經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42298 7 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 1. 發明領域： 本發明是和一感應放大器有關，更明確地説，是和能有 效減少電流消耗及晶片面積並増加操作速度之技術有關。 2. 相關文件描述： 圖5是一電路圖顯示一包含傳统開路位元線系統之動態隨 機存取記憶體（DRAM) 300的一部份。 該DRAM 3 00包含一記憶體胞MC，一假記憶體胞MD，一 位元線β L用來讀取存在記憶體胞MC中之資料，一位元線 /BL用來讀取存在假記憶體胞MD中之資料，一字元線WL用 來選取記憶體胞MC，一假字元線WD用來選取記憶體胞MD 及一感應放大器SA。感應放大器S Α藉控制信號0 1和/必1來 操作。 圖6顯示在非揮發性記憶體3 〇〇中讀取記憶體胞資料操作 之信號波形。首先，在預充電階段（t〇-t 1)，位元線BL和/BL 藉預充電/等化電路（此處未顯示）而預充電及均化而字元線 W L和假字元線WD則未啓動。 例如，當如圖6所示選取了記憶體胞MC，字元線WL和假 字元線W D相對於時間11被啓動。因此對應於在記憶體胞 MC中儲存電荷的狀態而於位元線BL和/B L間產生極小的電 位差。 其次’感應放大器SA在時間t2藉控制信號0 1而啓動，在 位元線BL的電位vbit和位元線/BL的電位/Vbit間之電位差則 被感應到並被抓取=甚者，電位Vbit和/Vbit其中一者被放 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） l·------裝·-------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項#4'寫本頁) 422987 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 ) 大而成爲電源供應電位Vdd，而電位vbit和/Vbit的另一者則 被放大而成爲接地電位GND。因.此，資料是從被選取的記 憶體胞中讀取及/或再寫入。 曰本已公開文件編號61-184794敘述上述結構應用於非揮 發性記憶體例如EPR〇M(可抹除可程式化唯讀記憶體），— 遮蔽ROM(遮蔽可程式化唯讀記憶體）或類似裝置。這種應 用是可行的因爲在閂鎖式感應放大器中之電流消耗比電流 鏡相式差動放大器更容易減少。 如圖5中所示傳統DRAM 3〇〇的記憶體胞中，在位元線BL 的電位固定後就沒有電流流過了。另一方面來説，在非揮 發性記憶體中如EPROM，資料藉在記憶體胞電晶體中電流 成動與否而儲存。因此，在位元線BL的電位固定後，記憶 體胞的傳導電流持續流動。 在上述非揮發性記憶體中，無法長時間對位元線施加一
高電位因爲由微粉化，從浮動閘或類似元件釋放出電荷所 引起記憶體胞電阻的退化之故D 爲了要解決上述問題，在位元線BL和感應放太器sa之輸 入端間提供傳輸閘Q A i和Q A 2，如圖7所示，以便在感應/抓 取操作冗成後將位元線BL和感應放大器SA電力隔絕。感應 放大器SA由控制信號01和/01來操作。傳輸問_和以: 藉控制信號/ 0 2來操作。 -般來説’在非揮發性記憶體中’並未採用開路位元線 系統。資料是藉比較位元線虹之電位Vbh及感應放大器以 中之參考電位Vbh，通常和位元線共享，而讀取。 -5- 本紙張尺度適用中國®家標準（CNS)A4規格(21Gx297公爱)~-~-------------- --------訂---------- (請先閲讀背面之注意事項声氺寫本頁) ^ 42298 7 A7 _ B7 五、發明說明（3) 圖8顯示一傳統非揮發性記憶體4〇〇。
