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Diese
Anmeldung hat Vorrang vor der vorläufigen Anmeldung Nr. 60/288744
mit dem Titel „Word line
driver for a Semiconductor memory device" angemeldet am 4. Mai 2001.
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STAND DER TECHNIK
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1. BEREICH
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiterspeicheranordnungen
und im Speziellen Leitungsantreiber für Halbleiterspeicheranordnungen.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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1 stellt
eine Speicherzelle in einer typischen DRAM-Speicheranordnung dar.
Die Aktualisierungszeit dieser Speicherzelle wird durch zwei Hauptarten
von Kriechstrom herabgesetzt: durch I1, den
Anschlusskriechstrom, der an der Anschlussgrenze des Widerstands
M1 hervorgerufen wird; und durch I2, den
Kanalkriechverlust, der durch untergrenzwertigen Strom verursacht
wird, der durch den Widerstand M1 fließt. Der Anschlusskriechstrom
I1 kann durch Erhöhung der Kanaleinsetzungsdosis verringert
werden, doch dadurch wird I2 erhöht. Auf gleiche
Weise kann der untergrenzwertige Strom I2 durch
Erhöhung
der Grenzwertspannung Vth von M1 verringert werden, wodurch jedoch
I1 erhöht
wird.
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Es
wurde ein Worleitungssystem mit negativer Vorspannung erfunden,
um sowohl den Anschlusskriechstrom als auch den Kanalkriechstrom gleichzeitig
zu verringern. Eine Speicheranordnung, die ein negatives Wortleitungssystem
einsetzt, wendet eine negative Spannung Vbb (normalerweise –0,4 bis –0,5 Volt)
auf die Wortleitungen der nicht ausgewählten Speicherzellen an. Die
Umsetzung der Wortleitungssysteme mit negativer Vorspannung stellt
jedoch zahlreiche Probleme dar. Zunächst ist eine negative Spannungsquelle
für den
Umgang mit den hohen Entladungsströmen erforderlich, die erzeugt
werden, wenn eine Wortleitung während
eines Vorladevorgangs von Vpp oder Vdd an Vbb entladen wird. Diese
Entladungsströme
tendieren außerdem dazu,
in Vbb Spannungsfluktuationen hervorzurufen. Der für die Steuerung
der Wortleitungssteuerung benötigte
Strom stellt zusätzliche
Anforderungen an die negative Spannungsquelle. Somit neigt die negative Spannungsquelle
dazu, einen großen
Platz in einer Speicheranordnung einzunehmen. Zweitens erfordern
herkömmliche
negative Wortleitungssysteme komplexe Umsetzungen, die normalerweise
eine Beeinträchtigung
des Chipbereichs bringen, da pro Wortleitung ein negativer Wortleitungsantreiber
erforderlich ist. Zusätzlich
ist es schwierig, einen negativen Spannungsumwandler in einer Wortleitungsantreibersteigung
umzusetzen.
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US 6046956 beschreibt eine
Halbleiterspeicheranordnung, in der eine Wortleitung an zwei Referenzpotentiale
entladen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
negatives Worleitungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung leitet Wortleitungsentladungsstrom während einem Vorladevorgang
von der negativen Spannungsquelle ab.
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In
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Entladen einer Wortleitung nach Anspruch 1 bereit.
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In
einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Halbleiterspeicheranordnung
nach Anspruch 18 bereit.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden offen gelegt
und beansprucht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine Speicherzelle des Standes der Technik in einer DRAM-Speicheranordnung
dar.
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2 stellt
die Kernstruktur einer DRAM-Anordnung des Standes der Technik dar,
die ein Hauptwortleitungssystem verwendet.
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3 ist
ein schematisches Diagramm eines Wortleitungsantreibers des Standes
der Technik.
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4 stellt
eine Speicheranordnung gemäß einem
Beispiel dar, das für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung hilfreich ist.
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5 stellt
eine Ausführungsform
einer Speicheranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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6 stellt
eine weitere Ausführungsform
einer Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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7 stellt
die Kernstruktur einer DRAM-Anordnung des Standes der Technik dar,
die ein Unterwortleitungssystem verwendet.
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8 ist
ein schematisches Diagramm eines NMOS-Unterwortleitungsantreibers
des Standes der Technik.
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9 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betriebszyklus des NMOS-artigen Unterwortleitungsantreibers
der 8 darstellt.
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10 ist
ein schematisches Diagramm eines CMOS-Unterwortleitungsantreibers
des Standes der Technik.
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11 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betriebszyklus des CMOS-artigen Unterwortleitungsantreibers
der 10 darstellt.
