해, 최종적으로 인가된 유효한 어드레스에 대응되는 워드라인에는 누설 전류로 인해 승압된 레벨보다 작은 레벨이 나타난다. 이 때문에 부스트 전압 노드에는 이 누설 전류를 보상해 주는 보상회로, 예컨대 링 오실레이터가 필요하게 된다. 그러한 링 오실레이터는 전력의 소모가 많으므로, 저전력 구현에 제한요소로 작용하며, 칩의 점유면적을 증가시킨다.

따라서, 상기한 문제들을 해결하기 위해 본 발명은 ATD(Address Transition Detect)펄스를 받아서 일정 구간만 워드라인이 인에이블 되는 펄스드 워드라인(Pulsed Word Line) SRAM에서, ATD 펄스 신호를 받아 워드라인과 셀 전원 공급노드를 전원공급전압보다 높은 레벨로 구동할시, 도 3의 동작 타이밍에 따라 동작되는 도 1과 같은 구성을 마련함에 의해, 링 오실레이터 등과 같은 보상회로를 채용함이 없이도 동작속도의 저하없이 부스팅을 행할 수 있게 한다.

도 1을 참조하면, 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동회로는, ATD펄스 발생부(10), 펄스 콘트롤부(12), 프리 디코더(4), 부스터(14), 및 메인 디코더(6)를 포함한다.

상기 ATD펄스 발생부(10)는 어드레스 버퍼(20)를 통해 출력되는 어드레스 신호의 천이를 감지하여 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생한다. 펄스 콘트롤부(12)는 상기 펄스 발생부(10)에서 발생되는 상기 ATD펄스 신호의 라이징 에지에 응답하여 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호(PWL)를 발생하고, 상기 ATD펄스 신호의 폴링 에지에 응답하여 부스팅 인에이블 신호(Pboost)를 발생한다. 프리 디코더(4)는 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호(PWL)에 응답하여 인가되는 어드레스 신호를 프리 디코딩하여 프리 디코딩 신호를 발생한다. 부스터(14)는 상기 부스팅 인에이블 신호(Pboost)에 응답하여 전원공급전압보다 높은레벨의 부스팅 전압((Boosted PWR)을 발생한다. 메인 디코더(6)는 상기 부스터 회로(14)에서 출력되는 부스팅 전압을 구동전원전압으로서 수신하여 상기 프리 디코딩 신호를 디코딩하여 선택된 워드라인이 상기 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅되도록 한다.

여기서, 상기 메인 디코더(6)의 상세는 도 4에 도시된다. 도 4를 참조하면, 메인 디코더(Main Decoder)는 피형 및 엔형 모오스 트랜지스터들(P1,N1)로 이루어진 씨모오스(CMOS) 인버터로 구성된다. 인버터의 입력단에는 어드레스 신호와 상기 PWL신호가 앤드(AND)게이팅된 상기 프리 디코더(4)의 출력 즉, 프리 디코딩 신호가 인가되며, 상기 트랜지스터(P1)의 소오스가 되는 전원공급단에는 상기 부스터(14)에 의해 상기 승압된 부스팅 전압(Boosted PWR)이 구동전원전압으로서 인가된다.

이하에서는 상기 도 1의 동작을 도 3의 동작 타이밍도를 참조하여 설명한다. SRAM의 읽기 동작의 경우, 어드레스의 천이가 일어났을 때 ATD(Address Transition Detect) 펄스가 발생하게 된다. 이는 도 1의 ATD 펄스 발생부(10)에 의해 발생된다. 상기 ATD펄스 신호는 펄스 콘트롤부(12)에 인가되며, 상기 펄스 콘트롤부(12)는 상기 신호의 앞 단 천이 에지(라이징 에지)에 응답하여 상기 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호(PWL)를 발생하고, 상기 ATD펄스 신호의 폴링 에지에 응답하여 부스팅 인에이블 신호(Pboost)를 도 3의 대응되는 파형과 같이 발생한다. 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호(PWL)는 프리 디코더(Pre-decoder:4)에 인가되고, 상기 프리 디코더(4)는 어드레스 신호와 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호(PWL)를 앤드 게이팅하여 프리 디코딩 신호를 출력한다. 상기 프리 디코딩 신호는 메인 디코더(6)로 제공된다. ATD신호의 뒷 단 천이 에지에 동기하여 부스팅 전압을 출력하는 부스터(14)의 부스팅 전압이 상기 메인 디코더(6)의 구동전원전압으로서 인가된다. 여기서, 상기 메인 디코더(6)에 인가되는 부스팅 전압은 도 2의 경우와는 달리 인가되는 타이밍이 늦으므로 누설량이 매우 적음을 알 수 있다. 그럼에 의해 링 오실레이터에 의존할 필요가 없게 된다. 상기 메인 디코더(6)는 결국 누설이 거의 없는 부스팅 전압으로 대응되는 워드라인을 부스팅한다. 한편, 상기 부스팅 전압은 메모리 셀 어레이의 메모리 셀 전원으로서도 공급될 수 있다. 결국 본 발명에서는 도 2의 경우와 같이 어드레스 입력에 짧은 스큐가 생긴 경우에도 최종적으로 인가된 유효한 어드레스에 대하여 승압된 부스트 전압을 최적으로 보장할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 부스팅의 스킴이나 디코더 및 각 회로구성을 사안에 따라 적절히 변경시킬 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 상기 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생하기 위해 천이가 감지되는 신호는 어드레스 신호 또는 데이터 신호일 수 있으며, 상기 ATD펄스 신호를 소정타임만큼 지연하거나 반전한 펄스신호의 라이징 에지나 폴링 에지에 동기할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 워드라인 부스팅에 따르면, 반도체 메모리 소자의 동작 속도를 저하시킴이 없이 전력소모를 최소화할 수 있게 된다. 또한, 링 오실레이터를 제거할 수 있으므로, 소모 전력이 줄어들고 레이아웃상의 부담이 경감되는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동회로에 있어서:

   신호의 천이를 감지하여 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부와;

   상기 펄스 발생부에서 발생되는 상기 ATD펄스 신호의 라이징 에지에 응답하여 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호를 발생하고, 상기 ATD펄스 신호의 폴링 에지에 응답하여 부스팅 인에이블 신호를 발생하는 펄스 콘트롤부와;

   상기 펄스 워드라인 인에이블 신호에 응답하여 인가되는 어드레스 신호를 프리 디코딩하여 프리 디코딩 신호를 발생하는 프리디코더와;

   상기 부스팅 인에이블 신호에 응답하여 전원공급전압보다 높은 레벨의 부스팅 전압을 발생하는 부스터 회로와;

   상기 부스터 회로에서 출력되는 부스팅 전압을 구동전원전압으로서 수신하여 상기 프리 디코딩 신호를 디코딩하여 선택된 워드라인이 상기 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅되도록 하는 메인 디코더를 구비함을 특징으로 하는 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 부스팅 전압은 상기 반도체 메모리 소자의 메모리 셀의 구동전원전압으로서도 제공됨을 특징으로 하는 회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 프리디코더는 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호와 상기 어드레스 신호를 앤드 게이팅하여 상기 프리 디코딩 신호를 발생함을 특징으로 하는 회로.
4. 제1항에 있어서, 상기 메인 디코더는 상기 구동전원전압을 피형 모오스 트랜지스터의 소오스로 수신하고 상기 프리 디코딩 신호를 입력단으로 수신하는 씨모오스 인버터로 구성됨을 특징으로 하는 회로.
5. 제1항에 있어서, 상기 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생하기 위해 천이가 감지되는 신호는 어드레스 신호 또는 데이터 신호임을 특징으로 하는 회로.
6. 휘발성 반도체 메모리 소자의 워드라인 부스팅회로에 있어서:

   어드레스 신호의 천이를 감지하여 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생하는 펄스 발생부와;

   상기 펄스 발생부에서 발생되는 상기 ATD펄스 신호를 소정타임만큼 지연하거나 반전한 펄스신호의 라이징 에지에 응답하여 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호를 발생하고, 상기 ATD펄스 신호를 소정타임만큼 지연하거나 반전한 펄스신호의 폴링 에지에 응답하여 부스팅 인에이블 신호를 발생하는 펄스 콘트롤부와;

   상기 펄스 워드라인 인에이블 신호에 응답하여 인가되는 어드레스 신호를 프리 디코딩하여 프리 디코딩 신호를 발생하는 프리디코더와;

   상기 부스팅 인에이블 신호에 응답하여 전원공급전압보다 높은 레벨의 부스팅 전압을 발생하는 부스터 회로와;

   상기 부스터 회로에서 출력되는 부스팅 전압을 구동전원전압으로서 수신하여 상기 프리 디코딩 신호를 디코딩하여 선택된 워드라인이 상기 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅되도록 하는 메인 디코더를 구비함을 특징으로 하는 회로.
7. 반도체 메모리 소자의 워드라인 구동방법에 있어서:

   신호의 천이에 응답하여 발생된 ATD펄스 신호의 라이징 에지에 대응하여 워드라인 구동에 관련된 펄스 워드라인 인에이블 신호를 발생하는 단계와;

   상기 펄스 워드라인 인에이블 신호의 발생에 대응하여 어드레스 신호를 프리 디코딩하는 단계와;

   전원공급전압보다 높은 레벨의 부스팅 전압을 발생하는 부스팅회로를 활성화시키기 위해 상기 ATD펄스 신호의 폴링 에지에 대응하여 부스팅 인에이블 신호를 발생하는 단계와;

   상기 부스팅 전압을 구동전원전압으로 하여 상기 프리 디코딩된 신호를 디코딩하여 선택된 워드라인을 상기 전원공급전압보다 높은 레벨로 부스팅하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 부스팅 전압은 상기 반도체 메모리 소자의 메모리 셀의 구동전원전압으로서도 제공됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 프리디코딩은 상기 펄스 워드라인 인에이블 신호와 상기 어드레스 신호를 앤드 게이팅함에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 프리 디코딩된 신호의 디코딩은 씨모오스 인버터에 의해 행해짐을 특징으로 하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 일정한 폭을 갖는 ATD펄스 신호를 발생하기 위해 천이가 감지되는 신호는 어드레스 신호 또는 데이터 신호임을 특징으로 하는 방법.