非揮發性記憶體4〇0包括相對於許多讀取資料D1，D2和D3 的許多感應放大器SAA，及被許多感應放大器SAA通常使用 的參考電位產生電路REF。位元線bl連接至感應放大器SAA 的輸入端。共同參考線RL連接至感應放大器SAA之另一輸 入端。 如圖8中非揮發性記憶體4〇〇，參考電位產生電路REF在打 開和關閉的中間為記憶體胞MD設定了 一臨界值以產生位元 線BL中間電位之電位值Vbit ’亦為參考電位vref。 圖9顯示在非揮發性記憶體4〇〇中讀取記憶胞資料操作的波 形圖6 在預充電階段（tO-tl) ’位元線BL和參考線rl藉預充電/等 化電路（此處未顯示）予以預充電和等化。其次，例如，當選 擇了記憶體胞MC時’字元線WL和參考電位產生電路REF於 時間tl啟動"因此，對應於上述記憶體胞^^^(打開或關閉）的 狀態而於位元線BL和參考線RL間產生一極小的電位差。在 時間t2 ’感應放大器SAA藉控制信號φ 1而啟動，而於位元 線BL的電位Vbit和參考線RL的參考電位vref間有一電位差 被感應及抓取°在抓取資料固定後’於時間〇，傳輸問QA1 和QA2被關閉以便分別切斷感應放大器SAA和位元線BL，及 感應放太器S AA和參考線RL。 根據圖7中感應放大器SAA’由於在感應放大器sa的輸入 和傳輸閘QA1及QA2間之負載電容C2比位元線容c丨要小，為 了要穩定地固定抓取，所以在感應/抓取操作完成後必須 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 :裝 鳗濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明說明（4 ) 執行傳輸閘的切斷（t3)。 日本已公開文件號碼10-11975敍述用於一SRAM (靜態 RAM)的閂鎖型感應放大器的結構，其安排能達到—高速操 作及減少電力消耗。 圖1 〇是一感應放大器500的電路圖其設計用來減少電力消 耗。 如圖10中所示之感應放大器500包含一對N型電晶體QE1 和QE2其中汲極彼此連接至對方的閘極使得每一汲極作爲感 應輸出端’輸入電晶體QE3至QE6僅連接位元線BL及/BL之 電位Vbit和/Vbit至閘電極，而p型控制電晶體qE7和QE8在 啓動期間藉輸入電晶體QE3至QE6將負載電流送至感應輸出 端0 在上述開路位元線系統中，感應放大器放置於分別對應 於記憶體胞MC和假記憶體胞MD之位元線間。因此，必須 相對於個別位元線提供假記憶體。結果是，晶片面積增加。 在傳統不揮發性記憶體中，在讀取資料階段期間（t2_t3)藉 感應/抓取操作的資料重寫，使參考線RL的電位Vref和位元 線BL的電位Vblt同時改變3電位Vref隨著位元線bl的電位 Vbit而改變。 如圖9所示，參考電位Vref移動方向和位元線BL之電位 Vbit移動方向相反。當記憶體胞被選擇時，位元線81之電 位Vbit如圖9所示改爲線彻⑼，而參考電位^如圖9所示 改爲線V，）。當記憶體胞未被選擇時，位元線孔電位 Vblt如圖9所示改爲Vbit⑴，而參考電位如圖9所示改爲 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------訂 *-------Ί I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 1422987 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（5 )
Vref(l)。因此，許多的感應放大器不能共用同一參考線。 甚者，在圖9中時段（t2-t3)期間.，由於除了位元線負載電 容C2外，比位元線BL之負载電容C2爲大的位元線Bl之負載 電容C1連接於感應放大器之輸出端，如圖7所示，使得感應 放大器操作速度降低。 如圖10中感應放大器500，在啓動期間，由輸入電晶體 QE3至QE6控制流經感應放大器的電流。當位元線BL的電位 Vbit處於中間電位時’電流持續流過電晶體。例如，由於 位7L線BL的電位Vbit被固定於一高電位或在相當早期階段 處於一低電位，在相當早期階段就無電流流過。不過，在 非揮發性記憶體中，由於位元線BL的電位Vbit和參考電位 Vref在中間電位附近產生非常小的電位差，因此在感應放 大器S A的啓動期間仍有電流流過電晶體，使得電力消耗増 加3 摘要 本發明提供一半導體記憶體其包括：一感應放大器用來 放大在第一端電位和第二端電位間的電位差；一第—負載 間位於第一端和位元線之間；及一第二負載閘位於第二端 和一參線之間。