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12 ist
ein schematisches Diagramm eines PXID-Erzeugers des Standes der
Technik.
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13 ist
ein schematisches Diagramm eines WEI-Erzeugers des Standes der Technik.
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14 stellt
eine Anordnung des Standes der Technik einer NMOS-Unterwortleitungsantreiberschaltung,
eines PXID-Erzeugers und eines WEI-Antreibers dar.
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15 stellt
eine Anordnung des Standes der Technik einer CMOS-Unterwortleitungsantreiberschaltung,
eines PXID-Erzeugers und eines WEI-Antreibers dar.
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16 stellt
ein Beispiel einer Speicheranordnung dar, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
hilfreich ist.
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17 stellt
ein Beispiel einer Speicheranordnung dar, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
hilfreich ist.
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18 stellt
ein Beispiel einer Speicheranordnung dar, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
hilfreich ist.
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19 stellt
ein Beispiel einer Speicheranordnung dar, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
hilfreich ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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HAUPTWORTLEITUNGSANTREIBERSYSTEM
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2 stellt
die Kernstruktur einer DRAM-Anordnung des Standes der Technik dar,
die ein Hauptwortleitungsantreibersystem verwendet. Die in 2 gezeigte
Kernstruktur umfasst Speicherzellenbereiche 12, Leseverstärkerblöcke 14 und
Hauptreihendecodierer 16. Innerhalb jedes Speicherzellenbereichs 12 befinden
sich einzelne Speicherzellen MC, von denen jede einen Zellentransistor
und einen Zellenkondensator aufweist, die sich an der Schnittstelle zwischen
einer Bitleitung BL/BLB und einer Hauptwortleitung WL befindet.
Die Wortleitungen WL für nicht
ausgewählte
Speicherzellen werden bei der Stromversorgungsgrundspannung Vss
gehalten. Wenn auf eine Speicherzelle MC zugegriffen wird (zum Beispiel
während
eines Lesevorgangs), wird die entsprechende Wortleitung normalerweise
auf eine verstärkte
Spannung Vpp angetrieben, die den Zugrifftransistor anschaltet und
es einem Leseverstärker
in dem Leseverstärkerblock 14 erlaubt,
den Zustand des Zellenkondensators durch die Bitleitungen BL/BLB
zu lesen.
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Da
jede der Hauptwortleitungen WL mit zahlreichen Speicherzellen gekoppelt
ist, stellen sie starke kapazitive Ladungen dar. Somit enthalten
die Hauptreihendecodierer 18 Wortleitungsantreiber wie die
in 3 gezeigten. Hier ist der Wortleitungsantreiber
eine einfache Gegentaktstufe, die aus dem gestapelten PMOS-Transistor
M1 und dem NMOS-Transistor M2 ausgebildet ist. Die Quelle von M2
ist mit Vss in einer herkömmlichen
Speicheranordnung verbunden. Während
eines Vorladevorgangs (nachdem der zugriff auf eine Speicherzelle beendet
ist), fließen
große
Mengen Strom durch M2 zu Vss, wenn die Wortleitung WL entladen wird.
In einer Speicheranordnung, die ein negatives Wortleitungssystem
einsetzt, wird die Quelle von M2 mit der negativen Stromversorgung
Vbb derart verbunden, dass die Wortleitung bei Vbb gehalten wird,
um Kriechstrom in den Zugrifftransistoren zu verringern. Das führt jedoch
dazu, dass große
Entladungsströme während eines
Vorladevorgangs zu Vbb fließen,
wodurch Spannungsfluktuationen in Vbb und andere Probleme verursacht
werden.
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ERSTES BEISPIEL, DAS FÜR DAS VERSTÄNDNIS DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG HILFREICH IST.
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4 stellt
ein Beispiel einer Speicheranordnung dar, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
hilfreich ist. Die in 4 gezeigte Antreiberschaltung
ist derart aufgebaut, dass sie die Wortleitung WL nach dem Vorladevorgang
bei Vbb hält, doch
den Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms zu Vss ableitet, wodurch die Anforderung
an die negative Stromversorgung verringert wird. Die Antreiberschaltung
der 4 umfasst eine Stromversorgungsbeibehaltungsschaltung
(oder „Beibehaltungsschaltung") 20 und
eine Antreiberstufe 18, die einen modifizierten Antreiberbereich 22 aufweist.
Die Beibehaltungsschaltung 20 umfasst einen NMOS-Transistor
M4, der einen Kanal aufweist, der zwischen WL und Vbb verbunden
ist, und eine Ableitung, die mit der Ausgabe eines Wechselrichters INV1
verbunden ist, und ein Substrat, das mit Vbb verbunden ist. Der
Wechselrichter INV1 ist auf Vbb bezogen und weist eine Eingabe auf,
die mit der Wortleitung verbunden ist. In dem modifizierten Antreiberbereich 22 ist
ein mit einer Diode verbundener NMOS-Transistor M3 in Reihe mit
M2 verbunden. Die Substrate von sowohl M2 als auch M3 sind mit Vbb verbunden.
Die Beibehaltungsschaltung 20 befindet sich vorzugsweise
an der Seite des Zellenbereichs gegenüber von dem Rest des Hauptreihendecodierers,
um Raum in dem Decodierbereich zu sparen.
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Ein
Vorladevorgang wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben.
Am Ende des Zugriffsvorgangs ist die Wortleitung WL bei Vpp, da
der Transistor M1 angeschaltet ist. Die Ausgabe des Wechselrichters INV1
ist niedrig, die Transistoren M2 und M4 sind ausgeschaltet und der
mit der Diode verbundene Transistor M3 leitet keinen Strom. Wenn
die Wortleitung als Reaktion auf eine sich ändernde Reihenadresse deaktiviert
ist, schaltet sich der Transistor M1 aus, M2 schaltet sich an und
Entladungsspannung von der Wortleitung fließt durch M2 und M3 durch Vss.
Das heißt,
der Wortleitungsentladungsstrom wird zu Vss abgeleitet, da die Wortleitung
durch M2 und M3 als Reaktion auf die sich ändernde Adresse mit Vss gekoppelt
ist.
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Wenn
die Spannung der Wortleitung unter den Schaltpunkt von INV1 fällt, geht
die Ausgabe von INV1 hoch, M4 schaltet sich an und die Wortleitung wird
als Reaktion auf die abnehmende Spannung der Wortleitung zu Vbb
heruntergezogen, da sie mit Vbb durch M4 gekoppelt ist. Zu dem Zeitpunkt,
zu dem die Spannung der Wortleitung tief genug fällt, um den Wechselrichter
INV1 zu schalten, wurde bereits ein Großteil des Entladungsstroms
von dem Wortleitung zu Vss abgeleitet, so dass lediglich ein sehr
geringer Strom benötigt
wird, um die Wortleitung bei Vbb zu halten.
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Der
mit der Diode verbundene Transistor M3 hindert den Strom daran,
aus Vss durch M2 zu fließen,
wenn die Beibehaltungsschaltung aktiviert ist. Das heißt, M3 entkoppelt
die Wortleitung von Vss als Reaktion auf die Spannung der Wortleitung,
nachdem eine wesentliche Menge des Wortleitungsentladungsstroms
zu Vss abgeleitet wurde. Die Substrate M2 und M3 sind außerdem mit
Vbb verbunden, um den Stromfluss durch diese Transistoren zu verhindern,
wenn die Beibehaltungsschaltung aktiviert ist.
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Ein
Vorteil der in 4 gezeigten Anordnung besteht
darin, dass sie den Stromverbrauch von der negativen Spannungsquelle
verringert, da ein Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms zu Vss abgeleitet wird. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, dass sie den Vbb-Strom minimiert, der für die Wortleitungssteuerschaltung
erforderlich ist. Ein zusätzlicher
Vorteil besteht darin, dass der Wortleitungsantreiber in die Wortleitungssteigung
passt.
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AUSFÜHRUNGSFORM 1
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5 stellt
eine Ausführungsform
einer Speicheranordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Die in 5 gezeigte Antreiberschaltung unterscheidet
sich von der in 4 dadurch, dass die Beibehaltungsschaltung
eliminiert ist und der modifizierte Antreiberbereich 24 ferner
Modifikationen aufweist, die einen großen NMOS-Pull-Down-Transistor M4
umfassen. Die Quelle von M2 ist mit Vbb verbunden und die Ableitung
von M3 ist mit der Ausgabe des Reihendecodierers zusammen mit der
Ableitung von M2 verbunden. Der Kanal von M4 ist zwischen der Ableitung
von M2 und Vss verbunden und das Gitter von M4 ist mit der Wortleitung
WL verbunden. Die Substrate von M2, M3 und M4 sind alle mit Vbb verbunden.
Somit leitet der Transistor M4 nun den Wortleitungsentladungsstrom
zu Vss ab, indem er die Wortleitung mit Vss als Reaktion auf die
Wortleitungsspannung koppelt, vorausgesetzt M3 ist eingeschaltet.
Der Transistor M2 koppelt nun die Wortleitung als Reaktion auf die
Reihenadressinformation mit Vbb.
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Am
Ende des Zugriffsvorgangs ist die Wortleitung bei Vpp und M4 ist
eingeschaltet, doch es fließt
ein Strom durch M4, da M2 und M3 durch den Reihendecodierer ausgeschaltet
sind. Wenn der Vorladevorgang beginnt, schalten sich M2 und M3 ein, doch
der Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms fließt durch M4 zu Vss, da M4 viel
größer ist
als M2. Wenn die Wortleitungsspannung die Grenzwertspannung Vth
von M3 erreicht, fließt
der Rest des Wortleitungsentladungsstroms durch M1 und M2, da WL
auf Vbb heruntergezogen wird.
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Die
in 5 gezeigte Anordnung weist viele derselben Vorteile
auf wie die der 4, wobei der weitere Vorteil
darin besteht, dass die Beibehaltungsschaltung eliminiert ist, obwohl
das Hinzufügen
von M4 mehr Platz in dem Decodiererbereich erfordert.
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AUSFÜHRUNGSFORM 2
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6 stellt
eine zweite Ausführungsform
einer Speichervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Der Aufbau und die Arbeitsweise der in 6 gezeigten
Antreiberschaltung gleichen denen der 5, doch
der Transistor M3 wurde in Reihe mit M4 anstatt mit M2 bewegt.
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UNTERWORTLEITUNGSANTREIBERSYSTEM
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Die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung, die oben in Bezug auf Speicheranordnungen
erläutert
wurden, die ein Hauptwortleitungssystem aufweisen, können auf
andere Arten von Speicheranordnungen erweitert werden, einschließlich beispielsweise
auf Speicheranordnungen, die ein Unterwortleitungsantreibersystem
einsetzen. 7 stellt die Kernstruktur einer
normalen DRAM-Anordnung
des Standes der Technik dar, die ein Unterwortleitungssystem verwendet.
Diese Art der Speicheranordnung wird in den US-Patentanmeldungen
Nr. 5416748; 5596542; 5764585; 5781498 und 5986966 offen gelegt,
doch sie wird hier aus Gründen
der Einfachheit kurz zusammengefasst.
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Die
in 7 gezeigte Kernstruktur umfasst Leseverstärkerblöcke 28,
Speicherzellenbereiche 30, Unterwortleitungsantreiberblöcke 32 und
Verbindungsschaltung 34. Innerhalb jedes Speicherzellenbereichs 30 befinden
sich einzelne Speicherzellen MC, von denen jede einen Zellentransistor
und einen Zellenkondensator aufweist, die sich an der Schnittstelle
zwischen einer Bitleitung BL/BLB und einer Unterwortleitung WL befindet.
Die Unterwortleitungen WL werden durch Unterwortleitungsantreiber 36 angetrieben,
die sich in den Unterwortleitungsantreiberblöcken 32 befinden.
Jeder der Unterwortleitungsantreiber 36 wird durch eine
der Wortleitungsaktivierungsleitungen WEI von dem Hauptreihendecodierer 38 und
einer PX-Leitung gesteuert, die eine Art der Wortleitung ist, die
in der Anordnung wie oben beschrieben verteilt ist.
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Der
Hauptreihendecodierer 38 erzeugt 64 Wortleitungsaktivierungssignale
WEI <0:63> als Reaktion auf die
sieben oberen Adressenbits ADDRESS(2-8). Diese Signale werden durch
Antreiber 39 gepuffert, die außerhalb des Decodierers 38 gezeigt
sind, die sich jedoch auch in dem Decodierer befinden können. Die
Wortleitungsaktivierungssignale der 7 arbeiten
im Wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie die Hauptwortleitungen
in 2, außer
dass sie mit den Unterwortleitungsantreibern 36 verbunden
sind, anstatt dass sie direkt mit den Zugrifftransistoren in den
Speicherzellen verbunden sind.
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Die
verbleibenden Wortleitungen PXI <0:3> werden jedoch durch
die PXI-Erzeuger/-Decodierer 42 als Reaktion auf die unteren
Adressenbits ADDRESS(0-1) angetrieben. Diese PX-Signale sind in
der Speicheranordnung durch die Wortleitungsantreiberschaltung verteilt,
die selbst in der Anordnung verteilt ist. Die PXI-Leitungen treiben
PXID-Erzeuger 40 an, die sich normalerweise in der Verbindungsschaltung 34 befinden.
Die PXID-Erzeuger wiederum treiben die PXID-/PXIB-Leitungen an,
die komplementäre
Signalleitungen sind, die die Unterwortleitungstreiber 36 antreiben.
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Alle
Unterwortleitungen WL sind normalerweise auf Vss vorgeladen. Wenn
auf eine Speicherzelle zugegriffen wird, werden die entsprechenden Wortleitungsaktivierungssignale
WEI und PXID/B-Signale aktiviert. Das veranlasst den entsprechenden Unterwortleitungstreiber
SWD, die entsprechenden Unterwortleitung auf Vpp anzutreiben. Nachdem
der Zugriffvorgang vollständig
ist, lädt
der Unterwortleitungstreiber die Unterwortleitung WL auf Vss.
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Das
Verteilen der PX-Leitungen in der Anordnung erlaubt es der Speicheranordnung,
bei höheren Geschwindigkeiten
zu arbeiten.
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8 stellt
eine normale NMOS-artige Unterwortleitungsantreiberschaltung des
Standes der Technik dar. Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser
Schaltung werden mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben.
Vor einem aktiven Vorgang sind alle Signalleitungen, die in 9 gezeigt
werden, außer
PXIB bei Vss, das ein aktives niedriges Signal ist. Um den aktiven
Vorgang zu beginnen, wird WEI zunächst auf Vpp angetrieben. Das
veranlasst den Knoten N1, auf Vpp-Vth (eine 100-prozentige Pumpeffizienz
angenommen) zu wechseln, wobei Vth die Grenzwertspannung von M4
ist. Der Knoten N1 bleibt in einem Schwebezustand, da die Gitter-zu-Quellen-Spannung
von M4 Vth beträgt.
Kurze Zeit später, wenn
PXID auf Vpp angetrieben ist, wird der Knoten N1 auf 2Vpp-Vth (wiederum
eine 100-prozentige Pumpeffizienz angenommen) auf Grund der Ableitung-zu-Gitter-Kopplungskapazität von M1
erhöht. PXID
stellt dann ausreichend Strom durch M1 bereit, damit die Wortleitung
WL die Vpp-Ebene erreicht.
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Während des
Vorladevorgangs wird die zeitliche Abfolge umgeehrt und die Wortleitung
WL wird entladen. Der Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms fließt durch M1, da das Verhältnis von
Breite zu Länge
von M1 viel größer ist
als das von M2.
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10 stellt
eine normale CMOS-artige Unterwortleitungsantreiberschaltung des
Standes der Technik dar. Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser
Schaltung werden mit Bezug auf 10 und 11 beschrieben.
In der CMOS-Umsetzung wird WEIB (das Gegenstück zu WEI) als Wortleitungsaktivierungssignal
verwendet. Vor einem aktiven Vorgang sind alle Signalleitungen,
die in 11 gezeigt werden, in inaktiven
Zuständen.
Um einen aktiven Vorgang zu beginnen, schaltet WEIB von Vpp zu Vss um
und gleichzeitig geht PXID von Vss zu Vpp. Das veranlasst PXID,
die Unterwortleitung WL durch M5 zu Vpp zu ändern.
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Während des
Vorladevorgangs wird die zeitliche Abfolge umgeehrt und die Wortleitung
WL wird zu Vss entladen. Während
des frühen
Teils des Vorladevorgangs fließt
ein Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms durch M5, da sein Verhältnis von
Breite zu Länge
größer ist
als das von M7. Wenn die Unterwortleitungsspannung die Grenzwertspannung Vth
von M5 erreicht, schaltet sich der Transistor M5 ab und der verbleibende
Entladungsstrom fließt durch
M6 und M7.
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Die
CMOS-Umsetzung der Unterwortleitungsantreiberschaltung, die in 10 gezeigt
wird, ist eine einfachere Schaltung als die in 8 gezeigte,
doch der PMOS-Transistor M5 nimmt zusätzlichen Raum ein, da er eine
getrennte Quelle an einem Halbleiterchip erfordert.
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12 ist
ein schematisches Diagramm einer PXID-Erzeugerschaltung 40 des
Standes der Technik. Die Schaltung der 12 erzeugt
die komplementären
Signale PXID und PXIB, die normalerweise verwendet werden, um die
Unterwortleitungsantreiberschaltung 36 in 7 ebenso
wie die in 8 und 10 anzutreiben.
Die Spannungsschwingungen von PXID und PXIB sind normalerweise jeweils
Vss zu Vpp und Vss zu Vdd. Der Wechselrichter INV3 wird normalerweise
mit einem großen Transistor
hergestellt, da er den Großteil
des Ladungs- und Entladungsstroms für die Unterwortleitungen bereitstellt.
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13 ist
ein schematisches Diagramm einer Antreiberschaltung 39 des
Standes der Technik, die verwendet wird, um die Wortleitungsaktivierungssignale
WEI anzutreiben, die in 7 gezeigt werden, die wiederum
die in 8 und 10 gezeigten Unterwortleitungsantreiberschaltungen
antreiben.
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14 stellt
eine Anordnung des Standes der Technik einer NMOS-Unterwortleitungsantreiberschaltung,
eines PXID-Erzeugers und eines WEI-Antreibers dar. Die in 9 gezeigte
zeitliche Abfolge wird auf diese Anordnung angewendet, um die Unterwortleitung
WL zu aktivieren und zu deaktivieren. Wenn die in 14 gezeigte
Schaltung in einem Versuch auf Vbb bezogen wird, ein Wortleitungssystem mit
negativer Vorspannung umzusetzen, wird überflüssiger Strom von dem negativen
Spannungserzeuger verbraucht. Diese Ströme sind: (i) der Wortleitungsentladungsstrom
während
eines Vorladevorgangs, (ii) der Antreiberstrom für die PXI-Erzeuger 42 und
die PXID-Erzeuger 40 und (iii) der Antreiberstrom für die WEI-Antreiber 39.
Die Hochstromkomponenten verursachen Fluktuationen in der Vbb-Bereitstellungsspannung,
in der "niedrigen" Ebene der Wortleitung,
und setzen die Zellenaktualisierungseigenschaften herab.
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15 stellt
eine Anordnung des Standes der Technik einer CMOS-Unterwortleitungsantreiberschaltung,
eines PXID-Erzeugers und eines WEI-Antreibers dar. Die in 11 gezeigte
zeitliche Abfolge wird auf diese Anordnung angewendet, um die Unterwortleitung
WL zu aktivieren und zu deaktivieren. Versuche, ein Wortleitungssystem
mit negativer Vorspannung mit der Anordnung der 15 umzusetzen,
leidet unter denselben Problemen, die oben in Bezug auf 14 beschrieben
wurden.
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ZWEITES BEISPIEL, DAS
FÜR DAS
VERSTÄNDNIS
DER ERFINDUNG HILFREICH IST
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16 stellt
ein zweites Beispiel einer Speicheranordnung dar, das für das Verständnis der
vorliegenden Erfindung hilfreich ist. Die in 16 gezeigte
Anordnung gleicht in einigen Aspekten dem NMOS-Unterwortleitungsantreibersystem,
das in 14 gezeigt wird, jedoch mit
den folgenden Modifikationen. Das allgemeine Stromversorgungsendgerät des Wechselrichters
INV3 in dem PXID-Erzeuger 40 ist
mit Vss durch einen NMOS-Transistor M5 verbunden. Die Ableitung
von M5 ist mit der PXID-Leitung verbunden. Die Quelle von M7 ist
mit Vbb verbunden, ebenso wie der Quelle des Transistors M6, dessen
Quelle mit PXID verbunden ist und dessen Ableitung mit PXIB verbunden
ist. Die Antreiberstufe in dem WEI-Antreiber 39 weist einen
modifizierten Antreiberabschnitt 46 auf, der auf gleiche
Art und Weise aufgebaut ist wie der modifizierte Antreiberabschnitt 22,
der in 4 gezeigt wird. Eine Beibehaltungsschaltung 44,
die auf gleiche Art und Weise aufgebaut ist wie die Beibehaltungsschaltung 20,
die in 4 gezeigt wird, ist mit dem Wortleitungsaktivierungssignal
WEI verbunden.
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Ein
Vorladevorgang wird nun mit Bezug auf 16 beschrieben.
Es wird dieselbe zeitliche Abfolge wie in 9 gezeigt
auf die Schaltung der 16 angewendet. Um mit dem Vorladevorgang
zu beginnen, geht PXI nach unten (zum Beispiel auf Vss), wodurch
der Knoten N2 und PXIB veranlasst werden, nach oben zu gehen (zum
Beispiel auf Vpp). Während
des frühen
Teils des Vorladevorgangs bleibt PXID auf Grund der großen kapazitiven
Ladung der Unterwortleitung WL bei Vpp. Da sich PXID langsam entlädt, schaltet
sich M5 an und der Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms fließt durch M5 und M8 zu Vss,
bis die Spannungsebene von PXID die Grenzwertspannung Vth von M5
erreicht. Somit wird in diesem Beispiel die Unterwortleitung mit
Vss gekoppelt und dann als Reaktion auf die Spannung der Wortleitung
von Vss entkoppelt. Wenn PXID unter Vth von M5 fällt, schaltet sich der Transistor
M5 aus und die Unterwortleitung WL wird weiter zu Vbb durch die
Transistoren M6 und M7 entladen. Wenn die Spannung von WL Vbb erreicht,
halten M6 und M7 die WL- und PXID-Leitungen bei Vbb. Somit wird der
Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms von Vbb zu Vss abgeleitet.
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Kurz
nachdem PXID nach unten gegangen ist, veranlasst der Reihenadressendecodierer
den WEI, sich durch M2 und M3 zu entladen, bis WEI die Grenzwertspannung
Vth von M3 erreicht. Wenn sich die Spannung von WEI ausreichend
verringert, um den Ausgabewechselrichter INV1 zu veranlassen, nach
oben zu gehen, schaltet sich der Transistor M4 an und entlädt WL zu
Vbb. Die Beibehaltungsschaltung 44 hält dann WL bei Vbb, um ungewollten Stromfluss
zurück
durch PXID zu verhindern. Somit wird der Entladungsstrom von dem
Wortleitungsaktivierungssignal WEI außerdem zu Vss abgeleitet.
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In
einem bevorzugten Beispiel sind die Beibehaltungsschaltungen 44 an
der gegenüberliegenden
Seite des Bereichs 30 von den WEI-Antreibern angeordnet.
Das vereinfacht die Umsetzung, da es andernfalls schwierig ist,
die Beibehaltungsschaltungen auf Grund der kleinen WEI-Leitungsneigung
in dem Reihendecodiererabschnitt unterzubringen.
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Wie
in 16 gezeigt ist die Signalschwingung des Wechselrichters
INV2 vorzugsweise auf Vss-zu-Vdd
eingestellt, um den Vbb-Stromverbrauch zu eliminieren, der auftreten
würde,
wenn PXIB komplett auf Vbb getrieben würde.
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In
einem bevorzugten Beispiel werden die Grenzwertspannungen Vth der
Transistoren M6 und M7 erhöht,
um den untergrenzwertigen Stromfluss durch M6 und M7 zu verringern.
Das kann dadurch erreicht werden, dass M6 und M7 unter Verwendung desselben
Zellen-Vth-Umsetzungsprozesses hergestellt werden, der zur Herstellung
der Zellenzugrifftransistoren verwendet wird. Somit kann das Beispiel den
Stromverbrauch der negativen Spannungsversorgung verringern, ohne
zusätzliche
Verarbeitungsschritte zu erfordern und mit einem minimalen Chipbereichnachteil.
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Der
Transistor M6 befindet sich in dem Verbindungsbereich auf der rechten
Seite der 16, um Platz in dem Verbindungsbereich
zu sparen, in dem sich die Wechselrichter INV2, INV3 und INV4 befinden.
Das ist bequem, da die in 16 gezeigten dualen
PXID-Leitungen bereit in der in 14 gezeigten
Anordnung geroutet sind.
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Wie
oben beschrieben besteht ein Vorteil der in 16 gezeigten
Anordnung darin, dass sie den Stromverbrauch von der negativen Spannungsquelle verringert,
da ein Großteil
des Wortleitungsentladungsstroms zu Vss abgeleitet wird. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, dass sie den Vbb-Strom minimiert, der für die Unterwortleitungssteuerschaltung
erforderlich ist. Ein zusätzlicher
Vorteil besteht darin, dass die zeitliche Abfolge, die für den Vorladevorgang
erforderlich ist, nicht geändert
werden muss.
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DRITTES BEISPIEL, DAS
FÜR DAS
VERSTÄNDNIS
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG HILFREICH IST
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17 stellt
ein drittes Beispiel einer Speicheranordnung dar, das für das Verständnis der
vorliegenden Erfindung hilfreich ist. Die in 17 gezeigte
Anordnung gleicht dem NMOS-Unterwortleitungsantreibersystem,
das in 16 gezeigt wird, doch der mit
einer Diode verbundene Transistor M3 wurde von der Antreiberstufe
entfernt. Stattdessen wird der NMOS-Transistor M2 unter Verwendung
der Zellen-Vth-Umsetzung umgesetzt und seine Quelle ist direkt mit
Vbb verbunden. Die Beibehaltungsschaltung ist eliminiert. Während des
Vorladevorgangs, wenn WEI in die niedrige logische Ebene übergeht,
wird WEI durch M2 direkt zu Vbb entladen. Da M2 mit der Zellen-Vth-Umsetzung
umgesetzt wird, kann der Reihenadressendecodierer weiterhin auf
Vss bezogen werden, ohne einen untergrenzwertigen Stromfluss durch
M2 hervorzurufen. Obwohl die in 17 gezeigte
Anordnung einen normalen Wortleitungsentladungsstrom mit Vbb koppelt,
ist die kapazitive Ladung von WEI relativ niedrig, und die Ausführungsform
der 17 weist den weiteren Vorteil auf, dass sie die
Notwendigkeit der Beibehaltungsschaltung eliminiert.
