JP4243389B2 - 半導体記憶装置と半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体記憶装置と半導体装置に関し、主として大記憶容量で高速動作のダイナミック型RAM(ランダム・アクセス・メモリ)に利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明を成した後の調査によって、後で説明する本発明に関連すると思われるものとして、特開平6−318391号公報(以下、先行技術1という)、特開平9−120674号公報(以下、先行技術2という)があることが判明した。先行技術1の公報においては、その添付図面の図18、図19に示されているようにローカルIO線対とグローバルIO線対のそれぞれにコイライズ/プリチャージ回路が設けられている。先行技術2の公報においては、ローカルデータバスとグローバルデータバスのそれぞれにプリチャージ回路が設けられる。この場合、ローカルデータバスには、読み出し及び書き込み用の第一プリチャージ回路と、ローカルデータバスが非選択のときにセンスアンプを安定化させる第二プリチャージ回路とを備えている。後で説明する本願発明のように大記憶容量化と高速動作化を実現するために、上記のような階層構造の入出力線においてローカル入出力線を選択する選択回路の両側に短絡MOSFETを設けることの必然性を示唆するような記載は一切見当たらない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ダイナミック型RAM(ランダム・アクセス・メモリ)において、その記憶容量の増大に伴い、ダイナミック型メモリセルからの読み出し信号量を確保したり、あるいは選択動作の高速化及び低消費電力化等のためにワード線及びビット線を複数に分割する階層方式が採用されている。これにより、メモリセルが接続されるビット線及びワード線の寄生容量を減らことができ、上記読み出し信号量を確保しつつ、高速なメモリセルの選択動作を行わせることができる。このような階層方式そのものは、前記公報等において公知である。
【0004】
記憶容量の増大に伴い、上記ワード線やビット線の分割数も増大することとなる。ダイナミック型メモリセルでは、記憶キャパシタに蓄積された情報電荷とビット線のプリチャージ電荷との電荷結合により形成された微小電圧を読み出し信号とするものであるので、ビット線に接続されるメモリセルの数を多くすることは上記読み出し信号量の関係で難しい。このため、ビット線の分割数が必然的に多くなり、その結果メイン入出力線(前記公報ではグローバルIO又はグローバルデータバス)が長くなる傾向にある。
【0005】
このようにメイン入出力線の長さが長くなり、それに接続されるローカル入出力線の数も増加して、カラム選択経路を構成するスイッチMOSFETの数が増加すると、上記メイン入出力線におけるプリチャージ時間が長くなってしまう。つまり、前記先行技術1のように各ローカルIOに短絡MOSFETを設け、プリチャージ期間においてローカルIOのそれぞれを同電位にできたとしても、グーロバルIOには1箇所しかプリチャージ回路しか設けられていないから、かかるプリチャージ回路から遠い距離にある箇所では、プリチャージ動作が完全に行えなく電位差が生じてしまう可能性がある。しかも、上記グローバメルIOは、1つのローカルIOに対して大きな寄生容量を持つから、上記電位差は電荷量としてみるとローカルIOにとっては無視でないない大きなものになっていることが本願発明者において見出された。
【0006】
このため、読み出しあるいは書き込みの信号伝達時には伝達信号に上記グローバルIOの不十分なプリチャージ時間による電位差がオフセットとして重畳されされまう。読み出し動作では、かかる電位差によって必要な入力信号量が得られるまでメインアンプの動作開始タイミングを遅らせる必要がある。書き込み動作では、上記電位差によってライトアンプの信号によってセンスアンプを反転させて選択ビット線にフル振幅の書き込み電圧を与えるまでの時間が長くなってしまうという問題が生じるものとなる。
【0007】
この発明の目的は、記憶容量の増大と高速動作化を実現した半導体記憶装置と半導体装置を提供することにある。この発明の他の目的は、記憶容量の増大と高速動作化に加えて高集積化を実現した半導体記憶装置と半導体装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。メモリセルアレイの複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ複数からなる第1増幅回路で増幅し、上記複数の第1増幅回路を第1選択回路で選択して第1共通相補線対に接続し、かかる各回路を備えたメモリブロックの複数個に対応して上記第1共通相補線対を第2選択回路より第2共通相補線対に接続し、上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを含む半導体記憶装置において、上記複数からなる第1選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記短絡MOSFETをオン状態にする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1には、この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図においては、この発明が適用されるダイナミック型RAMの全体的な配置を説明するものであり、それらが公知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。
【0010】
上記メモリチップは、チップの長手方向に約16Kのビット線(本願においてビット線はデータ線あるいはデジット線と同じ意味で用いている)BL対(BLpair)が並べられ、短手方向に約16Kのワード線WLが並べられる。それ故、この実施例のメモリチップは、全体で16K×16K=256M(ビット)のような記憶容量を持つようにされる。上記のように全体で256Mビットのような記憶容量のメモリアレイは4個に分けられる。4個に分けられたメモリアレイは、それぞれが約64Mビットの記憶容量を持つようなメモリバンク(BANK)を構成するようにされる。
【0011】
図示しないが、メモリチップの長手方向に対して中央部分にアドレス入力回路、データ入出力回路及びボンディングパッド列からなる入出力インターフェイス回路及び降圧回路を含む内部電源回路等が設けられる。これら中央部分の両側のメモリアレイに接する部分には、上記カラムデコーダYDECが配置される。上述のようにメモリチップの長手方向に対して左右に2個、上下に2個ずつに分けられた4個からなる各メモリアレイ長手方向に対して、その中央部にメインロウデコーダ等が形成されるアレイコントローラACが配置される。上記アレイコントローラACを中心にして、メモリチップの長手方向にメインワード線MWLが延長される。上記カラムデコーダYDECからメモリチップの短手方向にカラム選択線YSが延長される。
【0012】
図2には、1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図には、上記メモリバンクのうち、上記アレイコントローラにより2分割される片方が例示的に示されている。上記分割されたメモリアレイは、メインワード線方向に対して6個に分割され、ビット線方向に16分割される。このようにワード線方向に6分割されてなるサブアレイ(sub Array)には、サブワードドライバ(サブワード線駆動回路)SWDが設けられる。上記サブワードドライバSWDは、メインワード線MWLのほぼ1/6ずつの長さに分割され、それと平行に延長されるサブワード線の選択信号を形成する。
【0013】
この実施例では、メインワード線の数を減らすために、言い換えるならば、メインワード線の配線ピッチを緩やかにするために、特に制限されないが、1つのメインワード線に対して、相補ビット線方向に2本からなるサブワード線を配置させる。このようにメインワード線方向には4本に分割され、及び相補ビット線方向に対して2本ずつが割り当てられたサブワード線の中から1本のサブワード線を選択するために、サブワード選択ドライバが配置される。このサブワード選択ドライバは、上記サブワードドライバの配列方向に延長される2本のサブワード選択線の中から1つを選択する選択信号を形成する。
【0014】
上記のように1つのメモリアレイは、相補ビット線方向に対して16Kビットの記憶容量を持つ。しかしながら、1つの相補ビット線に対して16Kものメモリセルを接続すると、相補ビット線の寄生容量が増大し、微細な情報記憶用キャパシタとの容量比により読み出される信号レベルが得られなくなってしまうために、相補ビット線方向に対して16分割される。つまり、センスアンプSAにより相補ビット線が16分割される。特に制限されないが、センスアンプSAは、シェアードセンス方式により構成され、メモリアレイの両端に配置されるセンスアンプSAを除いて、センスアンプSAを中心にして左右に相補ビット線が設けられ、左右いずれかの相補ビット線に選択的に接続される。
【0015】
上記サブアレイの構成は、上記のようにワード線方向に6分割され、ビット線方向に16分割される。それ故、1つのメモリバンクを構成するサブアレイの数は、16×6×2=192個とされる。上記のようなビット線の分割により、分割された1つのビット線に接続されるメモリセルの数は512個(冗長セルを除く)とされ、サブワード線に接続されるメモリセルの数は688個(冗長セルを含む)とされる。
【0016】
ワード線方向に相補ビット線を12分割すると、16K÷12≒683となり、本来は相補ビット線対は683と682を持つサブアレイの組み合わせで構成されるべきであるが、後述するように1つのカラム選択信号YSにより、2つのサブアレイで2対ずつ相補ビット線を2対ずつのローカル入出力線LIOに接続するためには、必ず偶数になるようにする必要がある。この実施例では、特に制限されないが、1つのサブアレイに設けられる相補ビット線対は、冗長ビット線を含めて上記688対、あるいはそれと696対の組み合わせで構成される。
【0017】
上記のようなワード線の分割数の低減により、1つのメモリバンクでみると、メインワード線方向に並ぶサブワードドライバSWDの数を例えば16分割した場合の18個に比べて上記12分割することにより、14個と減らすことができる。これによって、ワード線方向の延長方向(メモリチップの長手方向)のチップサイブの小型化が可能になるとともに、それに対応して上記メインワード線MWLの長さが短くなり、ワード線の選択動作の高速化も図られる。
【0018】
図3には、この発明に係るダイナミック型RAMにおけるサブアレイとその周辺回路の一実施例の概略レイアウト図が示されている。図3においては、サブアレイ(subArray)は、上記のように512サブワード線(SWL)×688ビット線対(BLpair)により構成される。上記のサブアレイに対してメインワード線MWLは、0〜127のような128本が設けられる。1つのメインワード線に対して、4本のサブワード線SWLが割り当てられる。つまり、上記メインワード線MWLの選択信号と、4本のサブワード線選択信号FXB0〜FXB3の組み合わせにより、サブワードドライバSWDは、上記メインワード線MWLより選択された4本のサブワード線のうちの1本を選択する。
【0019】
サブワードドライバSWDは、それを挟むように形成される2つのサブアレイのサブワード線を選択する。それ故、サブワードドライバSWDは、上記サブワード線SWLが512本あるにもかかわらず256個が設けられる。このことは、1つのサブアレイでみると、512本のサブワード線のうち、上側のサブワードドライバSWDにより、そのうちの半分の256本が選択され、残り半分が下側のサブワードドライバSWDにより選択される。このようにサブワードドライバSWDをサブワード線SWDに対して上下に振り分ける構成は、サブワード線SWLの配列ピッチに対して、サブワードドライバSWDの配列ピッチを2倍に大きくでき、サブワードドライバSWDの駆動能力を確保しつつ、サブワード線の高密度配列を実現することができる。
【0020】
センスアンプSAは、シェアードセンスアンプ方式が採用され、それを挟む2つのサブアレイに対して選択的に使用される。したがって、サブアレイに設けられるビット線対に対して、その半分の344個のセンスアンプSAが設けられる。この場合、上記サブワードドライバとサブワード線との関係と同様に、センスアンプの感度を高くしつつ、相補ビット線対の高密度配列を実現することができる。
【0021】
上記センスアンプが形成され領域には、後に説明するようにシェアードスイッチMOSFET、ビット線のプリチャージMOSFET、カラム選択MOSFET及びその選択信号線とローカルIO線が形成される。この実施例では、センスアンプSAが172ずつに分割されるように示されているが、この意味は後に説明するメイン入出力線MIOとの関係で、かかる分割部分で上記ローカル入出力線LIOが分断されていることを表している。
【0022】
図4には、1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図は、前記図2に対応したものであり、ビット線方向と階層化IOの構成が示されている。図5には、ワード線方向に並べられる2列分(2×6=12個)のサブアレイに対応した拡大図が示されている。
【0023】
図4において、YデコーダYDECによって、YS0〜YS1023のような約1K分のカラム選択信号が形成される。これらの各信号線は、サブアレイ上を延長するように4群に分かれて延長させられる。この実施例では、上記カラム選択信号線YS0〜YS1023は、YS0〜YS511とYS512〜YS1023の2つに分けられ、例えばYS0とYS512のように1本ずつが選択される。つまり、1つのメモリバンクにおいては、1つのワード線の選択によって8K分のメモリセルが選択される。その中から、16ビットの単位で読み出しを行うためには0〜511通りの選択信号が必要になるものである。
【0024】
上記選択信号線YS0〜YS511は、上記YデコーダYDECからビット線の延長方向に16個のサブアレイを貫通するように直線的に延び、上記各16個のサブアレイに対応した各センスアンプが設けられる部分でワード線方向に分岐し、かかる分岐部分では同図においてワード線方向に並べられた左半分に相当する3個のサブアレイに対応したセンスアンプ列上を延長するようにされる。上記選択信号線YS512〜YS1023は、上記のようにYデコーダYDECから直線的に延長し、上記各16個のサブアレイに対応した各センスアンプが設けられる部分でワード方向に分岐し、同図では右半分に相当する3個のサブアレイに対応したセンスアンプ列上を延長するようにされる。
【0025】
メイン入出力線MIOは、4対ずつが組となって全体で4組が上記ビット線の延長線方向に配置される。このメイン入出力線MIOは、上記サブワードドライバSWD及びサブワードドライバSWDとセンスアンプSAとに挟まれた交差領域ISの上を延長するようされる。このため、上記メイン入出力線MIOは、上記YデコーダYDECから直線的に延びるカラム選択線YSとは平行となるように延長される。
【0026】
図5の拡大図に示すように、ローカル入出力線LIOは、実線と点線で示されたトルーTとバーBに対応した相補線が一対とされて、メインワード線方向において4分割される。つまり、前記のように6個のサブアレイは、中央部に配置される交差エリアISとサブワードドライバSWDにより3個ずつに分けられる。そして、上記のように3個ずつに分けられたサブアレイは、その中間部に設けられたサブアレイに対応したセンスアンプSAにおいて、前記図3に示したように172ずつに分割されて、かかる分割部分において上記ローカル入出力線LIOが分離される。
【0027】
上記4対ずつのメイン入出力線MIOには、上記のように4等分されて同じ長さにされたローカル入出力線LIOが接続される。特に制限されないが、ローカル入出力線LIOは、実線と点線で示したような2対ずつが1つのサブアレイのセンスアンプSAと交差エリア及び半分のサブアレイに対応したセンスアンプSAに配置される。サブアレイにおいて、1つのサブワード線SWLが選択されたとき、それを挟むように両側に配置される2つのセンスアンプSAが活性化され、そのうち前記カラム選択線YSにより選択された2対の相補ビット線が上記2つのセンスアンプ列に対応して配置される2対のローカル入出力線LIOに接続される。
【0028】
上記センスアンプSA列に対応して2対ずつ設けらられたローカル入出力線LIOは、それぞれにおいてメイン入出力線MIOとの交差部において、つまり、前記交差エリアISにおいて黒丸で示した選択回路(IOスイッチ)によりメイン入出力線MIOに接続される。この結果、図4のメモリアレイにおいては、16対のメイン入出力線MIO0T,B〜MIO15T,Bに16ビットのデータが読み出される。1つのメモリバンクは、アレイコントローラACを挟んで上記図4に示したメモリアレイが2個設けられるので、全体で32ビット分の選択が可能であり、それぞれが図示しないメインアンプMAの入力端子に伝えられる。
【0029】
例えば、16ビットの単位での読み出しを行うときには、上記32対のメイン入出力線MIOと32個のメインアンプMAを16ずつ2つに分け、それを1ビットのYアドレス信号により選択するようにすればよい。そして、バーストモードにおいて、カラムアドレスを切り換えて連続的に読み出しや書き込みを行うときに、一方のメインアンプMA等を活性化して読み出し動作を行うとき、次の読み出し等がおこなわれる他方ローカル入出力線LIOとメイン入出力線MIOに対するプリチャージ及びイコライズ動作を行うようにすることができる。
【0030】
そして、8ビットの単位でメモリアクセスを行う構成なら、2ビットのYアドレス信号を用いて上記メインアンプMA等を8個ずつ4回に分けて選択すればよく、4ビットの単位でメモリアクセスを行う構成なら、3ビットのYアドレス信号を用いて上記メインアンプMA等を4個ずつ8回に分けて選択すればよい。このようなビット構成の切り換えは、ボンディングオプションやメタルオプション等により簡単に設定することができる。
【0031】
図6には、1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図は、前記図2に対応したものであり、上記選択回路の選択動作を説明するものである。選択回路は、IO線の選択動作を行うにもかかわらず、X系のアドレス信号により選択信号が形成される。つまり、アレイコントローラに設けられたマット選択信号BLEQにより選択動作が行われる。マット選択信号BLEQは、0〜17からなり、選択されたサブアレイ(メモリマット)を挟む2つの信号が選択される。
【0032】
前記のようにビット線方向に16分割されてなるサブアレイ(メモリマット)のうち、図示のようにメモリマット15が選ばれたとき、言い換えるならば、上記メモリアレイのうちYデコーダYDECから最も離れた位置に設けられる6個のサブアレイに対応したメインワード線(サブワード線)が選択されたとき、かかるサブアレイを挟む前記センスアンプSA及び交差エリアIS上に設けられる2つのマット選択信号BLEQ16と17がロウレベルのような選択レベルにされる。これに対して、前記メインワード線が選択されないサブアレイに対応した残り16のマット選択信号BLEQ0〜15は、ハイレベルの非選択レベルにされる。
【0033】
前記のような2つの交差エリアISに振り分けられて設けられたIO線の選択回路は、上記マット選択信号BLEQ16と17のロウレベルのような選択レベルによってローカル入出力線LIOとメイン入出力線MIOを接続させる。上記メイン入出力線MIOと他のメモリマットに対応した選択回路は上記マット選択信号BLEQ0〜15よりオフ状態にされる。これにより、メイン入出力線MIOには、上記選択されたメモリマットに対応したローカル入出力線LIOにのみ接続される。
【0034】
上記のような選択動作において、上記メモリマット15が選択されたとき、他のメモリマットにおいては、上記ローカル入出力線LIOとメイン入出力線MIOとは接続されないが、各サブアレイの相補ビット線とそれぞれに対応したローカル入出力線LIOとは、各サブアレイ当たり4対ずつが接続されている。このため、かかる非選択メモリマットに対応したローカル入出力線LIOは、後述するように上記選択されたローカル入出力線LIOときは異なるプリチャージ電圧が与えられる。
【0035】
図15には、この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部を中心にして、アドレス入力からデータ出力までの簡略化された一実施例の回路図が示されている。同図においては、2つのサブアレイ15に上下から挟まれるようにされたセンスアンプ16と交差エリア18に設けられる回路が例示的に示され、他はブロック図として示されている。
【0036】
ダイナミック型メモリセルは、上記1つのサブアレイ15に設けられたサブワード線SWLと、相補ビット線BL,BLBのうちの一方のビット線BLとの間に設けられた1つが代表として例示的に示されている。ダイナミック型メモリセルは、アドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsから構成される。アドレス選択MOSFETQmのゲートは、サブワード線SWLに接続される。このMOSFETQmのドレインはビット線BLに接続される。上記MOSFETQmのソースに記憶キャパシタCsが接続される。本願において、MOSFETは、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGFET)のことを総称するものであり、それ故、ゲート電極は金属に限定されずポリシリコン層を含むものであってもよいし、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜の他に絶縁膜であればよい。
【0037】
上記記憶キャパシタCsの他方の電極は共通化されてプレート電圧VPLTが与えられる。上記MOSFETQmの基板(チャンネル)には負のバックバイアス電圧VBBが印加される。特に制限されないが、上記バックバイアス電圧VBBは、−1Vのような電圧に設定される。上記サブワード線SWLの選択レベルは、上記ビット線のハイレベルに対して上記アドレス選択MOSFETQmのしきい値電圧分だけ高くされた高電圧VPPとされる。
【0038】
センスアンプを内部降圧電圧VDLで動作させるようにした場合、センスアンプにより増幅されてビット線に与えられるハイレベルは、上記内部電圧VDLレベルにされる。したがって、上記ワード線の選択レベルに対応した高電圧VPPはVDL+Vth+αにされる。センスアンプ16の左側に設けられたサブアレイの一対の相補ビット線BLとBLBは、同図に示すように平行に配置される。かかる相補ビット線BLとBLBは、シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2によりセンスアンプの単位回路の入出力ノードと接続される。
【0039】
センスアンプ16の単位回路は、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたNチャンネル型の増幅MOSFETQ5,Q6及びPチャンネル型の増幅MOSFETMOSFETQ7,Q8からなるCMOSラッチ回路で構成される。Nチャンネル型MOSFETQ5とQ6のソースは、共通ソース線CSNに接続される。Pチャンネル型MOSFETQ7とQ8のソースは、共通ソース線CSPに接続される。上記共通ソース線CSNとCSPには、それぞれパワースイッチMOSFETが接続される。
【0040】
特に制限されないが、Nチャンネル型の増幅MOSFETQ5とQ6のソースが接続された共通ソース線CSNには、特に制限されないが、上記交差エリア18に設けられたNチャンネル型のパワースイッチMOSFETQ14により接地電位に対応した動作電圧が与えられる。同様に上記Pチャンネル型の増幅MOSFETQ7とQ8のソースが接続された共通ソース線CSPには、上記内部電圧VDLを供給するNチャンネル型のパワーMOSFETQ15が設けられる。上記のパワースイッチMOSFETは、後に図14を用いて説明するように各単位回路に分散して設けるようにしてもよい。
【0041】
上記Nチャンネル型のパワーMOSFETQ14とQ15のゲートに供給されるセンスアンプ用活性化信号SANとSAPは、センスアンプの活性時にハイレベルにされる同相の信号とされる。信号SAPのハイレベルは昇圧電圧VPPレベルの信号とされる。昇圧電圧VPPは、VDLが1.8Vのとき、約3.6Vにされるので、上記Nチャンネル型MOSFETQ15を十分にオン状態にして共通ソース線CSPを内部電圧VDLレベルにすることができる。
【0042】
上記センスアンプの単位回路の入出力ノードには、相補ビット線を短絡させるイコライズMOSFETQ11と、相補ビット線にハーフプリチャージ電圧VBLRを供給するスイッチMOSFETQ9とQ10からなるプリチャージ(イコライズ)回路が設けられる。これらのMOSFETQ9〜Q11のゲートは、共通にプリチャージ信号PCBが供給される。このプリチャージ信号PCBを形成するドライバ回路は、図示しないが、上記交差エリア18にインバータ回路を設けて、その立ち上がりや立ち下がりを高速にする。つまり、メモリアクセスの開始時にワード線選択タイミングに先行して、各交差エリア18に分散して設けられたインバータ回路を通して上記プリチャージ回路を構成するMOSFETQ9〜Q11を高速に切り替えるようにするものである。
【0043】
上記交差エリア18には、選択回路(又はIOSW)を構成するスイッチMOSFETQ19,Q20が置かれる。さらに、同図に示した回路以外にも、必要に応じてセンスアンプのコモンソース線CSPとCSNのハーフプリチャージ回路、ローカル入出力線LIOのハーフプリチャージ回路、メイン入出力線のVDLプリチャージ回路、シェアード選択信号線SHRとSHLの分散ドライバ回路や、この発明に係る一対の短絡MOSFETM1とM2が上記選択回路の両側において設けられる。
【0044】
センスアンプの単位回路は、シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4を介して図下側のサブアレイ15の同様な相補ビット線BL,BLBに接続される。例えば、上側のサブアレイのサブワード線SWLが選択されたときには、センスアンプの上側シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2はオン状態に、下側シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4とがオフ状態にされる。スイッチMOSFETQ12とQ13は、カラム選択回路を構成するものであり、上記選択信号YSが選択レベル(ハイレベル)にされるとオン状態となり、上記センスアンプの単位回路の入出力ノードとローカル入出力線LIO1とLIO1B(LIO2とLIO2B)とを接続させる。
【0045】
上記センスアンプ16及び交差エリア18には、前記のように2対のローカル入出力線、例えばLIO1とLIOIB及びLIO2とLIO2Bが設けられるので、上記1つの選択信号YSによりサブアレイ15の2対の相補ビット線が上記2対のローカル入出力線LIO1とLIOIB及びLIO2とLIO2Bに接続される。サブアレイ15を挟んで図示しない他方のセンスアンプ16にも上記同様に2対のローカル入出力線が設けられており、前記のようにサブアレイの中の4対の相補ビット線が4対のローカル入出力線に接続される。
【0046】
上記のように上側シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2がオン状態のときには、センスアンプの入出力ノードに上記上側の相補ビット線BL,BLBに接続されて、選択されたサブワード線SWLに接続されたメモリセルからの微小信号を増幅し、上記カラム選択回路(Q12とQ13)を通してローカル入出力線LIO1,LIO1Bに伝える。上記ローカル入出力線LIO1,LIO1Bは、上記センスアンプ列に沿って、同図では横方向に延長される。上記ローカル入出力線LIO1,LIO1Bは、交差エリア18に設けられたNチャンネル型MOSFETQ19とQ20からなる選択回路(IOSW)を介してメインアンプ61の入力端子が接続されるメイン入出力線MIO,MIOBに接続される。
【0047】
上記IOスイッチ回路を構成する選択回路IOSWは、前記のようにX系のアドレス信号を解読して形成されたマット選択信号よりスイッチ制御されれる。なお、選択回路IOSWは、次に説明するように上記Nチャンネル型MOSFETQ19とQ20のそれぞれにPチャンネル型MOSFETを並列に接続したCMOSスイッチ構成としてもよい。シンクロナスDRAMのバーストモードでは、上記カラム選択信号YSがカウンタ動作により切り換えられ、前記例示的に示されている上記ローカル入出力線LIO1,LIO1B及びLIO2,LIO2Bとサブアレイの二対ずつの相補ビット線BL,BLBとの接続が順次に切り換えられる。
【0048】
アドレス信号Aiは、アドレスバッファ51に供給される。このアドレスバッファは、時分割的に動作してXアドレス信号とYアドレス信号を取り込む。Xアドレス信号は、プリデコーダ52に供給され、メインローデコーダ11とメインワードドライバ12を介してメインワード線MWLの選択信号が形成される。上記アドレスバッファ51は、外部端子から供給されるアドレス信号Aiを受けるものであり、外部端子から供給される電源電圧VDDQにより動作させられる。
【0049】