在本發明的半導體記憶體中，流經第一負 載閘的電流由位元線電位來控制，而流經第二負載閘的電 流由參考線的電位來控制。 本發明的半導體記憶體更包括一第一控制閘連接至第— 負載問’和—第二控制閘連接至第二負載閘。 在一個實施例中，在感應放大器完成一操作後，第一控 -8 - ------------I --------訂--------Ί 1^^ C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 冬A張尺度過用中國國家標华（CNS)A4規格（⑽χ 297 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42298 7 ---B7 五、發明說明（6 ) 制問切斷流向第—負載問之電流，而第二控制間切斷流向 第二負載閘之電流。 在另一實施例中，感應放大器是閃鎖型感應放大器。 而在另一實施例中，第一和第二控制閘是]^〇5電晶體。 在另一實施例中，從第—負載閘輸出的電流從第一負載 閘氚至第一端，而從第二負載閘輸出的電流從第二負載閑 流至第二端》 根據本發明，閂鎖型感應放大器可用於非揮發性記憶體 。因此，與傳統電流鏡相型感應放大器相比，電力消耗減 少了。甚者，由於參考電位產生電路可由許多的感應放大 器共享’因此也可能減少晶片的表面面積。 而且，由於在感應/抓取操作完成之後並無流動電流產生 ，因此電力消耗可大爲減少。 因此，在此所述之本發明使得提供一半導體記憶體而有 ^力消耗減少同時晶片表面面積減少的優點成爲可能。 本發明這個及其他優點在讀及詳述之下文並參考附圖後 對熟悉本技藝人士會更加明顯3 圖形簡要敘述 圖1是電路圖顯示根據本發明實施例1非揮發性記憶體1 〇〇 之主要部份。 圖2顯示在一讀取儲存於根據本發明實施例2中非揮發性 記憶體200之記憶體胞MC中之記憶胞資枓的操作之信號波 形。 圖3是一電路圖顯不實施例2中非揮發性記憶體2〇〇之主要 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公g〉 ---I I--— — — — —— --------訂 -------1 I (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 42298 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 部份。 圖4顯示在一讀取儲存於實施例2中非揮發性記憶體2⑽之 記憶體胞MC中之記憶胞資料的操作之信號波形。 圖5是一電路圖顯示包括傳統開路位元線系統的動態随機 存取記憶體（DRAM) 300之一部份。 圖6顯示讀取儲存在非揮發性記憶體3〇〇的記憶體胞中 之死憶體胞資料的操作之信號波形。 圖7是一電路圖顯示另一動態隨機存取記憶體（〇RAM)的 一部份。 圖8顯示一傳統非揮發性記憶體400。 圖9顯示讀取非揮發性記憶體4〇〇的記憶體胞資料的操作 之信號波形。 圖〗〇是一設計用來減少電力消耗之感應放大器500的電路 圖。 較佳實施例之敘述 (實施例I) 在下文中’本發明的實施例1將參考圖1和2而加以敘述。 圖1是一電路圖顯示在實施例i中一非揮發性記憶體100之 主要部份。特別地是，圖！展示一行非揮發性記憶體1〇〇記 憶體胞陣列的一部份《該非揮發性記憶體是例如，—遮蔽 ROM，一 EPROM，一 EEPROM，一快閃記憶體或類似裝置 非揮發性記憶體100包括一感應放大器SA其放大第一端A 的電位VD和第二端B的電位VR間之電位差，—第一負載閘 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】〇 X 297公Μ ) ---III — ------ I I I I I 1 訂-----1 — — · (請先閱讀背面之注意事項声坺寫本頁) Ο Ο 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（8 ) QB 1其位於第一端八和_位元線BL之間，及一第二負載閘 QB2其位於第二端B和一參考線RL之間。 