TW448479B - Semiconductor memory device - Google Patents

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4 4 84 7 9 A7 ___ B7 五、發明説明（！） 發明領娀 (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種適於使用於如一 DRAM的一記憶體 之半導體記憶體元件。 相關技術之描冰 近來，如被一 DRAM或類似者代表的_記憶體之半導 體s己憶體元件被要求以高速和低電力消耗來操作：為了達 到減少在一半導體記憶體元件中的電力消耗，在資料寫入 操作中的電力消耗應被縮減。 第1圓顯示一DRAM之部份構造；在一晶片上dram 以一矩陣形式設有許多記憶體晶胞陣列；感測放大器設予 各e己憶體晶胞陣列；第1圖代表地顯示幾個感測放大器和 對應的寫入放大器；如第丨囷中顯示的，各感測放大器1〇 透過互補性寫入總趙資料匯流排（Wgdb、/Wgdb) 12和13連 接至對應的寫入放大器20(符號，’/，’指出反相的信號）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 感測放大器10具有連接至一對互補性位元線（b 1、化1) 18和19的一放大部段，用來依據一位址選擇一行線（cl)15 的一行選擇電晶體17,及用來依據一位址選擇一寫入行線 (寫入CL)14的一寫入行選擇電晶體16 ;寫入行線η和行線 15共同連接至在設置在一行方向上的感測放大器1〇中的電 晶體16和17之個別閘極。 在此構造中’當資料要被寫入一記憶體晶胞（未顯示） 時’ ’’H”位準資料依據一位址信號被供應給寫入行選擇電 晶體16和行選擇電晶體π之閘極來把兩電晶體16和17導通 :已被寫入放大器20放大要被寫入的資料透過寫入總體資 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS) A4規格（21〇χ297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 料匯流排12和13被輪入至感測放大器丨〇，並透過個別電晶 體〗6和1 7被傳輸到成對之位元線丨8和丨9上；資料然後被寫 入在成對之位元線1 8和19與依據位址信號選出的字元線（ 未顯示）的交又點之記憶體晶胞中。 作為輸出至成對之位元線18和19的” H”位準資料之電 位’用於核心（用於感測放大器）的一電源供應電壓％泌被 使用；作為用來把寫入行選擇電晶體丨6和行選擇電晶體17 導通的電位、及用於寫入總體資料匯流排12和丨3的預充電 電位，用於周邊電路的一電源供應電壓Vii被使用，其充 分地高於用於核心的電源供應電壓Viic。 在上述構造中，作為用來減少在一寫入操作中的電 流消耗之一方法，可想到的，把用於寫入總體資料匯流排 (wgdb ' /wgdb)12和13的預充電電位設定至用於周邊電路 的電源供應電壓Vii之一半。 在此方法中，當寫入總體資料匯流排12和丨3在一寫 入操作後要再儲存至預充電狀態時，寫入總體資料匯流排 12和13應單純地短路來使個別電位取消；寫入總體資料匯 流排12和13藉此被自動預充電至l/2Vii位準；在此情形中 使用的主要電力只是用來在預充電狀態轉移到一寫入操作 時把預充電電位（1/2 Vii)拉升至用於寫入操作的驅動電位 Vii。 但，當一寫入放大器20被做來實施—資料防罩操作 ，亦即在其上資料寫入被禁止的一列中之一寫入放大器2〇 被解除動作時，引起下列問題：在設在—行方向上的感測 ---------科衣------ΪΤ------^ (請先閲請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 A7 B7五、發明説明（3 ) 放大器10中的寫入行選擇電晶艘16之閘極和行選擇電晶體 17之閘極被共同連接分別透過成對的一寫入行線丨4和一行 線15 ;因此，當_ ”H”位準信號被供應至閘極時，在任一 感測放大器10中的電晶體16和i 7變為ON。 結果，可能有在一感測放大器1〇中的寫入行選擇電 晶體16和行選擇電晶體17為ON但對應的寫入放大器被解 除動作的情形；在如此情形中’如果寫入總體資料匯流排 12和13被預充電’則起初依據用於核心的電源供應電壓 Viic在成對之位元線18和19上產生的電位21和22受解除動 作的寫入放大器20影響，結果’如第2圈中顯示的，兩個 電位都被吸引至成對之位元線的預充電電位23並變化；如 果此影響很大’則個別電位2〗和22可能反轉來把資料值反 相。 