DE10258168B4 - Integrierter DRAM-Halbleiterspeicher und Verfahren zum Betrieb desselben - Google Patents
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Abstract
Integrierter
DRAM-Halbleiterspeicher mit in Spaltenrichtung (Y) segmentierten
lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) und einem CSL-Schalter (3),
der die lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) auf ein über eine
in Zeilenrichtung (X) laufende CSL-Leitung (CSL) zugeführtes Column-Select-Signal
mit primären
Senseverstärkern jeweils
in einem Schreibzyklus und Lesezyklus zur Übergabe und Übernahme
gespreizter Datensignale auf und von Bitleitungen (BLT, BLC) des
jeweiligen Segments (I, II, III) verbindet, dadurch gekennzeichnet,
dass an den Schnittstellen zwischen allen benachbarten Segmenten
der lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) zu ihrer Verbindung mit den
lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) benachbarter Segmente (I, II,
III) LDQ-Schalter (10) angeordnet sind, die abhängig von einem jedem dieser
LDQ-Schalter (10)
separat zugeführten
Steuersignal (12) während
einer vor jedem Lesezyklus stattfindenden Prechargephase wenigstens zweier
benachbarter LDQ-Segmente geschlossen und sonst geöffnet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft einen integrierten DRAM-Halbleiterspeicher und ein Verfahren zum Betrieb desselben jeweils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7. Ein derartiger DRAM-Halbleiterspeicher und ein Verfahren zum Betrieb desselben sind aus US 2002/0067653 A1 bekannt.
- Damit in integrierten Halbleiterspeichern, insbesondere dynamischen Speicherbausteinen (DRAMs) in einem Lesezyklus die bewerteten Bitleitungspegel an den Chipausgang transportiert werden können, werden die von einem primären Senseverstärker gespreizten Bitleitungssignale über CSL-Schalter in einer ersten Stufe auf so genannte lokale Datenleitungen (LDQs) geschaltet. Aus Stromspargründen und damit der die Bitleitungen BL spreizende primäre Senseverstärker die Bitleitungssignale innerhalb kurzer Zeit auf der LDQ treiben kann, wird üblicherweise die umzuladende Kapazität der LDQs durch eine Segmentierung bzw. Aufteilung derselben reduziert.
- Beiliegende
1 zeigt einen Abschnitt eines Zellenfeldes eines herkömmlichen DRAM-Speichers mit zwei Zellenblöcken20 ,21 . Zwischen den Zellenblöcken befindet sich ein so genannter SR-Streifen22 , in dem die erwähnten primären Senseverstärker (SA)1 , die CSL-Schalter3 , die segmentierten lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC und MDQ-Schalter5 angeordnet sind. Dargestellt sind in1 beispielhaft drei LDQ-Segmente, die mit I, II und III bezeichnet sind. Komplementäre Bitleitungen BLT, BLC, die in jedem Zellenblock20 ,21 in Zeilen richtung X verlaufenrsind an die primären SAs1 angeschlossen. Jeder SA gibt bei Ansteuerung des zugeordneten CSL-Schalters3 durch ein von einem CSL-Treiber4 erzeugtes CSL-Steuersignal bei einem Lesevorgang die Bitheitungspotentiale an die lokalen Datenleitungen LDQT und LDQC ab. Zu diesem Zeitpunkt sind die lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC bereits durch den MDQ-Schalter5 mit einer zugehörigen Hauptdatenleitung MDQT, MDQC verbunden, die wiederum mit einem sekundären Senseverstärker (SSA)2 verbunden ist. Somit sind entlang einer in1 nicht gezeigten in Spaltenrichtung Y laufenden Wortleitung in jedem Zellenblock20 ,21 mehrere LDQ-Segmente I, II, III gebildet, und die so segmentierten lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC sind zeitweise, das heißt während eines Lesezyklus und eines Schreibzyklus über die MDQ-Schalter5 mit einer allen lokalen Datenleitungen eines LDQ-Segments gemeinsamen Hauptdatenleitung MDQT, MDQC und über diese mit dem SSA2 verbunden. Es ist zu erwähnen, dass die Bitleitungen BLT, BLC, die primären Senseverstärker1 , die CSL-Schalter3 , die lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC, die MDQ-Schalter5 und die Hauptdatenleitungen MDQT, MDQC zur Führung bzw. Durchschaltung differentieller bzw. komplementärer Datensignale eingerichtet sind. - Beiliegende
3A zeigt einen zeitlichen Ablauf eines typischen Schreib-Lesezyklus anhand der Potentiale auf den verbundenen Hauptdatenleitungen MDQT, MDQC und lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC. Beim Schreiben spreizt der SSA2 die MDQ/LDQ-Leitungen auf den vollen Bitleitungspegel Vblh und durch ein kurzes impulsförmiges CSL-Signal werden die Potentiale auf die Bitleitungen BLT, BLC geschrieben, wobei unter Umständen der SA1 überschrieben (gekippt) wird. Sofort nach Beendigung des CSL-Impulssignals wird mit dem Precharge der MDQ/LDQ-Leitungen begonnen, um bei einem Lesebefehl durch ein erneutes CSL-Impulssignal im gleichen LDQ-Segment die MDQ/LDQ-Leitungen auf gleichem Potential vorzufinden. Dieser Prechargevorgang wird durch eine am sekundären Senseverstär ker2 im Chipgürtel angeordnete Equalize (EQL)-Steuerschaltung6 auf ein Precharge-Steuersignal13 hin durchgeführt. Der Prechargepegel ist kein Mittenpegel sondern der volle Bitleitungspegel Vblh auf der wahren und komplementären Leitung MDQT, MDQC und LDQT, LDQC. In3A ist zu erkennen, dass eine Verkürzung der externen Zykluszeit oder eine Erhöhung der Zyklusfrequenz beim Absetzen der Schreib-Lese-Befehle einer Verkürzung der Prechargezeit tprecharge gleich kommt, da die Länge des CSL-Impulssignals konstant bleibt. Durch prozesstechnisch bedingte, teilweise hochohmige Kontakte innerhalb der MDQ-Schalter5 kann sich der auf den Hauptdatenleitungen MDQT, MDQC durchgeführte Precharge nur zeitverzögert auf die lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC auswirken. Dies kann aber, geht man von invertierten (logischen) Daten zwischen Schreib- und Lesekommando aus, dazu führen, dass das auf der Bitleitung BLT, BLC beim Lesevorgang durch den primären Senseverstärker1 über den CSL-Schalter3 auf die lokalen Datenleitungen LDQT und LDQC geschaltete Signal nicht stark genug ist, um ein ausreichendes Differenzsignal auf den komplementären lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC zu erzeugen. Dies kann zu einer falschen Bewertung des sekundären Senseverstärkers führen. Im schlimmsten Fall sind die komplementären lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC noch voll gespreizt (ein Precharge konnte noch nicht stattfinden), wenn das CSL-Impulssignal des Lesebefehls kommt. Dies führt analog zu einem Schreibbefehl zum Kippen des SA1 und damit zum Rückschreiben der falschen Dateninformation. Problematisch ist dabei vor allem, dass pro LDQ-Segment nur ein MDQ-Schalter5 eingesetzt wird, um den LDQ-Precharge durchzuschalten. Daraus resultiert eine hohe Anfälligkeit, die den Halbleiterspeicherbaustein jenseits der Reparaturgrenze ausfallen lässt. - Aus
DE 196 32 780 A1 (siehe insbesondere3 mit Beschreibung) ist ein Halbleiterspeicher bekannt, bei dem zur Beschleunigung eines Prechargevorgangs, der in dieser Drckschrift „restore" genannt wird, mindestens zwei der Bitleitungspaare über die ohnehin vorhandenen Bitleitungsschalter verbunden werden. - Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen integrierten DRAM-Halbleiterspeicher und ein Verfahren zum Betrieb desselben so anzugeben, dass die allgemeine Prechargeperformance der Hauptdatenleitungen MDQ und der lokalen Datenleitungen LDQ verbessert sowie die Abhängigkeit von den Einzel-MDQ-Schaltern geringer wird.
- Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
- Die Erfindung erzielt gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt einen integrierten DRAM-Halbleiterspeicher mit in Spaltenrichtung segmentierten lokalen Datenleitungen und einem CSL-Schalter, der die lokalen Datenleitungen auf ein über eine in Zeilenrichtung laufende CSL-Leitung zugeführtes Column-Select-Signal mit primären Senseverstärkern jeweils in einem Schreibzyklus und Lesezyklus zur Übergabe und Übernahme gespreizter Datensignale auf und von Bitleitungen des jeweiligen Segments verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schnittstellen zwischen allen benachbarten Segmenten der lokalen Datenleitungen zu ihrer Verbindung mit den lokalen Datenleitungen benachbarter Segmente LDQ-Schalter angeordnet sind, die abhängig von einem jedem dieser LDQ-Schalter separat zugeführten Steuersignal während einer vor jedem Lesezyklus stattfindenden Prechargephase wenigstens zweier benachbarter LDQ-Segmente geschlossen und sonst geöffnet sind.
- Zur Erzeugung eines jeden LDQ-Schalter ansteuernden Steuersignals sind UND-Glieder vorgesehen, die die den EQL-Steuerschaltungen wenigstens zweier benachbarter LDQ-Segmente zugeführten Precharge-Steuersignale verknüpfen.
- Gemäß einem zweiten wesentlichen Aspekt erzielt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines integrierten DRRM-Halbleiterspeichers mit in Spaltenrichtung segmentierten lokalen Datenleitungen und in Zeilenrichtung laufenden Hauptdatenleitungen, wobei jede Hauptdatenleitung allen lokalen Datenleitungen eines LDQ-Segments gemeinsam ist und die lokalen Datenleitungen von einem CSL-Schalter auf ein diesem zugeführtes Column-Select-Signal in einem Lesezyklus und einem Schreibzyklus mit einem primären Senseverstärker jeweils zum Lesen und Schreiben gespreizter Daten verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Datenleitungen wenigstens zweier benachbarter LDQ-Segmente während einer Prechargephase vor jedem durch eine Aktivierung des CSL-Schalters mittels des Column-Select-Signals aktivierten Lesezyklus miteinander verbunden werden.
- Durch die Verbindung der lokalen Datenleitungen von wenigstens zwei benachbarten LDQ-Segmenten mit dem LDQ-Schalter wird erreicht, dass in der Prechargephase die lokale Datenleitung eines LDQ-Segments über mindestens zwei anstatt einen MDQ-Schalter vorgeladen (Precharge) wird. Da sich die benachbarten LDQ-Segmente bereits schon länger im Precharge befinden, unterstützen diese den Ladungsausgleich und entschärfen so den hinsichtlich der Prechargezeit kritischen Lesezugriff auf das gleiche LDQ-Segment mit invertierten Daten gegenüber dem vorhergehenden Schreibbefehl auf das gleiche LDQ-Segment mit invertierten Daten gegenüber dem vorhergehenden Schreibefehl.
- Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale werden in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines integrierten DRAM-Halbleiterspeichers gemäß der Erfindung und eines Verfahrens zum Betrieb desselben noch deutlicher. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegende Zeichnung, deren Figuren im Einzelnen zeigen:
-
1 schematisch und teilweise als Blockdiagramm eine Struktur eines Abschnitts eines herkömmlichen DRAM-Speichers (eingangs bereits beschrieben) -
2 schematisch und teilweise als Blockdiagramm die Struktur eines Abschnitts eines erfindungsgemäß gestalteten DRAM-Speichers; -
3A den zeitlichen Ablauf eines üblichen Schreib-Lesezyklus anhand der Potentiale auf den verbundenen MDQ/LDQ-Leitungen (eingangs bereits beschrieben) und -
3B den zeitlichen Ablauf eines Schreib-Lesezyklus gemäß der Erfindung. - In
2 , die schematisch und teilweise als Blockschaltbild einen Abschnitt eines erfindungsgemäß gestalteten DRAM-Speichers zeigt, sind die mit10 bezeichneten LDQ-Schalter im SA-Streifen22 jeweils zwischen benachbarten LDQ-Segmenten I, II, III angeordnet und verbinden auf ein über eine an jedem LDQ-Schalter separat anschließende Leitung12 zugeführtes Steuersignal hin die lokalen Datenleitungen LDQT und LDQC von zwei benachbarten LDQ-Segmenten. Es ist zu bemerken, dass die LDQ-Schalter10 als FET-Transistorschalterpaare mit gemeinsamem Gateanschluss realisiert sind, an den die das Steuersignal zuführende Leitung12 angeschlossen ist. Zur Erzeugung dieses Steuersignals sind im Chipgürtel UND-Glieder11 angeordnet, die die EQL-Steuersignale13 von zwei benachbarten EQL-Steuerschaltungen6 und -verknüpfen. Mit den in2 dargestellten erfindungsgemäßen zusätzlichen Elementen10 und11 wird, wie erwähnt, die Prechargeperformance verbessert. In allen anderen Details stimmt der in2 gezeigte DRAM-Speicher mit dem zuvor erläuterten und in1 gezeigten überein. Anhand der3B , die den zeitlichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Schreib-Lesezyklus zeigt, wird nun das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des oben erläuterten und in2 gezeigten DRAM-Speichers erläutert. - In
3B , die den Zeitablauf eines Schreib-Lesezyklus mit den Potentialen auf den bei durchgeschaltetem MDQ-Schalter5 mit den lokalen Datenleitungen LDQT, LDQC verbundenen Hauptdatenleitungen MDQT und MDQC zeigt, erfolgt nach dem während des Schreibens ergehenden CSL-Impulssignal der Prechargevorgang, der durch die EQL-Steuerschaltung6 durchgeführt wird. Der Prechargepegel ist kein Mittenpegel sondern der volle Bitleitungspegel Vblh sowohl auf den wahren Leitungen MDQT/LDQT und den komplementären Leitungen MDQC/LDQC. Erfindungsgemäß werden nun während der Prechargephase die lokalen Datenleitungen LDQT einerseits und LDQC andererseits zweier benachbarter LDQ-Segmente durch die gepaarten FET-Transistorschalter des LDQ-Schalters10 miteinander verbunden. Dadurch werden während der Prechargephase die lokalen Datenleitungen LDQT und LDQC von mindestens zwei EQL-Steuerschaltungen6 zweier benachbarter LDQ-Segmente über die zugehörigen Hauptdatenleitungen und die durchgeschalteten MDQ-Schalter5 vorgeladen (precharge). Da sich die Nachbar-LDQ-Segmente bereits schon länger im Precharge befinden, unterstützen diese den Ladungsausgleich und entschärfen so den hinsichtlich der Prechargezeit kritischen Lesezugriff auf das gleiche LDQ-Segment mit gegenüber dem vorangehenden Schreibvorgang invertierten Daten. Das jedem LDQ-Schalter10 zugeordnete UND-Glied11 verknüpft im Ausführungsbeispiel die die Prechargephase steuernden Precharge-Steuersignale13 von den beiden benachbarten EQL-Steuerschaltungen6 . - In
3B zeigt eine dick ausgezogene Kurve L die neue Prechargeladefunktion mit der verkürzten neuen Prechargezeit tprecharge (neu). Die Verkürzung der Prechargezeit führt dazu, dass der Halbleiterspeicherbaustein mit höheren Frequenzen betrieben werden kann, bevor er bedingt durch den MDQ/LDQ-Precharge ausfällt. Diese Maßnahme wirkt sich somit in einer Verbesserung der Ausbeute funktionsfähiger Produkte und in einer Erhöhung der Toleranz zur Spezifikation aus. -
- 1
- Senseverstärker SA
- 2
- Secondary Senseverstärker SSA
- 3
- CSL-Schalter
- 4
- CSL-Treiber
- 5
- MDQ-Schalter
- 6
- EQL-Steuerschaltung
- 10
- LDQ-Schalter
- 11
- UND-Glieder
- 12
- LDQ-Schaltersteuerleitung
- 13
- Precharge-Steuersignale
- 20, 21
- Zellenblöcke
- 22
- SA-Streifen
- BLT, BLC
- Bitleitungen
- LDQT, LDQC
- lokale Datenleitungen
- MDQT, MDQC
- Hauptdatenleitungen
- CSL
- Column-Select-Leitung
- Vblh
- volle Bitleitungsspannung
- L
- neue Precharge-Ladefunktion
- X
- Zeilenrichtung
- Y
- Spaltenrichtung
- I, II, III
- LDQ-Segmente
Claims (7)
- Integrierter DRAM-Halbleiterspeicher mit in Spaltenrichtung (Y) segmentierten lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) und einem CSL-Schalter (
3 ), der die lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) auf ein über eine in Zeilenrichtung (X) laufende CSL-Leitung (CSL) zugeführtes Column-Select-Signal mit primären Senseverstärkern jeweils in einem Schreibzyklus und Lesezyklus zur Übergabe und Übernahme gespreizter Datensignale auf und von Bitleitungen (BLT, BLC) des jeweiligen Segments (I, II, III) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass an den Schnittstellen zwischen allen benachbarten Segmenten der lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) zu ihrer Verbindung mit den lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) benachbarter Segmente (I, II, III) LDQ-Schalter (10 ) angeordnet sind, die abhängig von einem jedem dieser LDQ-Schalter (10 ) separat zugeführten Steuersignal (12 ) während einer vor jedem Lesezyklus stattfindenden Prechargephase wenigstens zweier benachbarter LDQ-Segmente geschlossen und sonst geöffnet sind. - DRAM-Halbleiterspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem LDQ-Schalter (
10 ) ein UND-Glied (11 ) zugeordnet ist, um die Prechargephasenbedingung der wenigstens zwei benachbarten LDQ-Segmente logisch zu verknüpfen und daraus das Steuersignal (12 ) für den jeweiligen LDQ-Schalter (10 ) zu erzeugen. - DRAM-Halbleiterspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) eines Segments über einen MDQ-Schalter (
5 ) mit einer in Zeilenrichtung (X) laufenden allen lokalen Datenleitungen eines Segments (I, II, III) gemeinsamen Hauptdatenleitung (MDQT, MDQC) und mit einem sekundären Senseverstärker (2 ) zur Übernahme/Übergabe gespreizter Datensignale (DQT, DQC) in einem Schreib-/Lesezyklus verbindbar sind. - DRAM-Halbleiterspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zellenfelder des Halbleiterspeichers in Zeilenrichtung (X) in einzelne Zellenblöcke (
20 ,21 ) unterteilt sind, zwischen denen in Spaltenrichtung (Y) jeweils ein Senseverstärkerstreifen (22 ) mit den primären Senseverstärkern (1 ) und den zugehörigen CSL-Schaltern (3 ) verlaufen, wobei die lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC), die MDQ-Schalter (5 ) und die LDQ-Schalter (10 ) ebenfalls in diesem Senseverstärkerstreifen (22 ) und die sekundären Senseverstärker (2 ) und die das Steuersignal (12 ) erzeugenden UND-Glieder (11 ) in einem Chipgürtel des integrierten Halbleiterspeichers angeordnet sind. - DRAM-Halbleiterspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreib- und Lesedaten komplementäre Daten sind und dass jeweils die lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) und die Hauptdatenleitungen (MDQT, MDQC) als komplementäre Datenleitungen angeordnet sind.
- DRRM-Halbleiterspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die CSL-Schalter (
3 ), die MDQ-Schalter (5 ) und die LDQ-Schalter (10 ) jeweils für die komplementären lokalen und Hauptdatenleitungen als FET-Transistorpaare mit gemeinsamer Gateansteuerung angeordnet sind. - Verfahren zum Betrieb eines integrierten DRAM-Halbleiterspeichers mit in Spaltenrichtung (Y) segmentierten lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) und in Zeilenrichtung (X) laufenden Hauptdatenleitungen (MDQT, MDQC), wobei jede Hauptdatenleitung (MDQT, MDQC) allen lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) eines LDQ-Segments (I, II, III) gemeinsam ist und die lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) von einem CSL-Schalter (
3 ) auf ein diesem zugeführtes Column-Select-Signal in einem Lesezyklus und einem Schreibzyklus mit einem primären Senseverstärker jeweils zum Lesen und Schreiben gespreizter Daten (DQT, DQC) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Datenleitungen (LDQT, LDQC) wenigstens zweier benachbarter LDQ-Segmente während einer Prechargephase vor jedem durch eine Aktivierung des CSL-Schalters mittels des Column-Select-Signals aktivierten Lesezyklus miteinander verbunden werden.
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2003
- 2003-12-12 US US10/733,332 patent/US6906972B2/en not_active Expired - Fee Related
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