由控制信號0 1和/ 0 1操作的感應放大器SA是，例如，— 使用CMOS正反器電路的同步型感應放大器。 s己憶體胞M C是許多記憶體胞中一個記憶體胞代表。記憶 體胞MC連接至一位元線βl和一字元線WL。 在記憶體胞MC中之資料被讀取而送至位元線bl上。字元 線WL則用來從許多的記憶體胞中選取一記憶體胞。於參考 電位生成電路REF所產生的參考電位vref則施加於參考線 RL上。 在下文中’碩取儲存於非揮發性記憶體1 〇〇的記憶體M c 中資料之操作將佐以圖2而加以敘述3 在預充電期間（tO-tl)，位元線BL和參考線RL藉預充電/等 化電路（此處未顯示）而予以預充電和等化。 當選取記憶體胞MC時’參考電位生成電路ref和連接至 1己憶體胞MC之字元線WL在時間U時啓動。因此，相對於上 述圮憶體胞MC之狀態（打開狀態或關閉狀態）在位元線bl和 參考線R L間產生一.非常小之電位差。 其次，在時間t2時，感應放太器SA藉控制信號01而啓動 。而在位元線BL的電位Vbit和參考線的參考電位Vref間 之電位差則被感應和抓取。當該電位差被感應和抓取時， 參考線RL的參考電位Vref改爲Vrefv。當該電位差被感應和 抓取時，在記憶體MC打開的例子中，位元線的電位VHt變 成如圖2中線Vblt(0)使得感應放大器SA的輸出電位從vdd變 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------------裝--------訂*--------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 霧4 2 2 〇 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9 ) 成如圖2中線VD(O)。另外，在記憶體胞MC是關閉狀態的例 子中，位元線BL的電位Vbit如圖2中線Vbit(l)使得感應放大 器SA的輸出電位從Vdd變成如圖2中線VD(i)。 甚者，在實施例1中’當感應放器SA啓動期間，有一電流 ‘ L負載电BEt體Q B 1和電晶體q d 1間。另外，有一電流流經 負載電晶體QB2和電晶體QD2間。 在實施例1中’位元線BL的電位Vbit和參考線RL的參考電 位Vref可由許多的感應放大器共用。因此，不需要提供參 考電位產生電路REF。 在實施例1中’由於可能可以減少連接至感應放大器3八輸 出端的負載電容C2 ’所以感應放大器SA可以在高速下操作 3 CI代表位元線b l的負載電容。 (實施例2) 在下文中’本發明實施例2將佐以圖3和4來敘述。 圖3是一電路圖顯示實施例2中非揮發性記憶體2〇〇的主要 部份。特別是，圖3顯示非揮發性記憶體2〇〇中一行記憶體 胞陣列的一部份。非揮發性記憶體200是，例如，一遮蔽 ROM，EPROM，EEPROM，一快閃記憶體或類似裝置。 非揮發性記憶體200包括一感應放大器SA其用來放大第一 端（輸出端）A的電位VD和第二端B的電位VR間之電位差，一 第一負載閘QB1位於第一端A和位元線BL之間，一第二負載 問QB 2位於第二端b和參考線RL之間，一第一控制閘qc I和 一第二控制閘QC2。在下文中’第一控制閘qc 1是指第一傳 輸閘QC 1 ’而第二控制閘QC2是指第二傳輸閘QC2。第一控 12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 x 297公釐） ---------- --- -11!1 訂 ----I--—線 t請先閱讀背面之注意事項#填寫本頁> 422987 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1Q) 制閘QC1連接至參考電位點和第一負載閘QB1之間，而第二 控制閘QC2連接至參考電位點和第二負載閘qB2之間' 由控制信號φ 1和/ φ !