因此，習用上，用於寫入總體資料匯流排（wgdb ' /wgdb) 12和13的預充電電位被設定至用於周邊電路的電源 供應電壓Vii以減少在成對之位元線18和19的電位上之擾 亂影響’如第3圖中顯示的；在此設定中，擾亂只出現在 成對之位元線18和19的電位3 1和32之一上，且資訊值被防 止來反相；然而在此情形中，因為寫入總體資料匯流排12 和13必須被預充電至用於周邊電路之一高電位的電源供應 電壓Vii故電流消耗增加。 作為用來減少在成對位元線18和19之電位中的擾亂 ，以及電流消耗之一方法，可想到使用為除用於周邊電路 的電源供應電壓Vii外在DRAM中使用的電力之用於核心 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國囷家標率{ CNS ) A4規格（210X297公釐> A7 A7 &濟部智慧財產局員工消費合作.社印製 ____B7 五、發明説明（4) 的電源供應電壓Viic作為如第4圖中顯示的用於寫入總想 資料匯流排12和13的預充電電位：用於核心的此—電源供 應電壓Viic足夠低於用於周邊電路的電源供應電壓Vii並高 於 l/2Vii。 在此設定中，因為高於1/2 Vii的一電壓被使用作為用 於寫入總體資料匯流排12和13的預中電電壓固在成對位元 線18和19之電位上的擾亂可被縮減：另外，因為足以使寫 入總體資料匯流排12和1 3被預充電至用於核心足夠低於用 於周邊電路之電源供應電壓Vii的電源供應電壓％泌，故電 流消耗可據此縮減。 但’當用於核心的電源供應電壓％泌被使用作為預充 電電位時，在額外電力上少於用於周邊電路的電源供應電 壓Vii之用於核心的電源供應電壓viic之電位位準可能由於 一預充電操作而改變；此可能把如雜訊的不利影響施加在 共用相同電源供應的感測放大器丨〇之一感測操作；另一方 面，如果增加用於核心的電源供應電壓Viic來對抗雜訊， 則晶片尺寸增加。 本發明之概要 本發明之一目標係提供有一簡單構造的半導體記憶链 元件’其可壓制在成對位元線之電位上的擾亂、在一感測 放大器之操作上的雜訊、及類似者，並減少在資料寫入操 作上的電流消耗。 在根據本發明的一半導體記憶體元件中，比用於核 心的一電源供應電壓高並比用於周邊電路的一電源供應電 ------------------~~~- ^------π------^ f辞4閑It背面之注意事項再¾¾本頁j 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4484 7 Β A7 A7 B7 五、發明説明（5 ) 壓低之一電位被使用作為用於寫入總體資料匯流排的一預 充電電位；這使得可能壓制在連接至一感測放大器的成對 位元線之電位上的擾亂；另外，足以使寫入總體資料匯流 排被預充電至比用.於周邊電路之電源供應電壓低的一電壓 ;此允許預充電操作以比其中預充電電位被提升至用於周 邊電路之電源供應電壓的情形中較小之電流消耗β 在本發明中’比用於周邊電路的電源供應電壓低一 電晶體之臨界電壓的一電位被使用作為用於寫入總體資料 匯流排的預充電電位；此使得可能從有額外電力用於周邊 電路的電源供應電壓不使用有較少額外電力用於核心之用 於感測敌大器的電源供應電壓來產生預充電電位；因此， 可避免在感測操作上的不利影響；另外，因為可藉由使用 用於周邊電路和一電晶體的起初存在之電源供應電壓來產 生一預充電電位’故無需增加用於感測放大器的電源供應 電壓或備用一新的電源供應電壓；此使得可能不增加電路 面積來減少電流消耗。 根據本發明之另一層面，比用於寫入總體資料匯流 排之預充電電位高的一電位被使用作為構成_感测放大器 之放大部段的一電晶體之背閘極的電位；此防止背閘極之 電位變得低於在用於寫入總體資料匯流排的預充電操作中 出現在連接至感測放大器之成對位元線上的電位，並因此 可防止任何電流透過背閘極流入半導體基體内。 