上記プリデコーダは、それを降圧した降圧電圧VPERI(VDD)により動作させられ、上記メインワードドライバ12は、昇圧電圧VPPにより動作させられる。このメインワードドライバ12として、上記プリデコード信号を受けるレベル変換機能付論理回路が用いられる。カラムデコーダ(ドライバ)53は、上記VCLP発生回路を構成するMOSFETQ23により動作電圧が形成される駆動回路を含み、上記アドレスバフッァ51の時分割的な動作によって供給されるYアドレス信号を受けて、上記選択信号YSを形成する。
【0050】
上記メインアンプ61は、前記降圧電圧VPERI(VDD)により動作させられ、外部端子から供給される電源電圧VDDQで動作させられる出力バッファ62を通して外部端子Dout から出力される。外部端子Dinから入力される書き込み信号は、入力バッファ63を通して取り込まれ、同図においてメインアンプ61に含まれるライトアンプ(ライトドライバ)を通して上記メイン入出力線MIOとMIOBに書き込み信号を供給する。上記出力バッファ62の入力部には、レベル変換回路とその出力信号を上記クロック信号に対応したタイミング信号に同期させて出力させるための論理部が設けられる。
【0051】
特に制限されないが、上記外部端子から供給される電源電圧VDDQは、第1の形態では3.3Vにされ、内部回路に供給される降圧電圧VPERI(VDD)は2.5Vに設定され、上記センスアンプの動作電圧VDLは1.8Vとされる。そして、ワード線の選択信号(昇圧電圧)は、3.6Vにされる。ビット線のプリチャージ電圧VBLRは、VDL/2に対応した0.9Vにされ、プレート電圧VPLTも0.9Vにされる。そして、基板電圧VBBは−1.0Vにされる。上記外部端子から供給される電源電圧VDDQは、第2の形態として2.5Vのような低電圧にされてもよい。このように低い電源電圧VDDQのときには、降圧電圧VPERI(VDD)と、降圧電圧VDLを1.8V程度と同じくしてもよい。
【0052】
あるいは、外部端子から供給される電源電圧VDDQは3.3Vにされ、内部回路に供給される降圧電圧VPERI(VDD)とセンスアンプの動作電圧VDLとを同じく2.0V又は1.8Vのようにしてもよい。このように外部電源電圧VDDQに対して内部電圧は、種々の実施形態を採ることができる。
【0053】
図7には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例の要部回路図が示され、図16にはその動作波形図が示されている。図7においては、一対のローカル入出力線LIOT,LIOBと一対のメイン入出力線MIOT,MIOBと、それに関連する各回路が示されている。上記ローカル入出力線LIOT,LIOBは、ブラックボックスで示されたセンスアンプ(SA)列の前記のようなカラムスイッチMOSFETを介して、センスアンプの単位回路の入出力ノードと接続される。
【0054】
ローカル入出力線LIOTとLIOBは、上記センスアンプ列を延長するように形成され、かかるセンスアンプ列において512対からなるカラムスイッチMOSFETと接続される。そして、前記センスアンプとサブワードドライバに挟まれた交差エリアISにおいて、メイン入出力線MIOT,MIOBと選択回路を構成するMOSFETQ8〜Q11により接続される。この選択回路は、Pチャンネル型MOSFETQ8(Q9)とNチャンネル型MOSFETQ10(Q11)とが対とされるCMOSスイッチにより構成される。Pチャンネル型MOSFETQ8とQ9のゲートには、選択状態のときにロウレベルにされるマット選択信号BLEQが供給され、Nチャンネル型MOSFETQ10とQ11のゲートには、その反転信号BLEQBが供給される。
【0055】
上記の構成では、非選択のサブアレイ(メモリマット)においても、カラム選択信号YSによりローカル入出力線LIOT,LIOBと相補ビット線とは接続されており、相補ビット線とローカルビット線LIOT,LIOBに選択されたものと同じメイン入出力線MIOからのプリチャージ電圧VDLが残っていると、非動作状態のセンスアンプを構成する増幅MOSFETを介して相補ビット線のプリチャージ電圧を変動させてしまう。そこで、上記ローカル入出力線LIOT,LIOBには、Nチャンネル型のMOSFETQ1ないしQ3からなるプリチャージ回路が設けられる。このプリチャージ回路は、かかるローカル入出力線LIOT,LIOBが非選択状態のとき、つまり、上記選択回路がオフ状態にされるプリチャージサイクルにおいて、ローカル入出力線LIOTとLIOBとを、サブアレイに設けられる相補ビット線と同じプリチャージ電圧VBLRに設定し、相補ビット線のプリチャージ電圧を安定化させる。
【0056】
上記メイン入出力線MIOTとMIOBは、前記のようなYデコーダYDEC側に設けられたメインアンプMAの入力端子に接続される。このメインアンプMAは、特に制限されないが、回路構成は前記のセンスアンプと同様なCMOSラッチ回路から構成され、その動作タイミングにより増幅動作を行う。このメインアンプMAの入力部分に、MOSFETQ12〜Q14からなるプリチャージ回路が設けられる。これらのMOSFETQ12〜Q14は、Pチャンネル型MOSFETから構成され、上記メイン入出力MIOTとMIOBに動作電圧VDLを供給するMOSFETQ14とQ13、及び両メイン入出力線MIOTとMIOBを短絡するMOSFETQ12から構成される。これらのMOSFETQ12〜Q14のゲートには、プリチャージ信号EQIOBが供給される。
【0057】
この実施例では、上記選択回路(IOスイッチ)を構成するMOSFETQ8〜Q11の両側に、一対の短絡MOSFETM1とM2が設けられる。これらのMOSFETM1とM2は、上記交差エリアISに形成される。これらのMOSFETM1とM2のゲートには、上記プリチャージ信号EQIOBが供給される。上記短絡MOSFETM1とM2は、メイン入出力線MIOTとMIOBに接続される複数の選択回路の両側に設けられているので、図16のようにリードサイクル終了時に発生されるプリチャージ信号EQIOBのロウレベルにより、上記短絡MOSFETM1とM2がオン状態となってLIOT/B及びMIOT/Bのイコライズを高速に行うことができる。
【0058】
図16において、電圧VDLは前記のようなセンスアンプの動作電圧であり、例えば1.6Vとされる。電圧VCLは間接周辺回路の動作電圧であり、VPRIと同じ意味であり、例えば2.5Vとされる。VPPは前記昇圧電圧であり、例えば3.5Vにされる。信号MIWはライト起動信号であり、この信号MIWのハイレベルにより書き込み信号がMIO及びLIOを介して選択されたメモリセルが接続された相補ビット線LBに伝えられる。信号DIOETは、サブ増幅回路の起動信号であり、リード及びライト時にイネーブルにされたビット線からの読み出し信号、あるいはMIOからの書き込み信号を増幅してLIOの電圧差を大きくするように動作する。
【0059】
上記の各MOSFETM1とM2は単に短絡動作を行うものであり、プリチャージ電圧VDLを供給するものではない。このため、上記短絡MOSFETM1とM2を設けただけでは、上記プリチャージ回路(Q12〜Q14)から離れた箇所では、プリチャージ(イコライズ)期間が短いとプリチャージ電圧VDLにはならない可能性が生じる。しかし、上記短絡MOSFETM1とM2の短絡動作によって、上記選択回路の両側においてはメイン入出力線MIOTとMIOB及びローカル入出力線LIOTとLIOBとは上記プリチャージ電圧VDLにはならなくとも同一の電位にはできるものである。このように、メイン入出力線MIOTとMIOB及び各ローカル入出力線LIOT,LIOBにおいて,プリチャージ終了時に前の読み出し信号や書き込み信号に対応した電位差を生じなくできる。これにより、プリチャージ動作後の読み出し動作や書き込み動作において、実質的な信号の伝達が高速にでき、読み出し動作や書き込み動作の高速化が可能になるものである。
【0060】
シンクロナスDRAMにおけるバーストモードでは、クロック信号よりYアドレスを切り換えて連続的なメモリアクセスを行うものであり、上記クロック信号の周波数が高くなるに従い、上記プリチャージ(イコライズ)期間も短くされる。本願発明では、上記プリチャージ期間が短くされることにより、各ノードの電位を全て所望のプリチャージ電位VDLにはならなくとも、上記のような短絡MOSFETを設けることによってメイン入出力線MIOT,MIOBと各ローカル入出力線LIOTとLIOBの電位差を生じなくすることにより、読み出し動作や書き込み動作の高速化を図るようにするものである。つまり、メイン入出力線MIOT,MIOBやローカル入出力線LIOT,LIOBのプリチャージ電圧は、メインアンプMAの増幅動作が行えたり、書き込み動作ではセンスアンプSAの反転動作に必要なローカル入出力線LIOT,LIOBの電位が確保できればよく、必ずしもVDLに設定される必要はないのである。
【0061】
この実施例では、高速読み出し動作のためにローカル入出力線LIOTとLIOBには、MOSFETQ4〜Q7からなるサブ増幅回路が設けられる。これらのMOSFETQ4〜Q7は、上記交差エリアISに配置される。この交差エリアISに、上記のようなサブ増幅回路を設ける場合、素子形成エリアを確保するために、センスアンプSA列に後述するような活性化MOSFETを分散配置することが望ましい。
【0062】
上記サブ増幅回路は、ゲートとドレインとが交差接続されて上記ローカル入出力線LIOTとLIOBに接続されたラッチ形態の増幅MOSFETQ4とQ5と、上記MOSFETQ4とQ5の共通化されたソースと回路の接地電位VSSとの間に設けられ動作電流を流すMOSFETQ6とQ7から構成される。MOSFETQ6のゲートには動作タイミング信号DIOETが供給され、MOSFETQ7のゲートにはマット選択信号BLEQBが供給される。つまり、選択されたメモリマットに対応したローカル入出力線LIOTとLIOBに接続されたサブ増幅回路のみが、読み出しや書き込みの信号伝達タイミングに合わせて動作させられる。
【0063】
上記のようなサブ増幅回路を設けることにより、多数のカラム選択MOSFETが接続されることにより、比較的大きな寄生容量を持つローカル入出力線LIOTとLIOBの信号変化を速くでき、高速な読み出し動作や書き込み動作を可能にすることができる。このようなサブ増幅回路を設けた場合、ローカル入出力線LIOTとLIOBに前記のようなプリチャージ動作での電位差が残っていると、それをそのまま増幅してしまうので、その動作タイミングを遅くする必要がある。しかし、この実施例のように短絡MOSFETM1を設けた場合には、上記のようなタイミングマージンが不要になって、いっそうの高速動作化を実現することができる。
【0064】
図8には、この発明に係る半導体記憶装置の他の一実施例の要部回路図が示されている。同図においては、前記図7の実施例回路に対して、選択回路のメイン入出力線MIOT,MIOB側に、プリチャージ電圧VDLを供給するMOSFETM3とM4が追加される。これにより、メイン入出力線MIOTとMIOBを上記選択回路が設けられる複数箇所からプリチャージ電圧VDLを供給することができるため、上記短絡MOSFETM1とM2による短絡動作と相乗的に作用して、より短い時間でのプリチャージ動作を可能にすることができる。
【0065】
図9には、この発明に係る半導体記憶装置の更に他の一実施例の要部回路図が示されている。同図においては、前記図8の実施例回路に対して、選択回路のローカル入出力線LIOT,LIOB側にもプリチャージ電圧VDLを供給するMOSFETM5とM6が追加される。これにより、メイン入出力線MIOTとMIOBを上記選択回路が設けられる複数箇所からプリチャージ電圧VDLを供給し、しかも各ローカル入出力線LIOT,LIOB側でもプリチャージ電圧VDLを供給するものであるので、よりいっそう短い時間でのプリチャージ動作を可能にすることができる。
【0066】
だだし、ローカル入出力線LIOBとLIOBに設けられるプリチャージ回路は、プリチャージ信号Xが用いられ、マット選択信号BLEQBに対応したローカル入出力線LIOTとLIOBのみがプリチャージ動作を行うようにする必要がある。つまり、非選択のローカル入出力線LIOTとLIOBでは、プリチャージ電圧VBLRが供給されので、VDLとVBLTとが衝突しいなように制御する必要がある。
【0067】
図10には、この発明に係る半導体記憶装置の一実施例の要部回路図が示されている。同図は、前記図7の実施例をより詳しく説明するためのものである。メイン入出力線MIOTとからなるMIO線に対して、前記のような複数のメモリマットに対応した交差エリアISにおいて、複数からなる選択回路を介してそれぞれのメモリマットに対応したローカル入出力線LIOTとLIOBとが接続される。
【0068】
この実施例では、上記各メモリマットに対応した選択回路の両側に短絡MOSFETM1とM2が設けられる。これらの短絡MOSFETM1とM2のゲートは、同様に設けられる他のメモリマットに対応した短絡MOSFETM1とM2のゲートと共通接続され、プリチャージ信号EQIOBが供給される。このプリチャージ信号EQIOBは、非選択のメモリマットのローカル入出力線LIOTとLIOBの短絡MOSFETM1もオン状態にさせる。したがって、このような非選択のローカル入出力線LIOTとLIOBにおいては、上記ローカル入出力線LIOTとLIOB側の短絡MOSFETM1は、ビット線のハーフプリチャージ電圧に対応したプリチャージ電圧VBLRの短絡MOSFETとしての動作を行うこととなる。
【0069】
これに対して、非選択のローカル入出力線LIOTとLIOBにおいては、上記メイン入出力線MIOTとMIOB側の短絡MOSFETM2は、MIO線の短絡MOSFETとし動作するものである。したがって、前記のようにメイン入出力線MIOTとMIOBがプリチャージ期間において少なくとも同電位になるように作用するものである。
【0070】
メインアンプMAの出力側は、グローバル入出力線GIOTとGIOBに接続される。このグローバル入出力線GIOTとGIOBは、前記のように16ビットの単位でのメモリアクセスを行う場合には、16対の信号線とされて1つのメモリバンクにおいて2個のメインアンプの出力端子に接続される。そして、前記図1のようにメモリチップに4のメモリバンクがある場合には、それぞれのメモリバンクにおいて2個ずつのメインアンプの出力端子が接続されるよう配置される。上記グローバル入出力線GIOTとGIOBは、図15においてメインアンプMAの出力端子と出力バッファ62の入力端子及び入力バッファ63の出力端子を接続する信号伝達経路を構成する。
【0071】
図11には、この発明に係る半導体記憶装置の動作の一例を説明するためのタイミング図が示されている。同図(A)にはリードモードの例が示され、同図(B)にはライトモードの例が示されている。同図のようにクロック信号CLK(/CLK)の立ち上がりと立ち下がりの変化タイミングに同期してデータの入力(書き込み)や出力(読み出し)が行われるDDRのシンクロナスDRAMでは、クロック信号CLKの半周期の間に前記プリチャージ動作を行う必要があり、前記のような短絡MOSFETM1とM2を設けることの意義が大きいものとなる。
【0072】
図12には、この発明を説明するためのタイミング図が示されている。同図には、シンクロナスDRAM(以下、SDRAMと略する)とDDRのSDRAMの動作が比較して示されている。DDRのSDRAMでは、同じクロック周波数でも、2倍の速度でデータの入力や出力を行うことができる。このことは、前記のようなメイン入出力線MIOやローカル入出力線LIOのプリチャージ期間が短くなることを意味する。
【0073】
したがって、クロック周波数を高くし、上記のようなDDR動作を行わせる場合において、上記メイン入出力線MIOやローカル入出力線LIOのプリチャージ期間の確保がネックとなって高速化を妨げるものである。本願発明では、基本的には上記メイン入出力線MIOとローカル入出力線LIOとを接続するIOスイッチ(選択回路)の両側に短絡MOSFETを設けるという単純な構成により、かかる問題を解決することができるという優れた作用効果を奏する。
【0074】
図13には、この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例の回路図が示されている。この実施例のMOSFETに付された回路記号は、図15に示したものと対応し、前記図7〜図9に示されたMOSFETと一部重複しているが、それぞれは別個の回路機能を持つものであると理解されたい。
【0075】
センスアンプの単位回路を前記説明したようにNチャンネル型MOSFETQ5とQ6及びPチャンネル型MOSFETQ7とQ8から構成される。これらのラッチ形態のNチャンネル型MOSFETQ5とQ6及びPチャンネル型MOSFETQ7とQ8のソースは、前記同じサブアレイに対応して設けられる図示しない他の同様なセンスアンプを構成するNチャンネル型MOSFET及びPチャンネル型MOSFETのソースとをそれぞれ共通接続される共通ソース線CSNとCSPに接続される。
【0076】
上記共通ソース線CSNには、タイミング信号SANを受けるNチャンネル型MOSFETQ14を介して動作電圧VSSAが供給され、上記共通ソース線CSPには、タイミング信号SAPを受けるNチャンネル型MOSFETQ15を介して動作電圧VDLが供給される。この実施例では、上記センスアンプの一方の動作電圧とされる接地電位VSSAは、前記周辺回路等からのノイズの影響を受けないようにするために、その接地電位VSSとは分離された接地線により外部端子から供給される接地電位が与えられる。つまり、センスアンプに与えられる接地電位VSSAは、上記周辺回路や入出力回路とは別に設けられた配線により外部端子から直接的に回路の接地電位が与えられる。
【0077】
上記ラッチ回路の一対の入出力ノード(センスノード)SATとSABには、それらを短絡するイコライズMOSFETQ11と、ハーフプリチャージ電圧VBLRを上記センスノードSATとSABに伝えるプリチャージMOSFETQ9とQ10とからなるプリチャージ回路が設けられる。また、上記センスノードSATとSABは、ゲートにカラム選択信号YSが供給されるカラムスイッチMOSFETQ12とQ13を介してローカル入出力線LIOTとLIOBに接続される。上記カラム選択信号YSは、特に制限されないが、4対のLIOに対応した上記選択スイッチMOSFETに共通に供給される。そして、上記センスアンプ部を挟んで左側に設けられる相補ビット線BLLT,BLLBとの間には、シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2が設けられ、右側に設けられる相補ビット線BLRTとBLRBとの間には、シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4が設けられる。
【0078】
上記シェアードスイッチMOSFETQ1とQ2のゲートには、制御信号SHLが供給され、上記シェアードスイッチMOSFETQ3とQ4のゲートには、制御信号SHRが供給される。上記センスアンプ部の左側の相補ビット線BLLTとBLLBとそれと直交するように配置されたサブワード線SWL1,SWL2等とのそれぞれの交点に前記のようなアドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsからなるダイナミック型メモリセルが設けられる。同様に、上記センスアンプ部の右側の相補ビット線BLRTとBLRBとそれと直交するように配置されたサブワード線SWL3,SWL4等とのそれぞれの交点に前記のようなアドレス選択MOSFETQmと記憶キャパシタCsからなるダイナミック型メモリセルが設けられる。
【0079】
図14には、この発明に係るダイナミック型RAMに用いられるセンスアンプ部の一実施例の概略素子レイアウト図が示されている。この実施例では、センスアンプを駆動するパワースイッチMOSFETQ14とQ15が、センスアンプ列に沿って分散して配置される。つまり、前記のような交差エリアに大きなサイズとして纏めて配置されるのではなく、センスアンプ列の中に分散して小さな素子サイズのパワースイッチMOSFETQ14とQ15が設けられる。
【0080】
特に制限されないが、この実施例では、16個の単位回路に対応して上記2つのMOSFETQ14とQ15が配置される。つまり、左端に設けられた単位回路を例にして説明すると、上側から順にシェアードスイッチMOSFETQ1,Q2、プリチャージ回路を構成するMOSFETQ9−11、カラム選択回路を構成するスイッチMOSFETQ12,Q13、CMOSラッチ回路を構成するPチャンネル型増幅MOSFETQ7,Q8、上記パワースイッチMOSFETQ14とQ15の形成領域を挟んでCMOSラッチ回路を構成するNチャンネル型増幅MOSFETQ5,Q6、及びシェアードスイッチMOSFETQ3,Q4のように配置される。
【0081】
上記パワースイッチMOSFETQ14とQ15は、センスアンプ列に沿ってゲートが延長されるよう、例えば上記シェアードスイッチMOSFETQ1,Q2等に比べてチャンネル幅が十分に大きく、言い換えるならば、素子サイズが大きく形成されて大きな電流を流すことができるようにされる。この場合、Nチャンネル型MOSFETの共通ソース線CSNを駆動するMOSFETQ14は、そのゲートに供給される電圧がVDLのように比較的低い電位であるために、ゲートに電源電圧VDD又は昇圧電圧VPPが供給されるMOSFETQ15に比べて大きなサイズにされる。
【0082】
このようにセンスアンプを駆動するパワースイッチMOSFETを分散配置した場合には、センスノードとパワースイッチMOSFETとの間の距離が短くでき、サブアレイに設けられる複数のセンスアンプの動作タイミングを相互に均一にすることができるとともに、前記クロスエリアを他の一対からなる短絡MOSFETM1とM2、これに加えてもMOSFETQ4〜Q7等からなるサブ増幅回路、あるいは必要に応じてMOSFETM3〜M6のようなプリチャージMOSFETを設けるために有効利用することができる。
【0083】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。
(1) メモリセルアレイの複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ複数からなる第1増幅回路で増幅し、上記複数の第1増幅回路を第1選択回路で選択して第1共通相補線対に接続し、かかる各回路を備えたメモリブロックの複数個に対応して上記第1共通相補線対を第2選択回路より第2共通相補線対に接続し、上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを含む半導体記憶装置において、上記複数からなる第1選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記短絡MOSFETをオン状態にして上記各信号線対の電位を等しくすることにより、信号伝達に必要な電圧を確保しつつ信号伝達を高速に行うようにすることができるという効果が得られる。
【0084】
(2) 上記のような構成に加えて、上記相補ビット線対に上記第1増幅回路の動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路を設け、上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として第1増幅回路が増幅動作を行うものとし、上記第1共通相補線対には上記第1選択回路において非選択にされた第1共通相補線対を上記中間電圧にプリチャージする第3プリチャージ回路を設けることにより、動作の安定化も図ることができるという効果が得られる。
【0085】
(3) 上記のような構成に加えて、上記第1増幅回路として、そのゲートとドレインとが交差接続されてなる一対のPチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETからなるCMOSラッチ回路と、センスアンプの動作期間に上記Pチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETのソースにそれぞれ動作電圧を与えるスイッチMOSFETとすることにより、高感度のセンス動作を行わせることもできるという効果が得られる。
【0086】
(4) ダイナミック型RAMにおいて、カラム選択信号により制御されるカラム選択回路により上記センスアンプの入出力ノードをローカル入出力線対に接続するメモリブロックの複数個に対して、選択回路とを設けてメイン入出力線対と接続し、上記メイン入出力線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路を設けるとともに、上記複数からなる選択回路の両側に上記ローカル入出力線対及びメイン入出力線対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記一対の短絡MOSFETをオン状態にして上記メイン入出力線対及びローカル入出力線対電位を等しくすることにより、読み出し動作や書き込み動作での信号伝達に必要な電圧を確保しつつ信号伝達を高速に行うようにすることができるという効果が得られる。
【0087】
(5) 上記のような構成に加えて、上記相補ビット線対に上記センスアンプの動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路を設けて上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として用い、上記ローカル入出力線対には第3プリチャージ回路を設け、上記選択回路において非選択にされれたローカル入出力線対を上記中間電圧にプリチャージすることにより動作の安定化も図ることができるという効果が得られる。
【0088】
(6) 上記のような構成に加えて、上記センスアンプの入出力ノードを中心にして左右に相補ビット線対を配置してシェアードスイッチMOSFETで選択し、上記ワード線をメインワード線と、かかるメインワード線に対して共通に割り当てられてなる複数のサブワード線の階層構成としてメインワード線の信号とサブワード選択線の信号でサブワードドライバによりサブワード線を選択し、メモリセルアレイの端部を除いてサブワードドライバを中心にして左右に設けられるサブワード線の選択信号を形成し、メモリセルアレイの端部を除いてセンスアンプを中心にして左右に設けられる相補ビット線からの増幅信号をセンスすることにより、サブワード線及び相補ビット線の高密度配置も可能になるという効果が得られる。
【0089】
(7) 上記のような構成に加えて、上記サブワードドライバと上記センスアンプにより囲まれる領域に上記メモリセルがマトリックス状態に配置されてサブアレイを構成し、幾何学的に互いに隣接するサブアレイに対応した上記サブワードドライバと上記センスアンプとに挟まれる交差領域に、上記選択回路と、上記一対の短絡MOSFETとを設けることにより、高密度配置も可能になるという効果が得れらる。
【0090】
(8) 上記のような構成に加えて、上記ラッチ回路にはパワースイッチMOSFETを介して上記動作電圧を与え、かかるパワースイッチMOSFETを上記センスアンプが形成される半導体領域において、そこに形成される複数個のラッチ回路をそれぞれが分担するように複数組を設けることにより、上記交差領域の有効利用化を図ることもできるという効果が得られる。
【0091】
(9) 上記のような構成に加えて、上記一対の短絡MOSFETを共通の制御信号が供給されるPチャンネル型MOSFETとすることにより、制御信号線を減らすとともに通常の信号レベルによりプリチャージ電圧VDLに対応した短絡動作を行わせることもできるという効果が得られる。
【0092】
(10) 上記のような構成に加えて、上記制御信号を第1プリチャージ回路のプリチャージ制御信号と同一とすることにより、制御回路の簡略化を図ることができるという効果が得られる。
【0093】
(11) 上記のような構成に加えて、上記ローカル入出力線対には、ゲートとドレインとが交差接続されてなるMOSFETを含み、そこに伝えられる信号を増幅するサブ増幅回路を上記交差領域において更に設けることにより、短絡MOSFETの短絡動作をいっそう効果的に活用して読み出し及び書き込みの高速動作化を図ることができるという効果が得られる。
【0094】
(12) 上記のような構成に加えて、上記選択回路のそれぞれに対応し、上記第1プリチャージ回路と同じ第4プリチャージ回路を更に設けることにより、プリチャージ動作の高速化を図ることができるという効果が得られる。
【0095】
(13) 上記のような構成に加えて、上記第4プリチャージ回路を上記メイン入出力線対側と上記ローカル入出力線対側の双方に設けつつ、ローカル入出力線対側に設けられた第4プリチャージ回路をそれに対応したローカル入出力線対が非選択のときには動作が停止させることにより、プリチャージ動作のいっそうの高速化と非選択ビット線の安定化を図ることができるという効果が得られる。
【0096】
(14) 上記のような構成に加えて、上記第1プリチャージ回路と第4プリチャージ回路をPチャンネル型MOSFETにより構成することにより、制御信号の共通化を図りつつ、その信号レベルを通常の論理レベルを用いることができるという効果が得られる。
【0097】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、図1、図2等に示したダイナミック型RAMにおいてメモリアレイ、サブアレイ及びサブワードドライバの構成は、種々の実施形態を採ることができるし、ダイナミック型RAMの入出力インターフェイスは、シンクロナス仕様の他にランバス仕様等に適合したもの等種々の実施形態を採ることができるものである。
【0098】
ワード線は、前記のような階層ワード線方式の他にワードシャント方式を採るものであってもよい。半導体記憶装置は、前記のようなDRAMの他にスタティック型RAMやEPROM、あるいはEEPROMのような読み出し専用メモリにおいてもIO線を前記のような階層構造にするものには同様に適用できるものである。この発明は、IO線を前記のような階層構造にする半導体記憶装置及びそのようなメモリ回路を含む半導体装置に広く利用できる。
【0099】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。メモリセルアレイの複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ複数からなる第1増幅回路で増幅し、上記複数の第1増幅回路を第1選択回路で選択して第1共通相補線対に接続し、かかる各回路を備えたメモリブロックの複数個に対応して上記第1共通相補線対を第2選択回路より第2共通相補線対に接続し、上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを含む半導体記憶装置において、上記複数からなる第1選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記短絡MOSFETをオン状態にして上記各信号線対の電位を等しくすることにより、信号伝達に必要な電圧を確保しつつ信号伝達を高速に行うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例を示す概略チップレイアウト図である。
【図2】この発明に係るダイナミック型RAMにおける1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図3】この発明に係るダイナミック型RAMにおけるサブアレイとその周辺回路の一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図4】この発明に係るダイナミック型RAMにおける1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図5】図4に示したメモリアレイの一部拡大図である。
【図6】この発明に係るダイナミック型RAMにおける1つのメモリバンクを構成するメモリアレイの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図7】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示す要部回路図である。
【図8】この発明に係る半導体記憶装置の他の一実施例を示す要部回路図である。
【図9】この発明に係る半導体記憶装置の他の一実施例を示す要部回路図である。
【図10】この発明に係る半導体記憶装置の一実施例を示す要部回路図である。
【図11】この発明に係る半導体記憶装置の動作の一例を説明するためのタイミング図である。
【図12】この発明に係る半導体記憶装置を説明するためのタイミング図である。
【図13】この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例を示す回路図である。
【図14】この発明に係るダイナミック型RAMに用いられるセンスアンプ部の一実施例を示す概略素子レイアウト図である。
【図15】この発明に係るダイナミック型RAMの一実施例を示す回路図である。
【図16】この発明に係る半導体記憶装置の動作の一例を示す動作波形図である。
【符号の説明】
IS…交差エリア、SA…センスアンプ、SWD…サブワードドライバ、YDEC…Yデコーダ、MA…メインアンプ、
Q1〜Q14…MOSFET、M1,M2…短絡MOSFET、M3〜M6…プリチャージMOSFET、
11,12…デコーダ,メインワードドライバ、15…サブアレイ、16…センスアンプ、17…サブワードドライバ、18…クロスエリア、51…アドレスバッファ、52…プリデコーダ、53…デコーダ、61…メインアンプ、62…出力バッファ、63…入力バッファ、
Claims (23)
- 複数のワード線と複数の相補ビット線対と及びこれらのワード線と相補ビット線対に対応して設けられた複数のメモリセルからなるメモリセルアレイと、
上記複数の相補ビット線対の信号をそれぞれ増幅する複数からなる第1増幅回路と、
上記複数の第1増幅回路を選択する第1選択回路と、
上記第1選択回路に対して設けられる第1共通相補線対とをそれぞれ備えてなるメモリブロックの複数個と、
上記複数個のメモリブロックに対応した上記第1共通相補線対を選択する複数の第2選択回路と、
上記複数の第2選択回路に対して設けられる第2共通相補線対と、
上記第2共通相補線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、
上記第2共通相補線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅する増幅回路とを備えてなり、
上記複数からなる第2選択回路の両側に上記第1共通相補線対及び第2共通相補対をそれぞれ短絡する一対のMOSFETを設け、
上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記第2選択回路を選択状態にするとともに上記一対の短絡MOSFETをオン状態にし、対応する第2選択回路の両側の電圧を上記第1プリチャージ回路から供給される上記所定電位に対応した電圧にほぼ等しくしてなることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項1に記載の半導体記憶装置において、
上記相補ビット線対は、上記第1増幅回路の動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路が設けられ、
上記第1増幅回路は、上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として増幅動作を行うものであり、
上記第1共通相補線対には第3プリチャージ回路が設けられ、上記第1選択回路において非選択にされた第1共通相補線対を上記中間電圧にプリチャージすることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記第1増幅回路は、そのゲートとドレインとが交差接続されてなる一対のPチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETからなるCMOSラッチ回路と、
センスアンプの動作期間に上記Pチャンネル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETのソースにそれぞれ動作電圧を与えるスイッチMOSFETからなることを特徴とする半導体記憶装置。 - 複数からなるダイナミック型メモリセルのアドレス選択端子がそれぞれに接続されてなる複数のワード線と、
複数からなるダイナミック型メモリセルがそれぞれに接続されてなる複数対の相補ビット線対と、
動作タイミング信号に対応して動作電圧が与えられ、上記相補ビット線対の信号をそれぞれ増幅する複数からなるラッチ回路からなるセンスアンプと、
カラム選択信号によりスイッチ制御されるカラム選択回路と、
上記カラム選択回路により上記センスアンプの入出力ノードに接続されるローカル入出力線対とそれぞれ備えてなるメモリブロックの複数個と、
選択信号によりスイッチ制御され、上記複数のメモリブロックに対して設けられる選択回路と、
上記選択回路を介して上記複数のメモリブロックに対応した複数のローカル入出力線に接続されるメイン入出力線対と、
上記メイン入出力線対に所定電圧を与える第1プリチャージ回路と、
上記メイン入出力線対に伝えられた上記メモリセルからの読み出し信号増幅するメインアンプとを備えてなり、
上記複数からなる選択回路の両側に上記ローカル入出力線対及びメイン入出力線対をそれぞれ短絡する一対の短絡MOSFETを設け、上記第1プリチャージ回路によるプリチャージ期間に上記一対の短絡MOSFETをオン状態にしてなることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項4に記載の半導体記憶装置において、
上記相補ビット線対は、上記センスアンプの動作電圧の中間電圧を供給する第2プリチャージ回路が設けられ、
上記センスアンプは、上記ワード線の選択によってメモリセルから一方のビット線に現れた読み出し信号を、他方のビット線の上記プリチャージされた中間電圧を参照電圧として増幅動作を行うものであり、
上記ローカル入出力線対には第3プリチャージ回路が設けられ、上記選択回路において非選択にされたローカル入出力線対を上記中間電圧にプリチャージすることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項5に記載の半導体記憶装置において、
上記センスアンプの入出力ノードには、それを中心にして左右に配置される相補ビット線対と、かかる左右に配置された相補ビット線対を上記入出力ノードに選択的に接続させるシェアードスイッチMOSFETを更に備え、
上記ワード線は、メインワード線と、かかるメインワード線に対して共通に割り当てられてなる複数のサブワード線とからなり、
上記サブワード線に上記ダイナミック型メモリセルのアドレス選択MOSFETのゲートが接続され、
上記サブワード線は、上記メインワード線の信号とサブワード選択線の信号とを受けるサブワードドライバにより上記複数のうちの1つが選択されるものであり、
上記サブワードドライバは、メモリセルアレイの端部を除いてそれを中心にして左右に設けられるサブワード線の選択信号を形成するものであり、
上記センスアンプは、メモリセルアレイの端部を除いてそれを中心にして左右に設けられる相補ビット線からの増幅信号をセンスするものであることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項6に記載の半導体記憶装置において、
上記サブワードドライバと上記センスアンプとが形成される半導体領域において、
これらにより囲まれる領域に上記メモリセルがマトリックス状態に配置されてサブアレイが構成され、
上記半導体領域上において幾何学的に互いに隣接するサブアレイに対応した上記サブワードドライバと上記センスアンプとに挟まれる交差領域に、上記選択回路と、上記一対の短絡MOSFETとが設けられることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項7に記載の半導体記憶装置において、
上記ラッチ回路にはパワースイッチMOSFETを介して上記動作電圧が与えられるものであり、
かかるパワースイッチMOSFETは、上記センスアンプが形成される半導体領域において、
そこに形成される複数個のラッチ回路をそれぞれが分担するように複数組が設けられるものであることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項4ないし8のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
上記一対の短絡MOSFETは、共通の制御信号が供給されるPチャンネル型MOSFETであることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項9に記載の半導体記憶装置において、
上記制御信号は、上記第1プリチャージ回路のプリチャージ制御信号と同一であることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項8ないし10のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
上記ローカル入出力線対には、ゲートとドレインとが交差接続されてなるMOSFETを含み、
そこに伝えられる信号を増幅するサブ増幅回路が上記交差領域において更に設けられてなることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項7に記載の半導体記憶装置において、
上記選択回路のそれぞれに対応し、上記第1プリチャージ回路と同じ第4プリチャージ回路が更に設けられることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項12に記載の半導体記憶装置において、
上記第4プリチャージ回路は、上記メイン入出力線対側と上記ローカル入出力線対側の双方に設けられ、
ローカル入出力線対側に設けられた第4プリチャージ回路は、それに対応したローカル入出力線対が非選択のときには動作が停止されることを特徴とする半導体記憶装置。 - 請求項12又は13に記載の半導体記憶装置において、
上記第1プリチャージ回路と第4プリチャージ回路は、Pチャンネル型MOSFETにより構成されるものであることを特徴とする半導体記憶装置。 - 複数のワード線と、
複数のビット線と、
上記複数のワード線と上記複数のビット線に対応して設けられる複数メモリセルと、
上記複数のビット線に結合され、上記複数のビット線の電圧を増幅する第1の増幅回路と、
上記複数ワード線に信号を与える回路と、
上記複数ビット線に対応して設けられ、データを伝送する第1伝送線対と、
データを伝送する第2伝送線対と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対の電圧を増幅する第2の増幅回路と、
上記第1伝送線対と上記第2伝送線対との問に結合されたスイッチ回路と、
上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の問に結合されたソース−ドレイン経路を有するPチャンネル型の第1MOSFETと、
上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合されたソース−ドレイン経路を有するPチャンネル型の第2MOSFETとを備えてなり、
上記スイッチ回路の両側に上記第1MOSFET及び上記第2MOSFETが配置され、
上記複数のワード線、上記複数のビット線及び上記複数メモリセルは、第1の4辺形領域内に形成され、
上記第1の増幅回路は、上記複数のビット線の延長方向であって上記第1の4辺形領域に隣接する第2の4辺形領域内に形成され、
上記複数のワード線に信号を与える回路は、上記複数のワード線の延長方向であって上記第1の4辺形領域に隣接する第3の4辺形領域内に形成され、
上記第1MOSFET及び第2MOSFETは、上記第2及び第3の4辺形領域に隣接する第4の4辺形領域内に形成されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項15に記載の半導体記憶装置において、
上記スイッチ回路は、上記第1伝送線対のうちの一方と上記第2伝送線対のうちの一方との間に結合されたソース・ドレインを有する第3MOSFETと、
上記第1伝送線対のうちの他方と上記第2伝送線対のうちの他方との問に結合されたソース・ドレインを有する第4MOSFETとを含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項15に記載の半導体記憶装置において、
上記スイッチ回路は、上記第4の4辺形領域内に形成されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項15に記載の半導体記憶装置において、
上記複数ビット線は複数のビット線対を構成し、上記第1の増幅回路は、上記複数ビット線対に対応して設けられた複数の単位増幅回路を含むことを特徴とする半導体装置。 - 複数のワード線と、
複数のビット線と、
上記複数のワード線と上記複数のビット線に対応して設けられる複数メモリセルと、
上記複数のビット線に結合され、上記複数のビット線の電圧を増幅する第1の増幅回路と、
上記複数ビット線に対して共通に設けられ、データを伝送する第1伝送線対と、
データを伝送する第2伝送線対と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対の電圧を増幅する第2の増幅回路と、
上記第1伝送線対と上記第2伝送線対との間に結合された第1スイッチ回路と、
上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第2スイッチ回路と、
上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第3スイッチ回路と、
上記第1スイッチ回路の両側に上記第2スイッチ回路及び上記第3スイッチ回路が配置され、
上記第1伝送線対に結合され、上記第1伝送線対に第1電圧を供給する第1電圧供給回路と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対に第2電圧を供給する第2電圧供給回路とを含み、
上記第2スイッチ回路は、上記第1電圧供給回路が上記第1電圧を上記第1伝送線対に供給する際において導通状態とされ、上記2電圧供給回路が上記第2電圧を上記第2伝送線対に供給する際において上記第1スイッチ回路と共に導通状態とされることを特徴とする半導体装置。 - 請求項19に記載の半導体記憶装置において、
上記第2スイッチ回路は、第1伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合されたソース−ドレイン経路を有する第1MOSFETを含み、
上記第1スイッチ回路は、上記第1伝送線対のうちの一方と上記第2伝送線対のうちの一方との間に結合されたソース−ドレインを有する第2MOSFETと、
上記第1伝送線対のうちの他方と上記第2伝送線対のうちの他方との問に結合されたソース−ドレインを有する第3MOSFETとを含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項19に記載の半導体記憶装置において、
上記第1電圧は、上記第1増幅回路のプリチャージ電圧とされ、
上記第2電圧は、上記第2増幅回路のプリチャージ電圧とされ、
上記第1電圧と上記第2電圧とは異なる電圧であることを特徴とする半導体装置。 - 複数のワード線と、
複数のビット線と、
上記複数のワード線と上記複数のビット線に対応して設けられる複数メモリセルと、
上記複数のビット線に結合され、上記複数のビット線の電圧を増幅する第1の増幅回路と、
上記複数ビット線に対して設けられ、データを伝送する第1伝送線対と、
データを伝送する第2伝送線対と、
上記第2伝送線対に結合され、上記第2伝送線対の電圧を増幅する第2の増幅回路と、
上記第1伝送線対と上記第2伝送線対との間に結合された第1スイッチ回路と、
上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第2スイッチ回路と、
上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の間に結合された第3スイッチ回路を含み、
上記第1スイッチ回路の両側に上記第2スイッチ回路及び上記第3スイッチ回路が配置され、
上記第2スイッチ回路と上記第3スイッチ回路は、共通信号により制御され、
上記第1スイッチ回路が導通している場合、上記第1伝送線対は上記第2伝送線対と同一電圧に制御され、且つ上記第1スイッチ回路が導通していない場合、上記第1伝送線対は上記第2伝送線対と異なる電圧に制御されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項22に記載の半導体記憶装置において、
上記第2スイッチ回路は、上記第1伝送線対を構成する2つの伝送線の問に結合されたソース−ドレインを有するPチャンネル型の第1MOSFETを含み、
上記第3スイッチ回路は、上記第2伝送線対を構成する2つの伝送線の問に結合されたソース−ドレインを有するPチャンネル型の第2MOSFETを含み、
上記第1MOSFETのゲートと上記第2MOSFETのゲートは、上記共通信号を受け、
上記第1スイッチ回路は、上記第1伝送線対のうちの一方と上記第2伝送線対のうちの一方との間に結合されたソース・ドレインを有する第3MOSFETと、
上記第1伝送線対のうちの他方と上記第2伝送線対のうちの他方との問に結合されたソース・ドレインを有する第4MOSFETとを含むことを特徴とする半導体装置。
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