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VIERTES BEISPIEL, DAS
FÜR DAS
VERSTÄNDNIS
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG HILFREICH IST
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18 stellt
ein viertes Beispiel einer Speicheranordnung dar, das für das Verständnis der
vorliegenden Erfindung hilfreich ist. Die in 18 gezeigte
Anordnung setzt einen CMOS-Unterwortleitungsantreiber
wie den in 15 gezeigten ein, doch der PXID-Erzeuger 40 wurde
modifiziert, den Transistor M5 zu umfassen, um den Wechselrichter
INV3 von Vss gemäß der vorliegenden
Erfindung zu entkoppelt, nachdem der Großteil des Wortleitungsentladungsstroms
von Vss abgeleitet wurde. Der Transistor M6 wurde hinzugefügt, um die
PXID-Leitung als Reaktion auf PXIB zu koppeln. Außerdem sind
die Transistoren M6, M7 und M9 mit der Zellen-Vth-Umsetzung umgesetzt.
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Es
wird dieselbe zeitliche Abfolge wie in 11 gezeigt
auf das Beispiel der 18 angewendet. Der PXID-Erzeuger
leitet Unterwortleitungsentladungsstrom zu Vss auf dieselbe Art
und Weise ab wie die Schaltung der 16. Ein
weiterer Vorteil der Ausführungsform
der 18 besteht jedoch darin, dass das Wortleitungsaktivierungssignal
WEIB durch M2 zu Vss entladen wird, wodurch der Stromverbrauch von
Vbb verringert wird. Das Wortleitungsaktivierungssignal WEIB kann
auf Vss bezogen werden, da die Transistoren M6, M7 und M9 mit der
Zellen-Vth-Umsetzung umgesetzt werden. Somit wird die Beibehaltungsschaltung
eliminiert. Die Ausführungsform
der 18 stellt eine kompakte, leichte Umsetzung eines
Unterwortleitungssystems mit negativer Vorspannung mit niedriger
Vbb-Stromanforderung
und minimalem Chipbereichnachteil bereit.
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FÜNFTES BEISPIEL, DAS FÜR DAS VERSTÄNDNIS DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG HILFREICH IST
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19 stellt
ein fünftes
Beispiel einer Speicheranordnung dar, das für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
hilfreich ist. Die in 19 gezeigte Anordnung gleicht
weitestgehend der Ausführungsform
der 18, doch der Transistor M6 wurde zu dem Verbindungsbereich
verschoben, der den PXID-Erzeuger auf der linken Seite des Bereichs
aufweist. Das eliminiert die dualen PXID-Leitungen, die die gesamte
Strecke über
den Unterwortleiterantreiber (SWD) 32 geroutet sind.
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Als
eine weitere Variation können
die Transistoren M6, M7 und M9 ohne die Zellen-Vth-Umsetzung umgesetzt
werden, wenn die Beibehaltungsschaltung und der modifizierte WEI-Antreiber
der 18 und 19 verwendet
werden.
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Nachdem
die Prinzipien der Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben und dargestellt wurden, sollte es offensichtlich sein,
dass die Anordnung und die Details der Erfindung modifiziert werden
können,
ohne von diesen Prinzipien abzuweichen. Zum Beispiel werden die
Ausführungsbeispiele
oben im Zusammenhang der DRAM-Speicheranordnungen beschrieben, doch
die vorliegende Erfindung ist nicht auf DRAM-Wortleitungsantreiber beschränkt. Als
weiteres Beispiel setzen die oben beschriebenen Ausführungsformen
Wortleitungssysteme mit negativer Vorspannung um. Negative Vorspannung
wird jedoch so verstanden, dass sie ein Potential gegensätzlicher
Polarität
gegenüber
der auf die Wortleitung während
des aktiven Modus' angewendeten
bedeutet.
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Außerdem sind,
wie oben beschrieben, die Wortleitungen gemäß der vorliegenden Erfindung während den
Vorladevorgängen
mit verschiedenen Stromversorgungen als Reaktion auf sich ändernde Adressen
oder spezifische Spannungen an den Wortleitungen gekoppelt, doch
die vorliegende Erfindung berücksichtigt
auch, dass diese Kopplungsvorgänge
auch als Reaktion auf andere Stimuli durchgeführt werden können. Darüber hinaus
wird der Wortleitungsentladungsstrom beschrieben, der zu einer anderen
Stromversorgung als Vbb abgeleitet wird. Doch in diesem Zusammenhang
bezieht sich Stromversorgung nicht ausschließlich auf eine Spannungsquelle
wie Vss, sondern auch auf jeden geeigneten Stromanschluss zur Ableitung
von Strom von einer Wortleitung.