圏式之簡蕈描诚 第1圏係顯示一 DRAM之部份構造的一電路圖； 本紙張;適用中國國家標準（c叫M胁（21〇)<297公羡） -----------------ΐτ------r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五'發明説明（6 第2圖係顯示一寫入總體資料匯流排和成對位元線之 電位如何改變之一例的圖； 第圖係^示寫入總體資料匯流排和成對位元線之電 位如何改變之另一例的圖； 第4圖係顯示使用用於核心的電源供應電壓作為用於 寫入總體資料匯流排之預充電電位之一習用元件的一電路 圖； 第5圖係顯示根據本發明之一實施例的一感測放大 之一例示構造作為一半導體記憶體元件之部份的一電路 器 圖 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 第6圖係顯示在第5圖中顯示的放大部段之詳細構造的 一電路圖；及 第7圖係顯示根據實施例的半導體記憶體元件之一例 示詳細電路構造的一電路圖。 較佳實施例之詳細描诚 此後，將參考於伴隨圖式描述本發明之一實施例。 第5圊顯示根據本實施例一感測放大器1 〇之構造作為 一半導體記憶體元件之部份，其中與第1圊中相同的參考 標號註明與第1圖中相同的元件；如第5圖中顯示的，在 實施例中，作為用於寫入總體資料匯流排丨2和1 3之預充 電位’使用的是比用於周邊電路之電源供應電壓Vii低 電晶體之臨界電壓Vth的一電壓（Vii-Vth)。 請參考於第5圖’當寫入行選擇電晶體16和行選擇 晶體17都導通時，因為分別連接至電晶體16和17之閘極 此 電 電 的 II —裝 I n n i n 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本页) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ,! A4規格（2丨Οχ 297公釐） 448479 A7 __ B7 五、發明説明（7 ) 寫入行線14和行線15之電位被設定在vii，故電位（Vii-Vth) 出現在成對之位元線18和19 ;此係與用於周邊電路的電源 供應電壓Vii被使用作為用於寫入總體資料匯流排以和13 的預充電電位的習用情形相似。 亦即，即使用於寫入總體資料匯流排〗2和13的預充 電電位在此實施例的習用情形中從Vii被降低至（Vii_Vth) ’相同電位（Vii-Vth)仍出現在成對之位元線18和19 ;因此 ’即使預充電電位被設定至（Vii-Vth)，寫入總體資料匯流 排12和13之預充電率仍不增加。 在此實施例中，考慮到此事實，用於寫入總體資料 匯流排12和13的預充電電位被設定至比用於周邊電路之電 源供應電壓Vii低一電晶體之臨界電壓Vth (源極或汲極和 閘極間的電位差）的一電位；在此設定中，足以使資料匯 流排被預充電至比用於周邊電路之電源供應電壓Vii低電 晶體之臨界電壓Vth的電壓，使得電流消耗可據此縮減； 另外，如果臨界電壓Vth被設定使得預充電位準（Vii-Vth) 比至少用於核心之電源供應電壓Viic低，則在成對位元線 18和19之電位上的擾亂可被壓制。 在此實施例中的預充電電位（Vii-Vth)可藉由使用一電 晶體從用於周邊電路的電源供應電壓Vii來產生；再者， 用於周邊電路的電源供應電壓Vii係起初存在為用於周邊 電路的供應電壓之一額外電源供應電壓；不像使用用於核 心的電源供應電壓Viic的，無需放大用於感測放大器的一 電源供應電壓或備用一新的電源供應電壓；因此可不增加 本紙張尺度適用中國圉家標準（CNS )八4说格（210X297公釐} (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7 _ 五、發明説明（8 ) 電路面積地達成上述電流消耗之減少。 更在此實施例中’因為用於感測放大器10的電源供 應電麼Vue未被使用作為用於寫入總體資料匯流排〗2和i 3 的預充電電位，故在感測操作上的不利效果可被避免。 第6圖顯示第5圖中顯示的放大部段丨丨之一詳細構造； 如第6圖中顯示的’放大器部段丨丨具有包含由兩p通道電 晶體41構成的一反相器及由兩Ν通道電晶體42構成的一反 相器之一正反器構造；Ρ通道電晶體41之背閘極43連接至 半導體基體（井）。 在此構造中’當在Ρ通道電晶體41之背閘極43的電壓 被設定於用於核心的電源供應電壓Viic，在用於寫入總體 資料匯流排12和13的預充電操作中成對位元線丨8和19之電 位變成（Vii-Vth);亦即’在背電極43的電位變得比預充電 電位低’在此情形中，因為p通道電晶體41 2p_n接面被順 向偏壓，故一電流可能流入半導體基體。 因此在此實施例中，在p通道電晶體4丨之背閘極43的 電位被設定於用於周邊電路並比在用於寫入總體資料匯流 排12和13的預充電操作中出現在成對之位元線18和〗9的電 位（Vii-Vth)南的電源供應電壓Vii ;在此設定中，ρ通道電 晶趙41之p-n接面不被順向偏壓；此防止任何電流流入基 體。 第7圖顯示用來實施上述本實施例之内容的實際電路 構造之一例；在第7圖中，與第5和6圖中相的參考標號註 明與第5和6圖中相同元件；第7圖特別顯示—寫入放大器2〇 表紙疚尺度過用中國國家標嗥 ---------^------、玎------線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫太頁} 1! 4484 79 A7 B7 五、發明説明（9 ) 的一詳細構造0 如第7圖中顯示的’寫入放大器20具有由p通道電晶 體和N通道電晶體構成的一放大部段51、及用來依據預充 電操作和寫入操作來切換已通過放大部段5丨的資料之一切 換部段52 ; —端子59係用來透過一寫入資料匯流排（未顯 示）把外部資料wdb輸入至寫入放大器20;另一端子60係 用來輸入一預充電控制信號/wep。 放大部段51具有依據預充電控制信號/wep來開關的一 P通道電晶體53和一N通道電晶體54 ;在寫入操作中，預 充電控制信號Avep被設定於’’H”來把P通道電晶體53截止 並使N通道電晶體54導通；放大部段51然後放大透過端子 59輸入的外部資料wdb並把產生的資料供應至切換部段52 & 在預充電操作中，預充電控制信號/wep被設定於”l，， 來把P通道電晶體導通並使N通道電晶體54載止；所以， 外部資料wdb不被放大，而在用於周邊電路的電源供應電 壓Vii之位準的’’H”資料被強迫送到切換部段52 » 對於互補的兩寫入總體資料匯流排12和13，切換部 段52具有兩組構造，各包含一NAND閘53、一反相器56、 及其閘極接收來自NAND閘55和反相器56的輸出之兩n通 道電晶體57和58。 在此實施例中，N通道電晶體57之源極或汲極連接至 寫入總體資料匯流排12和13 ;在此情形中，閘極和N通道 電晶體57之源極或汲極間的臨界電壓Vth較佳設定至等於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _訂· 經濟部智慧財產局w工消費合作社印製 12 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7 五、發明説明（10 ) 行選擇電晶體1 7之臨界Vth’ ；但這些臨界電壓無需總是相 等。 例如’如果用於寫入總體資料匯流排12和13的預充 電電位（Vn-Vtii)滿足Viic<(Vii-Vth)<Vii，則N通道電晶體57 之臨界電壓Vth無需總是等於行選擇電晶體17之臨界電壓 Vth’ ：但即使在此情形中，vth>Vth，是較佳的。 從放大部段51供應的資料透過對應的反相器56輸入 至對應的NAND閘55之一輸入端子並至對應的N通道電晶 體58之閘極；預充電控制信號/wep被輸入至對應的NAND 閘55之另一輸入端子；在此操作中，當預充電控制信號/wep 被設定於”L”來預充電寫入總體資料匯流排12和13時，各 NAND閘35之輪出總是設定於，’H，，（用於周邊電路的電源供 應電壓Vii之位準）。 因為透過其閘極接收對應的NAND閘55之輸出的N通 道電晶體5 7之源極或汲極被連接至寫入總體資料匯流排j 2 和13之對應者，故寫入總體資料匯流排丨2和13被預充電至 比用於周邊電路的電源供應電壓Vii低N通道電晶體57之臨 界電壓Vth的電位（Vii-Vth)。 當寫入行選擇電晶體16和行選擇電晶體17之閘極都 設定於”H”，亦即用於周邊電路的電源供應電壓vii之位準 時’電晶體16和17導通；但，電位（Vii-Vth)完整出現於成 對之位元線1 8和19。 另外’在感測放大器10之放大部段11中，各p通道電 晶體4丨之背閘極43的位準被設定於用於周邊電路比預充電 (度適用巾關家料!: CNS ) A4^ ;加:77^—餐—) ~~~~ -13 11 — I I I 1 i i I I n n ! n n Ji ^ (請先閲讀背面之注意事項再填窍本頁) 4484 79 A7 _______B7_ 五、發明説明（„ ) 電位（Vii-Vth)高的電源供應電壓νπ，像在第6圖中的；因 此’即使成對位元線18和19之電位在預充電寫入總體資料 匯流排12和13時變成（Vii-Vth)，各Ρ通道電晶體41之ρ·η接 面不被順向偏壓，故防止任何電流流入基體。 上述實施例只是本發明之實施的一實際例子；因此 請瞭解到本發明之範疇不限於實施例；可做各種改變和修 正而不偏離本發明之精神和範缚。 例如’在上述實施例中，比用於周邊電路的電源供 應電壓Vii低電晶體之臨界電壓vth的電壓被設定為預充電 電位：但，只要可獲得滿足Viic<V<Vii的一電壓，一預充 電電位無需藉由使用電晶體之臨界電壓Vth來產生：另外 ，預充電電位無需總是從用於周邊電路的電源供應電壓 Vii來產生；例如’用於半導體記憶體元件的—外部電源 供應電壓或被普通倂入半導體記憶體元件的一助長電路拉 升的電壓可被使用" 在上述實施例中，用於周邊電路的電源供應電壓Vii 被使用為在感測放大器10中的各P通道電晶體41之背問極 43的電位；但，只要電壓比（Vii·Vth)高，要被使用的電麼 無需總是用於周邊電路的電源供應電壓Vii ;但，因為用 於周邊電路的電源供應電壓Vii係起初存在為用於周邊電 路的電源供應電壓之一電源供應電壓，此電壓之使用消除 產生比（Vii-Vth)高的一電壓之需要；此簡化電路構造。 本紙張尺度適用ΐ國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 - 五 '發明説明（12 A7 B7 元件標號對照 10…感測放大器 11，5L·-放大部段 12,13…寫入總體資料匯流排 Μ…寫入行線 15…行線 16…寫入行選擇電晶體 17…行選擇電晶體 18,19."位元線 20···寫入放大器 21，22,31，32···電位 23…預充電電位 41，53···Ρ通道電晶體 42,54,57,58"_>^通道電晶體 43…背閘極 55-..NAND 閘 56…反相器 59,60···端子 ---------批衣------iT------.^ (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 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS :! A4規格〔2! 0x297公釐） 15

Claims (1)

1. A8B8C8D8 «48479 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁) 1. 一種半導體記憶體元件，具有包括一感測放大器的一 核心部份、及包括一寫入放大器的一周邊電路，該感 測放大器和該寫入放大器經由一總體資料匯流排彼此 連接， 其中比用於該核心部份的一電源供應電壓高且比 用於該周邊電路的一電源供應電壓低之一電位被施加 作為用於寫入總體資料匯流排之一預充電電位。 2. 依據申請專利範圍第丨項的元件，其中低於用於該周邊 電路之該電源供應電壓達一電晶體之臨界電壓的一電 位被使用作為用於該寫入總體資料匯流排之該預充電 電位。 3·依據申請專利範圍第1項的元件，其中比用於該寫入總 體資料匯流排之該預充電電位高的一電位被使用作為 在構成該感測放大器之一放大部段的一電晶體之背閘 極上的電位。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4. 依據申請專利範圍第2項的元件，其中比用於該寫入總 體資料匯流排之該預充電電位高的一電位被使用作為 在構成該感測放大器之一放大部段的一電晶體之背問 極上的電位。 5. 依據申請專利範圍第3項的元件，其中用於該周邊電路 的該電源供應電壓被使用作為在構成該感測放大器之 該放大部段的該電晶體之背閘極上的該電位β 6，依據申請專利範圍第4項的元件，其中用於該周邊電路 的該電源供應電壓被使用作為在構成該感測放大器之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 Χ 297公釐） 16 A8 B8 C8 __ D8_ 六、申請專利範圍 該放大部段的該電晶體之背閘極上的該電位。 7. —種半導體記憶體元件，具有包括一感測放大器的一 核心部份、及包括一寫入放大器的一周邊電路，該感 測放大器和該寫入放大器經由一總體資料匯流排彼此 連接， 其中該寫入放大器包括一電晶體，該電晶體係用 來在該寫入總體資料匯流排被預充電時輸出低於用於 該周邊電路的一電源供應電壓達該電晶體之臨界電壓 的一電位。 — — — 111 — II 丨 11 . I 丨丨 I I I I 訂丨· ill — —· (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杜印製 本紙張反度適用*圉困家標里（CNS)A.l规格<21ff X 297公* ) 17