操控的感應放大器SA是，例如，使 用一CMOS正反器電路同步型感應放大器。 圮憶體胞MC是許多記憶體胞的一個記憶體胞代表。記憶 體胞MC連接至位元線bl和字元線WL β 儲存於記憶體胞MC中之資料被讀取至位元線bl上。字元 線WL是用來從許多的記憶體胞中選取一記憶體胞。在參考 電位產生電路REF產生的參考電位vref施加於參考線RL上。 控制信號/ φ 2輸入至傳輸閘qc 1和QC2的閘極上。 在下文中，從非揮發性記憶體2〇〇記憶體胞MC中讀取儲存 資料之操作將參考圖4來敘述。 在預充電期間（tO-tl) ’位元線BL和參考線RL藉預充電/等 化電路（此處未顯示）而予以預充電和等化。 當記憶體胞MC被選擇時’連接至記憶體胞MC的字元線 WL和參考電位產生電路ref在時間tl時被啟動。因此，相對 於上述記憶體胞MC的狀態（打開或關閉）而於位元線bl和參 考線RL問產生一非常小之電位差。 其次’在時間t2時，感應放大器SA藉控制信號p 1而啟動 ’而於位元線BL的電位Vbit和參考線RL的參考電位Vref間 有一電位差被感應及抓取，參考線RL的參考電位vref就變 成 Vrefv 〇 在電位差被感應和抓取之後，而且抓取資料固定後，傳 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 I — I I I — —— — —-- I r—-----< I I--I I-- (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 422937 Α7 _____Β7 五、發明說明（11 ) 輸閘QC 1和QC2在時間〇時被關閉以切斷感應放大器s A和參 考電位點。 在實施例2中，由於在感應/抓取操作完成後流向負載閘 QB 1和QB2的電流中斷，在感應放大器s八啓動時電流也未 在負載電晶體QB1和電晶體qDi之間及在負載電晶體QB2和 電晶體QD2間流動。因此，當與實施例}比較時，在實施例 2中電力消耗會更加減少。 當電位差被感應和抓取時，在記憶體胞MC打開的例子中 ，位兀線BL的電位Vbit變成圖4中線Vbit(O)，使得感應放大 器SA的輸出電位VD從Vdd變成圖4中線VD(0)。或者，當電 位差被感應和抓取，在記憶體胞MC關閉的例子中，位元線 B L的電位Vbit變成圖4中Vbit( 1)使得感應放太器S a的輸出 電位VD變成圖4中線VD(1)。 在實施例2中，如同在實施例丨中一樣一參考電位產生電 路REF由許多的感應放大器共用。 在實施例2中，如同在實施例丨中一樣可能可以減少連接 至感應放大器SA輸出端的負載電容C2，因此感應放大器sa 可於南速下操作。C 1代表位元線B L的負載電容。 如上所述，根據本發明的半導體記憶體，隨著晶片表面 面積減少，吾人可做到高速操作同時減少電力消耗。 與傳統半導體記憶體相比，在本發明半導體記憶體中， 貧料可於高速下取出同時電力消耗也減少。 例如，如圖W中感應放大器，爲了要限制當感應放大器 P動時力消耗的增加’必須保持電晶體至即6低階的 本紙張尺度適时翻家標準（CNS)A4規格“ χ 297公爱) 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 ^ 42298 7 Β7 五、發明說明（12 ) 推動能力。當電晶體推動能力減少時，用於感應放大器輪 出電位的電晶體層次也降低了。.結果，很難於高速下操作 記憶體。因此，無法在高速下取出資料而同時減少電力消 耗。 另一方面，在本發明半導體記憶體中，即使當負載電晶 體推動能力很低時，也供應感應放大器足夠的電力供應電 壓使得資料能在高速下取出而同時電力消耗減少。 在不偏離本發明領域和精神下對熟悉此技藝人士能看出 並做出不同的改變。因此，於申請專利範圍内的領域並不 受限於其所述，而應做廣義的解釋。 ----------. ! I I ! — 訂·! — — — ί* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐）