WO2014129576A1 - 半導体記憶装置 - Google Patents

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武士 大神
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ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエル
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    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/50Peripheral circuit region structures

Definitions

  • the present invention is based on the priority claim of Japanese Patent Application No. 2013-033288 (filed on Feb. 22, 2013), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Shall.
  • the present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device having a sense amplifier.
  • a transistor having a low threshold is used in a sense amplifier and its peripheral circuit in order to increase the operation speed.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor memory in which a threshold value in a precharge transistor is set lower than threshold values in a memory cell transistor and a peripheral transistor, a precharge time for a bit line is shortened, and high speed operation is possible. It is disclosed. It is also disclosed that the threshold value in the sense amplifier transistor is set lower than the threshold values in the memory cell transistor and the peripheral transistor to shorten the sensing time and enable high-speed operation.
  • Patent Document 2 uses a low threshold transistor for the sense amplifier driver transistor and the sense amplifier unit precharge transistor, and drives them with a negative voltage, so that each transistor Disclosed is a semiconductor memory device capable of increasing the drive capability to speed up the amplification of the sense amplifier and the precharge operation of the bit line and the sense amplifier section, and to reduce the subthreshold leakage at the time of deactivation. Yes.
  • the size of the memory cell area tends to be reduced by miniaturization.
  • miniaturization in the peripheral part such as the sense amplifier part and the sub word line driver is not advanced as compared with the memory cell, and the reduction of the size of this area becomes a new problem.
  • this tendency is remarkable in the sense amplifier portion, and in order to further miniaturize the device in the future, a device for suppressing an increase in chip area in the sense amplifier portion is desired.
  • a semiconductor memory device includes a bit line pair, a sense amplifier circuit configured by two CMOS inverter circuits connected between the bit line pair and connected to each other, and a bit An equalizer circuit connected between the pair of lines and a drive transistor for driving the drive line of the sense amplifier circuit, and one transistor constituting the CMOS inverter circuit, a transistor group constituting the equalizer circuit, and a drive transistor are 1 conductivity type and have the same first threshold.
  • the chip area can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to a first example.
  • FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of a sense amplifier unit according to the first embodiment. It is the figure which showed typically the layout of the engagement amplifier part in the 1st Example. It is a block diagram which shows the structure of the drive circuit of the sense amplifier part concerning a 2nd Example. It is a figure explaining generation
  • a semiconductor memory device includes a bit line pair (BL3T and BL3B in FIG. 2) and two CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) inverter circuits connected between the bit line pair and connecting input and output to each other.
  • Sense amplifier circuit (corresponding to SA1 and SA2 in FIG. 2), an equalizer circuit (BLEQ in FIG. 2) connected between the bit line pair, and a drive transistor (in FIG. 2) for driving the drive line of the sense amplifier circuit MN6), one transistor (MN1, MN2 in FIG. 2) constituting the CMOS inverter circuit, a group of transistors (MN3 to MN5 in FIG. 2) constituting the equalizer circuit, and the drive transistor are of the first conductivity type. And have the same first threshold.
  • one transistor constituting a CMOS inverter circuit, a transistor group constituting an equalizer circuit, and a driving transistor are disposed in one second conductivity type well region (P-Well in FIG. 3). You may make it do.
  • one second conductivity type well region has one equalizer circuit, two one transistors in one sense amplifier circuit, a drive transistor, and two in another sense amplifier circuit along one direction.
  • One transistor and the other equalizer circuit may be included in this order without providing an element isolation region.
  • the element isolation region referred to here requires channel doping or LDD (Lightly Doped Drain) corresponding to each transistor in order to provide a transistor with a different threshold value.
  • LDD Lightly Doped Drain
  • a separation margin of the implantation region for introduction is required, and this separation margin is indicated. Therefore, the element isolation region referred to here is different from an isolation region by field isolation such as STI (Shallow Trench Isolation) embedded with an insulating film.
  • the one direction may be an arrangement direction of the bit line pair.
  • the first threshold value is Vt1
  • the threshold values of the transistors (MN7 and MN8 in FIG. 2) for controlling the connection of the input / output line pair to the bit line pair are Vt2
  • the threshold value of the transistors constituting the row control circuit is Vt3. In this case, Vt1 ⁇ Vt2 ⁇ Vt3 may be satisfied.
  • the driving transistor may drive a driving line common to one and other sense amplifier circuits.
  • the semiconductor memory device includes a first level shift circuit (LS1 in FIG. 4) that generates a first drive signal based on a potential lower than the source potential of the drive transistor. It may be driven by the drive signal.
  • LS1 in FIG. 4 a first level shift circuit
  • the semiconductor memory device includes a second level shift circuit (LS2 in FIG. 4) that generates a second drive signal based on a potential lower than the source potential of the drive transistor, and includes a transistor group constituting the equalizer circuit. Each gate may be driven by the second drive signal.
  • LS2 in FIG. 4 The semiconductor memory device includes a second level shift circuit (LS2 in FIG. 4) that generates a second drive signal based on a potential lower than the source potential of the drive transistor, and includes a transistor group constituting the equalizer circuit. Each gate may be driven by the second drive signal.
  • one transistor constituting the CMOS inverter circuit, the transistor group constituting the equalizer circuit, and the drive transistor are formed without providing an element isolation region in one well region. Therefore, the element isolation region is omitted, and the chip area related to the sense amplifier unit can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment.
  • the semiconductor memory device 1 includes a control logic 10, a row decoder & timing signal generation circuit 20, a column decoder & timing signal generation circuit 30, a memory cell array 40, a sense amplifier 50, and an amplifier & buffer unit 60. And a data input / output unit 70.
  • the control logic 10 receives an externally supplied command and generates various internal signals (the control logic 10 corresponds to the control circuit described above). Specifically, the control logic 10 receives an internal active command signal IACT when an active command is supplied from the outside, an internal read command signal IRD when a read command is supplied from the outside, and a write command from the outside. And an internal write command signal IWRT, respectively.
  • the internal active command signal IACT holds the active high level until the precharge command is supplied.
  • the control logic 10 When a write command is supplied from the outside, the control logic 10 generates a timing signal TCCT that takes a high level as an active level during a tCCDmin period.
  • the tCCDmin period is the lower limit of the time from receipt of a write command or read command until reception of the next write command or read command when the read operation or write operation is repeated (continuously). It is a period.
  • the tCCDmin period can be represented by the number of clock cycles.
  • the control logic 10 includes therein a TCDT generation circuit that receives a clock signal CK supplied from the outside, counts the clock signal CK, and generates a timing signal TCDT.
  • the internal active command signal IACT is output to the row decoder & timing signal generation circuit 20.
  • the internal read command signal IRD, the internal write command signal IWRT, and the timing signal TCDT are output to the column decoder & timing signal generation circuit 30.
  • the row decoder & timing signal generation circuit 20 receives the address signal ADD as a row address in response to the internal active command signal IACT.
  • the row decoder & timing signal generation circuit 20 outputs various row-related control signals according to the internal active command signal IACT and the row address. Specifically, the word line selection signal WLS is output to the memory cell array 40, and the switch control signal S1, the sense amplifier activation signals CSP and CSN are output to the sense amplifier 50.
  • the row decoder & timing signal generation circuit 20 includes a plurality of local input / output equalization signal generation circuits LIOEQSC1 to LIOEQSCk (k is a positive integer, the same applies hereinafter).
  • a plurality of local input / output equalize signal generation circuits LIOEQSC1 to LIOEQSCk generate equalize signals EQ1 to EQk and local input / output line equalize signals LEQ2B1 to LEQ2Bk, respectively.
  • One local input / output equalize signal generation circuit LIOEQSCi (i is a positive integer not less than 1 and not more than k, the same applies hereinafter) selected by a row address among the plurality of local input / output equalize signal generation circuits LIOEQSC1 to LIOEQSCk During the period, the equalize signal EQi is deactivated, and the local input / output line equalize signal LEQ2Bi is controlled in accordance with the burst flag signal BSTFLGT and the input / output equalize control signal IOEQB.
  • the remaining plurality of local input / output equalize signal generation circuits not selected by the row address maintain the equalize signal EQ at the active level and maintain the local input / output line equalize signal LEQ2B at the inactive level.
  • Equalize signals EQ1 to EQk and local input / output line equalize signals LEQ2B1 to LEQ2Bk are output to sense amplifier 50.
  • the column decoder & timing signal generation circuit 30 receives the address signal ADD as a column address in response to the internal read command signal IRD when the internal read command signal IRD is supplied. Further, the column decoder & timing signal generation circuit 30 outputs various column system control signals in accordance with the internal read command signal IRD and the column address. Specifically, the Y switch selection signal YS is output to the sense amplifier 50, and the read enable signal RE and the main amplifier connection signal TGB are output to the amplifier & buffer unit 60, respectively.
  • the column decoder & timing signal generation circuit 30 generates a main amplifier equalize signal MAEQB and an input / output equalize control signal IOEQB in accordance with the internal read command signal IRD, and outputs the low level of the active level in the second period and the third period, respectively.
  • a main amplifier equalize signal MAEQB and an input / output equalize control signal IOEQB in accordance with the internal read command signal IRD, and outputs the low level of the active level in the second period and the third period, respectively.
  • both the burst flag signal BSTFLGT and the write enable signal WE are maintained at the inactive level.
  • the main amplifier equalize signal MAEQB and the write enable signal WE are output to the amplifier & buffer unit 60, and the input / output equalize control signal IOEQB and the burst flag signal BSTFLGT are output to the row decoder & timing signal generation circuit 20 and the amplifier & buffer unit 60.
  • the column decoder & timing signal generation circuit 30 receives an address signal ADD as a column address in response to the internal write command signal IWRT when the internal write command signal IWRT and the timing signal TCDT are supplied.
  • the column decoder & timing signal generation circuit 30 outputs various column system control signals according to the internal write command signal IWRT, the timing signal TCDT and the column address. Specifically, the Y switch selection signal YS and the write enable signal WE are output according to the internal write command signal IWRT and the column address.
  • the burst flag signal BSTFLGT is output in response to the timing signal TCDT. More specifically, the burst flag signal BSTFLGT is generated by delaying the timing signal TCDT for the fourth period.
  • the column decoder & timing signal generation circuit 30 changes the input / output equalize control signal IOEQB from the low level of the active level to the high level of the inactive level in the fifth period in response to the internal write command signal IWRT.
  • both the read enable signal RE and the main amplifier connection signal TGB remain in the inactive level, and the main amplifier equalize signal MAEQB maintains the active level.
  • the memory cell array 40 includes a plurality of word lines WL and a plurality of bit lines BL, and a plurality of memory cells MC provided at the intersections of the respective word lines WL and bit lines BL.
  • the sense amplifier 50 includes a plurality of sense amplifier units. Details of the sense amplifier 50 will be described later.
  • the amplifier & buffer unit 60 includes a plurality of main input / output line equalization circuits MIOEQ (the main input / output line equalization circuit corresponds to the first equalization circuit described above), a plurality of main amplifiers MA, and a plurality of write buffers.
  • a circuit WB and a main input / output equalize signal generation circuit MIOEQSC are included.
  • the data input / output unit 70 supplies the write data supplied to the data terminal DQ to the amplifier & buffer unit 60 via the read / write bus RWBUS when a write command is supplied from the outside, that is, during a write operation.
  • a read command is supplied from the outside, that is, during a read operation
  • read data supplied from the amplifier & buffer unit 60 via the read / write bus RWBUS is supplied to the data terminal DQ.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the sense amplifier section.
  • the sense amplifier section includes transistor pairs SA1 and SA2, an equalizer circuit BLEQ, and a Y switch circuit YS, and four sets are arranged symmetrically around the center of FIG.
  • the sense amplifier unit includes an NMOS transistor MN6 that drives a drive line CSN commonly connected to the four transistor pairs SA1, and a PMOS transistor MP3 that drives a drive line CSP commonly connected to the two transistor pairs SA2.
  • the drive lines CSN and CSP are supplied with the sense amplifier activation signals CSN and CSP having the same reference numerals described in FIG.
  • One of the equalize signals EQ1 to EQk in FIG. 1 is applied to the drive line ABLEQT in FIG.
  • the Y switch selection signal YS in FIG. 1 corresponds to the Y switch selection signal AYST in FIG.
  • the transistor pair SA1 includes NMOS transistors MN1 and MN2 whose drains and gates are connected to each other.
  • the transistor pair SA2 includes PMOS transistors MP1 and MP2 whose drains and gates are connected to each other.
  • the drain of the NMOS transistor MN1 and the drain of the PMOS transistor MP1 are commonly connected to the bit line BL3B.
  • the drain of the NMOS transistor MN2 and the drain of the PMOS transistor MP2 are commonly connected to the bit line BL3T.
  • Bit line BL3T forms a bit line pair with bit line BL3B.
  • the sources of the NMOS transistors MN1 and MN2 are commonly connected to the drive line CSN.
  • the sources of the PMOS transistors MP1 and MP2 are commonly connected to the drive line CSP.
  • the NMOS transistor MN1 and the PMOS transistor MP1 constitute a CMOS inverter circuit
  • the NMOS transistor MN2 and the PMOS transistor MP2 constitute a CMOS inverter circuit.
  • the sense amplifier functions as an amplifier composed of the two CMOS inverter circuits that connect the input and output to each other.
  • the equalizer circuit BLEQ includes NMOS transistors MN3 to MN5.
  • the NMOS transistor MN3 is connected between the bit line pair (BL3T, BL3B).
  • the NMOS transistor MN4 is connected between the bit line BL3B and the power supply VBLP.
  • the NMOS transistor MN5 is connected between the bit line BL3T and the power supply VBLP.
  • the gates of the NMOS transistors MN3 to MN5 are commonly connected to the drive line ABLEQT.
  • the NMOS transistors MN3 to MN5 are all turned on, and the bit lines BL3T and BL3B are precharged to the potential of the power supply VBLP.
  • the NMOS transistor MN6 has a drain connected to the drive line CSN, a source connected to the power supply VSS, and a gate receiving a drive signal ASANT that activates the sense amplifier.
  • the PMOS transistor MP3 has a drain connected to the drive line CSP, a source connected to the power supply VARY, and a gate receiving a drive signal ASAPB that activates the sense amplifier.
  • the NMOS transistor MN6 and the PMOS transistor MP3 are turned on to activate the sense amplifier.
  • the Y switch circuit YS includes NMOS transistors MN7 and MN8.
  • the NMOS transistor MN7 is connected between the bit line BL2T and the local input / output line LIO2T.
  • the NMOS transistor MN8 is connected between the bit line BL3T and the local input / output line LIO3T.
  • the Y switch selection signal AYST is commonly supplied to the gates of the NMOS transistors MN7 and MN8.
  • the bit line BL2T and the local input / output line LIO2T and the bit line BL3T and the local input / output line LIO3T are short-circuited, respectively, and the bit line pair and the local input / output line The pair is connected.
  • each transistor is configured to satisfy Vt1 ⁇ Vt2 ⁇ Vt3.
  • the four sets of NMOS transistors MN1 to MN5 and the NMOS transistor MN6 connected in common to these four sets surrounded by a circle A have the same threshold value Vt1, so that the element isolation region is included in one P well region. It is possible to form without providing.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the layout of the sense amplifier section.
  • the four basic configurations having the same configuration are arranged symmetrically around the center of FIG. 3.
  • the NMOS transistors MN1 to MN5 connected to the bit lines BL3T and BL3B shown in FIG. 2 are composed of transistors provided in the right column of FIG.
  • the NMOS transistors shown in FIG. 2 and connected to the bit lines BL1T and BL1B and provided at symmetrical positions with respect to the NMOS transistors MN1 to MN5 are constituted by transistors provided in the left column of FIG. .
  • the NMOS transistor MN6 is connected in parallel with two transistors so as to enhance the drive capability.
  • NMOS transistors MN1 to MN5 and NMOS transistor MN6 connected in common to these four sets are formed without providing an element isolation region in one P-well region P-Well as described above.
  • the PMOS transistors MP1 to MP3 are provided in an N well region N-Well arranged above and below the P well region.
  • the NMOS transistors MN7 and MN8 are provided in another P well region not shown.
  • NMOS transistors MN1 to MN5 and an NMOS transistor MN6 commonly connected to these four sets provide an element isolation region in one P-well region. Formed without. Therefore, the element isolation region is omitted, and the chip area related to the sense amplifier unit can be reduced.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the drive circuit of the sense amplifier section according to the second embodiment.
  • the semiconductor memory device includes decode circuits DEC1 and DEC2, level shift circuits LS1 and LS2, and buffer circuits BUF1 and BUF2, in addition to the NMOS transistors MN1 to MN6 described in the first embodiment.
  • the decode circuits DEC1 and DEC2, level shift circuits LS1 and LS2, and buffer circuits BUF1 and BUF2 may be incorporated in the row decoder & timing signal generation circuit 20 of FIG.
  • the decode circuit DEC1 decodes the address signal ADD and the control signal CNTL and outputs them to the level shift circuit LS1.
  • the level shift circuit LS1 converts the L level in the output signal of the decode circuit DEC1 from the potential of the power supply VSS to the potential Vneg lower than the potential of the power supply VSS, and outputs it to the buffer circuit BUF1.
  • the output of the buffer circuit BUF1 is connected to the gate of the NMOS transistor MN6 as a drive line ASANT having the same sign as the drive signal ASNT described in FIG.
  • the decode circuit DEC2 decodes the address signal ADD and the control signal CNTL and outputs them to the level shift circuit LS2.
  • the level shift circuit LS2 converts the L level in the output signal of the decode circuit DEC2 from the potential of the power supply VSS to the potential Vneg lower than the potential of the power supply VSS, and outputs it to the buffer circuit BUF2.
  • the output of the buffer circuit BUF2 is connected to the gates of the NMOS transistors MN3 to MN5 as a drive line ABLEQT.
  • an off-leakage current Io3 flows from the bit line BLT to VBLP through the NMOS transistor MN5 in the off state. Further, an off-leakage current Io4 flows from VBLP to the bit line BLB via the NMOS transistor MN4 in the off state.
  • the drive line ASANT and the drive line ABLEQT are driven to a potential Vneg lower than the potential of the power supply VSS when they are at the L level, and the NMOS transistors MN3 to MN6 are each deeply biased. . Therefore, the above-described off-leakage currents Io1 to Io4 are extremely small, and the current consumption of the chip is reduced.
  • SYMBOLS 1 Semiconductor memory device 10 Control logic 20 Row decoder & timing signal generation circuit 30 Column decoder & timing signal generation circuit 40 Memory cell array 50 Sense amplifier 60 Amplifier & buffer part 70 Data input / output part BLEQ Equalizer circuit BUF1, BUF2 Buffer circuit DEC1, DEC2 Decode circuit LS1, LS2 Level shift circuit MN1-MN8 NMOS transistor MP1-MP3 PMOS transistor N-Well N-well region P-Well P-well region SA1, SA2 Transistor pair YSY switch circuit

Abstract

 チップ面積を削減する。ビット線対と、ビット線対間に接続され、入出力を互いに接続する2つのCMOSインバータ回路で構成されるセンスアンプ回路と、ビット線対間に接続されるイコライザ回路と、センスアンプ回路の駆動線を駆動する駆動トランジスタと、を備え、CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタとイコライザ回路を構成するトランジスタ群と駆動トランジスタとが第1導電型であって同じ第1の閾値を有する。

Description

半導体記憶装置
[関連出願についての記載]
 本発明は、日本国特許出願:特願2013-033288号(2013年02月22日出願)の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
 本発明は、半導体記憶装置に係り、特に、センスアンプを有する半導体記憶装置に係る。
 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)に代表される半導体記憶装置では、センスアンプやその周辺回路において、動作の高速化のために、閾値を低く設定したトランジスタが用いられる。
 例えば、特許文献1には、プリチャージ用トランジスタにおける閾値を、メモリセルトランジスタ及び周辺トランジスタにおける閾値よりも低く設定し、ビット線に対するプリチャージ時間を短縮して、高速動作を可能とする半導体メモリが開示されている。また、センスアンプトランジスタにおける閾値を、メモリセルトランジスタ及び周辺トランジスタにおける閾値よりも低く設定して、センス時間を短縮し、高速動作を可能とすることも開示されている。
 さらに、特許文献2には、半導体メモリ装置の低電圧化が進んでも、センスアンプドライバートランジスタ、センスアンプ部プリチャージトランジスタに低閾値トランジスタを用い、それらを負電圧で駆動することにより、各トランジスタの駆動能力を高くして、センスアンプの増幅、及びビット線、センスアンプ部のプリチャージ動作を高速化するとともに、非活性化時のサブスレッショルドリークを低減することができる半導体メモリ装置が開示されている。
特開平10-178161号公報 特開2000-293986号公報
 以下の分析は本発明において与えられる。
 ところで、先端プロセスでの開発において、メモリセル領域のサイズは、微細化によって縮小傾向にある。これに対し、センスアンプ部やサブワード線ドライバなどの周辺部における微細化は、メモリセルに比べて進んでおらず、この領域のサイズの縮小が新たな課題となる。特に、センスアンプ部ではこの傾向が顕著であり、今後さらに微細化を進める上で、センスアンプ部におけるチップ面積の増大を抑える工夫が望まれている。
 本発明の1つのアスペクト(側面)に係る半導体記憶装置は、ビット線対と、ビット線対間に接続され、入出力を互いに接続する2つのCMOSインバータ回路で構成されるセンスアンプ回路と、ビット線対間に接続されるイコライザ回路と、センスアンプ回路の駆動線を駆動する駆動トランジスタと、を備え、CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタとイコライザ回路を構成するトランジスタ群と駆動トランジスタとが第1導電型であって同じ第1の閾値を有する。
 本発明によれば、チップ面積を削減することができる。
第1の実施例に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施例に係るセンスアンプ部の回路図である。 第1の実施例に係センスアンプ部のレイアウトを模式的に示した図である。 第2の実施例に係るセンスアンプ部の駆動回路の構成を示すブロック図である。 オフリーク電流の発生を説明する図である。
 以下、本願開示の一実施形態について、概説する。なお、以下の概説に付記した図面参照符号は、専ら理解を助けるための例示であり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
 一実施形態に係る半導体記憶装置は、ビット線対(図2のBL3T、BL3B)と、ビット線対間に接続され、入出力を互いに接続する2つのCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータ回路で構成されるセンスアンプ回路(図2のSA1、SA2に対応)と、ビット線対間に接続されるイコライザ回路(図2のBLEQ)と、センスアンプ回路の駆動線を駆動する駆動トランジスタ(図2のMN6)と、を備え、CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタ(図2のMN1、MN2)とイコライザ回路を構成するトランジスタ群(図2のMN3~MN5)と駆動トランジスタとが第1導電型であって同じ第1の閾値を有する。
 半導体記憶装置において、CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタとイコライザ回路を構成するトランジスタ群と駆動トランジスタとは、一つの第2導電型のウェル領域(図3のP-Well)内に配設されるようにしてもよい。
 半導体記憶装置において、一つの第2導電型のウェル領域は、一の方向に沿って、1つのイコライザ回路、1つのセンスアンプ回路における2つの一方のトランジスタ、駆動トランジスタ、他のセンスアンプ回路における2つの一方のトランジスタ、他のイコライザ回路の順に、これらの間を素子分離領域を設けることなく含むようにしてもよい。なお、ここで言う素子分離領域とは、閾値の異なるトランジスタを設けるには、夫々のトランジスタに対応したチャネルドープやLDD(Lightly Doped Drain)を必要としており、その対処の為に、トランジスタの不純物の導入の為の注入領域の分離マージンを必要とし、この分離マージンを指し示すものである。したがって、ここで言う素子分離領域とは、絶縁膜が埋め込まれたSTI(Shallow Trench Isolation)等のフィールド分離による分離領域とは異なる。
 半導体記憶装置において、一の方向は、ビット線対の配置方向であってもよい。
 半導体記憶装置において、第1の閾値をVt1、入出力線対をビット線対に接続制御するトランジスタ(図2のMN7、MN8)の閾値をVt2、ロウ系制御回路を構成するトランジスタの閾値をVt3とした場合、Vt1<Vt2<Vt3、を満たすようにしてもよい。
 半導体記憶装置において、駆動トランジスタは、1つおよび他のセンスアンプ回路に共通する駆動線を駆動するようにしてもよい。
 半導体記憶装置において、駆動トランジスタのソースの電位よりも低い電位を基準とする第1の駆動信号を生成する第1のレベルシフト回路(図4のLS1)を備え、駆動トランジスタのゲートは、第1の駆動信号によって駆動されるようにしてもよい。
 半導体記憶装置において、駆動トランジスタのソースの電位よりも低い電位を基準とする第2の駆動信号を生成する第2のレベルシフト回路(図4のLS2)を備え、イコライザ回路を構成するトランジスタ群のそれぞれのゲートは、第2の駆動信号によって駆動されるようにしてもよい。
 以上のような半導体記憶装置によれば、CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタとイコライザ回路を構成するトランジスタ群と駆動トランジスタとを、一つのウェル領域内に素子分離領域を設けることなく形成する。したがって、素子分離領域が省かれ、センスアンプ部に係るチップ面積を削減することができる。
 以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
 図1は、第1の実施例に係る半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。図1において、半導体記憶装置1は、制御ロジック10と、ロウデコーダ&タイミング信号発生回路20と、カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30と、メモリセルアレイ40と、センスアンプ50と、アンプ&バッファ部60と、データ入出力部70から構成されている。
 制御ロジック10は、外部から供給されるコマンドを受け取り、各種の内部信号を生成する(制御ロジック10は、上述の制御回路に相当する)。具体的には、制御ロジック10は、外部からアクティブコマンドが供給されると内部アクティブコマンド信号IACTを、外部からリードコマンドが供給されると内部リードコマンド信号IRDを、外部からライトコマンドが供給されると内部ライトコマンド信号IWRTを、それぞれ生成する。
 内部アクティブコマンド信号IACTは、プリチャージコマンドが供給されるまで活性レベルのハイレベルを保持する。
 制御ロジック10は、外部からライトコマンドが供給された場合、tCCDmin期間、活性レベルとしてハイレベルをとるタイミング信号TCCDTを生成する。ここで、tCCDmin期間とは、リード動作やライト動作を繰り返して(連続して)行う場合に、ライトコマンド又はリードコマンドの受領から次のライトコマンド又はリードコマンドが受領可能となるまでの時間を下限とする期間である。tCCDmin期間は、クロックサイクル数で表すことができる。
 制御ロジック10は、その内部に、外部から供給されるクロック信号CKを受け取り、クロック信号CKをカウントし、タイミング信号TCCDTを生成するTCCDT発生回路を含む。内部アクティブコマンド信号IACTはロウデコーダ&タイミング信号発生回路20に出力される。内部リードコマンド信号IRD、内部ライトコマンド信号IWRT及びタイミング信号TCCDTは、カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30に出力される。
 ロウデコーダ&タイミング信号発生回路20は、内部アクティブコマンド信号IACTに応じてアドレス信号ADDをロウアドレスとして受け取る。ロウデコーダ&タイミング信号発生回路20は、内部アクティブコマンド信号IACTとロウアドレスとに応じて、各種ロウ系の制御信号を出力する。具体的には、ワード線選択信号WLSをメモリセルアレイ40に出力し、スイッチ制御信号S1、センスアンプ活性化信号CSP及びCSNをセンスアンプ50に出力する。
 また、ロウデコーダ&タイミング信号発生回路20は、複数のローカル入出力イコライズ信号発生回路LIOEQSC1~LIOEQSCk(kは正の整数、以下同じ)を含む。複数のローカル入出力イコライズ信号発生回路LIOEQSC1~LIOEQSCkは、それぞれ、イコライズ信号EQ1~EQkとローカル入出力線イコライズ信号LEQ2B1~LEQ2Bkとを発生する。複数のローカル入出力イコライズ信号発生回路LIOEQSC1~LIOEQSCkのうちロウアドレスにより選択された1つのローカル入出力イコライズ信号発生回路LIOEQSCi(iは1以上k以下の正の整数、以下同じ)は、第1の期間、イコライズ信号EQiを非活性レベルにし、ローカル入出力線イコライズ信号LEQ2Biをバーストフラグ信号BSTFLGTと入出力イコライズ制御信号IOEQBに応じて制御可能な状態にする。一方、ロウアドレスにより選択されなかった残りの複数のローカル入出力イコライズ信号発生回路は、イコライズ信号EQを活性レベルに維持し、ローカル入出力線イコライズ信号LEQ2Bを非活性レベルに維持する。イコライズ信号EQ1~EQk及びローカル入出力線イコライズ信号LEQ2B1~LEQ2Bkは、センスアンプ50に出力される。
 カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30は、内部リードコマンド信号IRDが供給された場合に、内部リードコマンド信号IRDに応じてアドレス信号ADDをカラムアドレスとして受け取る。さらに、カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30は、内部リードコマンド信号IRDとカラムアドレスとに応じて、各種カラム系の制御信号を出力する。具体的には、Yスイッチ選択信号YSをセンスアンプ50に、リードイネーブル信号RE及びメインアンプ接続信号TGBをアンプ&バッファ部60に、それぞれ出力する。
 また、カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30は、内部リードコマンド信号IRDに応じて、メインアンプイコライズ信号MAEQB及び入出力イコライズ制御信号IOEQBを、それぞれ第2の期間及び第3の期間、活性レベルのロウレベルから非活性レベルのハイレベルとする。一方、バーストフラグ信号BSTFLGT及びライトイネーブル信号WEは、共に非活性レベルのまま維持される。メインアンプイコライズ信号MAEQB及びライトイネーブル信号WEは、アンプ&バッファ部60に出力され、入出力イコライズ制御信号IOEQB及びバーストフラグ信号BSTFLGTはロウデコーダ&タイミング信号発生回路20及びアンプ&バッファ部60に出力される。
 カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30は、内部ライトコマンド信号IWRT及びタイミング信号TCCDTが供給された場合に、内部ライトコマンド信号IWRTに応じてアドレス信号ADDをカラムアドレスとして受け取る。
 カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30は、内部ライトコマンド信号IWRT、タイミング信号TCCDT及びカラムアドレスに応じて、各種カラム系の制御信号を出力する。具体的には、内部ライトコマンド信号IWRTとカラムアドレスとに応じて、Yスイッチ選択信号YS、ライトイネーブル信号WEを出力する。
 また、タイミング信号TCCDTに応じて、バーストフラグ信号BSTFLGTを出力する。具体的には、タイミング信号TCCDTを、第4の期間、遅延させることで、バーストフラグ信号BSTFLGTを生成する。
 また、カラムデコーダ&タイミング信号発生回路30は、内部ライトコマンド信号IWRTに応じて、入出力イコライズ制御信号IOEQBを、第5の期間、活性レベルのロウレベルから非活性レベルのハイレベルとする。一方、リードイネーブル信号REとメインアンプ接続信号TGBは、共に非活性レベルのままであり、メインアンプイコライズ信号MAEQBは活性レベルを維持する。
 メモリセルアレイ40には、複数のワード線WLと複数のビット線BLと、それぞれのワード線WLとビット線BLとの交点に設けられた複数のメモリセルMCが含まれている。
 センスアンプ50には、複数のセンスアンプ部が含まれている。センスアンプ50の詳細については、後述する。
 アンプ&バッファ部60には、複数のメイン入出力線イコライズ回路MIOEQ(メイン入出力線イコライズ回路は、上述の第1のイコライズ回路に相当する)と、複数のメインアンプMAと、複数のライトバッファ回路WBと、メイン入出力イコライズ信号生成回路MIOEQSCが含まれている。
 データ入出力部70は、外部からライトコマンドが供給された場合、つまり、ライト動作時には、データ端子DQに供給されたライトデータを、リードライトバスRWBUSを介してアンプ&バッファ部60に供給する。外部からリードコマンドが供給された場合、つまり、リード動作時には、アンプ&バッファ部60からリードライトバスRWBUSを介して供給されるリードデータをデータ端子DQに供給する。
 次に、センスアンプ50に含まれる複数のセンスアンプ部について説明する。
 図2は、センスアンプ部の回路図である。図2において、4組の同一構成の基本回路からなるセンスアンプ部が示される。すなわち、センスアンプ部は、トランジスタ対SA1、SA2、イコライザ回路BLEQ、Yスイッチ回路YSから構成され、それぞれが図2の中央を中心として対称に4組配置されている。さらに、センスアンプ部は、4つのトランジスタ対SA1に共通に接続される駆動線CSNを駆動するNMOSトランジスタMN6、2つのトランジスタ対SA2に共通に接続される駆動線CSPを駆動するPMOSトランジスタMP3を備える。なお、駆動線CSN、CSPには、図1で説明した同一の符号を付したセンスアンプ活性化信号CSN、CSPがそれぞれ与えられる。
 なお、図1のビット線BLは、図2のビット線対BLkT、BLkB(k=0~3)として表される。また、図1の入出力線MIOは、階層化されて図2のローカル入出力線対LIOkT、LIOkB(k=0~3)として表される。図1のイコライズ信号EQ1~EQkのいずれかは、図2の駆動線ABLEQTに与えられる。図1のYスイッチ選択信号YSは、図2のYスイッチ選択信号AYSTに相当する。
 以下、上述の4組の内の1組についてのみ、符号を付して説明する。他の組に関しては、回路構成は同一であって、接続先となるビット線対、ローカル入出力線対などの符号が異なるだけであるので、その説明を省略する。なお、以下において、トランジスタ対SA1、SA2を纏めたものを単にセンスアンプあるいはセンスアンプ回路という。すなわち、ここでいうセンスアンプあるいはセンスアンプ回路は、先のセンスアンプ50に多数個含まれるものである。
 トランジスタ対SA1は、ドレインとゲートを互いに襷がけとしたNMOSトランジスタMN1、MN2を備える。トランジスタ対SA2は、ドレインとゲートを互いに襷がけとしたPMOSトランジスタMP1、MP2を備える。NMOSトランジスタMN1のドレインとPMOSトランジスタMP1のドレインは、共通にビット線BL3Bに接続される。NMOSトランジスタMN2のドレインとPMOSトランジスタMP2のドレインは、共通にビット線BL3Tに接続される。ビット線BL3Tは、ビット線BL3Bとビット線対をなす。NMOSトランジスタMN1、MN2のソースは、共通に駆動線CSNに接続される。PMOSトランジスタMP1、MP2のソースは、共通に駆動線CSPに接続される。
 このような構成のセンスアンプ(トランジスタ対SA1、SA2)において、NMOSトランジスタMN1とPMOSトランジスタMP1とでCMOSインバータ回路を構成し、NMOSトランジスタMN2とPMOSトランジスタMP2とでCMOSインバータ回路を構成する。センスアンプは、入出力を互いに接続する上記2つのCMOSインバータ回路で構成される増幅器として機能する。
 イコライザ回路BLEQは、NMOSトランジスタMN3~MN5を備える。NMOSトランジスタMN3は、ビット線対(BL3T、BL3B)間に接続される。NMOSトランジスタMN4は、ビット線BL3B、電源VBLP間に接続される。NMOSトランジスタMN5は、ビット線BL3T、電源VBLP間に接続される。NMOSトランジスタMN3~MN5のゲートは、共通に駆動線ABLEQTに接続される。
 駆動線ABLEQTがHレベルとなる場合、NMOSトランジスタMN3~MN5は全てオンとなって、ビット線BL3T、BL3Bは、電源VBLPの電位にプリチャージされる。
 NMOSトランジスタMN6は、ドレインを駆動線CSNに接続し、ソースを電源VSSに接続し、ゲートにセンスアンプを活性化させる駆動信号ASANTを受ける。
 PMOSトランジスタMP3は、ドレインを駆動線CSPに接続し、ソースを電源VARYに接続し、ゲートにセンスアンプを活性化させる駆動信号ASAPBを受ける。
 駆動信号ASANTがHレベル、駆動信号ASAPBがLレベルとなる場合、NMOSトランジスタMN6およびPMOSトランジスタMP3がオンとなってセンスアンプが活性化される。
 Yスイッチ回路YSは、NMOSトランジスタMN7、MN8を備える。NMOSトランジスタMN7は、ビット線BL2Tとローカル入出力線LIO2Tとの間に接続される。NMOSトランジスタMN8は、ビット線BL3Tとローカル入出力線LIO3Tとの間に接続される。NMOSトランジスタMN7、MN8のゲートには、共通にYスイッチ選択信号AYSTが与えられる。
 Yスイッチ選択信号AYSTがHレベルである場合、ビット線BL2Tとローカル入出力線LIO2Tとの間およびビット線BL3Tとローカル入出力線LIO3Tとの間がそれぞれ短絡され、ビット線対とローカル入出力線対が接続状態とされる。
 以上のような構成のセンスアンプ部において、丸Aで囲った、1組がNMOSトランジスタMN1~MN5からなる4組とこれら4組に共通に接続されるNMOSトランジスタMN6とは、同じ閾値Vt1を有するように構成される。ここで、Yスイッチ回路YSを構成するNMOSトランジスタMN7、MN8の閾値をVt2とする。さらに、図示されない、ロウ系制御回路、カラム系制御回路、制御ロジック回路、データ入出力回路、バッファ等の周辺回路におけるNMOSトランジスタの閾値をVt3とする。この場合、Vt1<Vt2<Vt3、を満たすようにそれぞれのトランジスタが構成される。
 ここで、丸Aで囲った、NMOSトランジスタMN1~MN5の4組とこれら4組に共通に接続されるNMOSトランジスタMN6とは、同じ閾値Vt1を有するので、一つのPウェル領域内に素子分離領域を設けることなく形成することが可能である。
 次に、センスアンプ部のチップ上のレイアウトについて説明する。図3は、センスアンプ部のレイアウトを模式的に示した図である。図3において、図2で説明したと同様に、4組の同一構成の基本構成のそれぞれが図3の中央を中心として対称に配置されている。より具体的には、図2で示されるビット線BL3T、BL3Bに接続されるNMOSトランジスタMN1~MN5は、図3の右側の列に設けられたトランジスタで構成される。なお、図2で示され、ビット線BL1T、BL1Bに接続され、NMOSトランジスタMN1~MN5と対称の位置に設けられているNMOSトランジスタは、図3の左の列に設けられたトランジスタで構成される。また、NMOSトランジスタMN6は、ドライブ能力を高めるように2個のトランジスタの並列接続としている。
 NMOSトランジスタMN1~MN5の4組とこれら4組に共通に接続されるNMOSトランジスタMN6とは、上述したように一つのPウェル領域P-Well内に素子分離領域を設けることなく形成される。また、PMOSトランジスタMP1~MP3は、Pウェル領域の上下に配置されるNウェル領域N-Well内に設けられる。なお、NMOSトランジスタMN7、MN8は、図示されない他のPウェル領域内に設けられる。
 以上のような構成のセンスアンプ部によれば、NMOSトランジスタMN1~MN5の4組とこれら4組に共通に接続されるNMOSトランジスタMN6とが、一つのPウェル領域内に素子分離領域を設けることなく形成される。したがって、素子分離領域が省かれ、センスアンプ部に係るチップ面積を削減することができる。
 図4は、第2の実施例に係るセンスアンプ部の駆動回路の構成を示すブロック図である。図4において、半導体記憶装置は、第1の実施例で説明したNMOSトランジスタMN1~MN6以外に、デコード回路DEC1、DEC2、レベルシフト回路LS1、LS2、バッファ回路BUF1、BUF2を備える。なお、デコード回路DEC1、DEC2、レベルシフト回路LS1、LS2、バッファ回路BUF1、BUF2は、図1のロウデコーダ&タイミング信号発生回路20に内蔵されるようにしてもよい。
 デコード回路DEC1は、アドレス信号ADDと制御信号CNTLをデコードし、レベルシフト回路LS1に出力する。レベルシフト回路LS1は、デコード回路DEC1の出力信号におけるLレベルを電源VSSの電位から電源VSSの電位よりも低い電位Vnegに変換してバッファ回路BUF1に出力する。バッファ回路BUF1の出力は、図2で説明した駆動信号ASNTと同じ符号を付した駆動線ASANTとしてNMOSトランジスタMN6のゲートに接続される。
 デコード回路DEC2は、アドレス信号ADDと制御信号CNTLをデコードし、レベルシフト回路LS2に出力する。レベルシフト回路LS2は、デコード回路DEC2の出力信号におけるLレベルを電源VSSの電位から電源VSSの電位よりも低い電位Vnegに変換してバッファ回路BUF2に出力する。バッファ回路BUF2の出力は、駆動線ABLEQTとしてNMOSトランジスタMN3~MN5のゲートに接続される。
 以上のような構成において、駆動線ASANTの電位がVSSであって、NMOSトランジスタMN6がオフであって、NMOSトランジスタMN3~MN5がオンとなるスタンバイ状態を考える。この場合、NMOSトランジスタMN6の閾値Vt1は小さいので、図5(A)に示すように、オフ状態のNMOSトランジスタMN6を介して駆動線CSNから電源VSSに向けてオフリーク電流Io1が流れる。
 また、駆動線ABLEQTの電位がVSSであって、NMOSトランジスタMN3~MN5がオフであって、NMOSトランジスタMN6がオンとなるアクティブスタンバイ状態を考える。また、ビット線BLTの電位(VARY)がビット線BLBの電位(VSS)に比べて高いものとする。この場合、NMOSトランジスタMN3~MN5の閾値Vt1は小さいので、図5(B)に示すように、オフ状態のNMOSトランジスタMN3を介してビット線BLTからビット線BLBに向けてオフリーク電流Io2が流れる。また、オフ状態のNMOSトランジスタMN5を介してビット線BLTからVBLPに向けてオフリーク電流Io3が流れる。さらに、オフ状態のNMOSトランジスタMN4を介してVBLPからビット線BLBに向けてオフリーク電流Io4が流れる。
 これに対し、図4に示す回路では、駆動線ASANT、駆動線ABLEQTは、Lレベルの場合に電源VSSの電位よりも低い電位Vnegに駆動され、NMOSトランジスタMN3~MN6は、それぞれ深くバイアスされる。したがって、上述のオフリーク電流Io1~Io4は、極めて小さくなり、チップの消費電流が減少する。
 なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
1 半導体記憶装置
10 制御ロジック
20 ロウデコーダ&タイミング信号発生回路
30 カラムデコーダ&タイミング信号発生回路
40 メモリセルアレイ
50 センスアンプ
60 アンプ&バッファ部
70 データ入出力部
BLEQ イコライザ回路
BUF1、BUF2 バッファ回路
DEC1、DEC2 デコード回路
LS1、LS2 レベルシフト回路
MN1~MN8 NMOSトランジスタ
MP1~MP3 PMOSトランジスタ
N-Well Nウェル領域
P-Well Pウェル領域
SA1、SA2 トランジスタ対
YS Yスイッチ回路

Claims (8)

  1.  ビット線対と、
     前記ビット線対間に接続され、入出力を互いに接続する2つのCMOSインバータ回路で構成されるセンスアンプ回路と、
     前記ビット線対間に接続されるイコライザ回路と、
     前記センスアンプ回路の一つの駆動線を駆動する駆動トランジスタと、
     を備え、
     前記CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタと前記イコライザ回路を構成するトランジスタ群と前記駆動トランジスタとが第1導電型であって同じ第1の閾値を有する半導体記憶装置。
  2.  前記CMOSインバータ回路を構成する一方のトランジスタと前記イコライザ回路を構成するトランジスタ群と前記駆動トランジスタとは、一つの第2導電型のウェル領域内に配設される請求項1記載の半導体記憶装置。
  3.  前記一つの第2導電型のウェル領域は、一の方向に沿って、1つの前記イコライザ回路、1つの前記センスアンプ回路における2つの前記一方のトランジスタ、前記駆動トランジスタ、他の前記センスアンプ回路における2つの前記一方のトランジスタ、他の前記イコライザ回路の順に、これらの間を素子分離領域を設けることなく含む請求項2記載の半導体記憶装置。
  4.  前記一の方向は、前記ビット線対の配置方向である請求項3記載の半導体記憶装置。
  5.  前記第1の閾値をVt1、入出力線対を前記ビット線対に接続制御するトランジスタの閾値をVt2、ロウ系制御回路を構成するトランジスタの閾値をVt3とした場合、Vt1<Vt2<Vt3、を満たすように構成される請求項1記載の半導体記憶装置。
  6.  前記駆動トランジスタは、前記1つおよび他のセンスアンプ回路に共通する駆動線を駆動する請求項3記載の半導体記憶装置。
  7.  前記駆動トランジスタのソースの電位よりも低い電位を基準とする第1の駆動信号を生成する第1のレベルシフト回路を備え、
     前記駆動トランジスタのゲートは、前記第1の駆動信号によって駆動される請求項1、2、3、6のいずれか一に記載の半導体記憶装置。
  8.  前記駆動トランジスタのソースの電位よりも低い電位を基準とする第2の駆動信号を生成する第2のレベルシフト回路を備え、
     前記イコライザ回路を構成するトランジスタ群のそれぞれのゲートは、前記第2の駆動信号によって駆動される請求項1、2、3、6のいずれか一に記載の半導体記憶装置。
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