JP2934448B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Description
本発明は、高速かつ低消費電力で動作する高集積の半
導体集積回路に関する。The present invention relates to a highly integrated semiconductor integrated circuit that operates at high speed and with low power consumption.
半導体集積回路は、高集積化にともなって、負荷容量
の充放電による消費電力が増加する傾向がある。このた
め、高速かつ低消費電力で動作する半導体集積回路技術
が重要となる。また、近年、ラップトップパソコン、電
子手帳などの携帯用電子情報機器や磁気媒体を用いない
音声録音機器、電子スチルカメラなどの携帯用電子メデ
ィア機器の需要が増加している。これらの携帯用電子機
器に大量の情報を記憶し、その情報を保持するために
は、電池動作や電池による情報保持動作(バッテリバッ
クアップ)を可能にする低消費電力の超高集積半導体回
路(ULSI)が必要となる。このULSIの低電力化のために
は、主たる回路ブロックの動作電圧や、回路間の情報伝
達を担う信号の振幅を低下させることが有効である。 ULSIを代表するものにDRAM(ダイナミック・ランダム
・アクセス・メモリ)がある。 DRAMの消費電力低減のためには、その電力消費の約半
分を占めるデータ線充放電電力の低減が重要である。従
来、DRAMの低電力化については、エヌ・シー・ルー ア
ンド エッチ・エッチ・チャオ,“ハーフ ブイデーデ
ー ビットライン センシング イン シーモス デー
ラム”アイ イー イー イー ジェイ,ソリッド ス
テート サーキット,ヴォル・エスシー19,451〜454頁,
1984年(N,C,Lu and H.H.Chao,“Half-VDD bit-Line se
nsing scheme in CMOS DRAM'S"IEEE J.Solid-State Cir
cuits,Vol.SC-19,pp.451〜454,1984.)に論じられてい
る。この、ハーフVDDプリチャージ方式の特徴は、VDDプ
リチャージ方式(詳細は特開昭51-74535,USP 3514765等
に記載)に比べて、データ線の信号振幅を半分にしてい
るため、(1)1サイクルの消費電荷が半分でよい、
(2)メモリアレー内の雑音が小さい、(3)データ線
の充放電時間が短いためサイクル時間の高速化が可能な
点である。ところが、メモリの高集積化とともに、デー
タ線の信号振幅を減らすと、従来のLSIでは信号振幅に
関係なく1種類のMOS-FETにより回路を構成していたた
め、その振幅がセンスアンプのMOS-FETのしきい値電圧
の近傍になると回路が誤動作を起こしたり、速度性能が
著しく損なわれるという問題があった。したがって、せ
っかく信号振幅を半分に減らしても、動作電圧の下限が
VDDプリチャージ方式の2倍程度になり、その低消費電
力の優位性を享受できなくなる。以上は、DRAMの場合の
1例であるが、その他、従来の論理LSIにおいても、そ
の信号振幅の下限は、MOS-FETのしきい値電圧により制
限をさせるため、高速かつ超低電力のULSIを実現できな
いという問題があった。2. Description of the Related Art Semiconductor integrated circuits tend to increase power consumption due to charge / discharge of load capacitance as the integration density increases. For this reason, semiconductor integrated circuit technology that operates at high speed and with low power consumption is important. In recent years, demand for portable electronic information devices such as laptop personal computers and electronic organizers, portable electronic media devices such as audio recording devices not using magnetic media, and electronic still cameras has been increasing. In order to store a large amount of information in these portable electronic devices and retain the information, a low power consumption ultra-highly integrated semiconductor circuit (ULSI) that enables battery operation and battery information retention operation (battery backup) is required. )Is required. In order to reduce the power of the ULSI, it is effective to reduce the operating voltage of the main circuit block and the amplitude of a signal that carries information between circuits. DRAM (Dynamic Random Access Memory) is a representative of ULSI. In order to reduce the power consumption of the DRAM, it is important to reduce the data line charge / discharge power, which accounts for about half of the power consumption. Conventionally, regarding the low power consumption of DRAM, NC Lu and HH Chao, “Half-Vide Day Bitline Sensing in Cimos Deram” IEEJ, Solid State Circuit, Vol.
1984 (N, C, Lu and HHChao, “Half-VDD bit-Line se
nsing scheme in CMOS DRAM'S "IEEE J. Solid-State Cir
cuits, Vol. SC-19, pp. 451-454, 1984). The feature of the half VDD precharge method is that the signal amplitude of the data line is halved compared to the VDD precharge method (details are described in JP-A-51-74535, USP 3514765, etc.). The charge consumption in one cycle may be halved,
(2) The noise in the memory array is small. (3) The cycle time can be shortened because the charge / discharge time of the data line is short. However, when the signal amplitude of the data line is reduced along with the high integration of the memory, the conventional LSI has been configured with one type of MOS-FET regardless of the signal amplitude. When the threshold voltage is approached, there is a problem that the circuit malfunctions and the speed performance is remarkably impaired. Therefore, even if the signal amplitude is reduced by half,
The power consumption is about twice that of the VDD precharge method, and the advantage of low power consumption cannot be enjoyed. The above is an example of the case of a DRAM, but also in a conventional logic LSI, the lower limit of the signal amplitude is limited by the threshold voltage of the MOS-FET, so that a high-speed and ultra-low power ULSI There was a problem that can not be realized.
このように、従来の技術においては、MOS-FETの素子
特性がDRAMをはじめとするULSIの低消費電力化の下限を
規定するという問題があり、電池動作や電池バックアッ
プ用の機器で求められる高速かつ低消費電力のULSIを供
することができないという問題があった。 本発明の目的は、このような従来の問題を改善し、高
速かつ低消費電力で、電池動作あるいは電池バックアッ
プが可能な半導体集積回路を提供することにある。As described above, in the conventional technology, there is a problem that the element characteristics of the MOS-FET define the lower limit of the low power consumption of the ULSI such as the DRAM, and the high speed required for the battery operation or the battery backup device is required. In addition, there is a problem that ULSI with low power consumption cannot be provided. It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit which can solve such a conventional problem and can operate at high speed with low power consumption and can operate or back up a battery.
上記目的は、消費電力を規定する主たる回路ブロック
の信号振幅および該回路ブロックを構成するMOS-FETの
しきい値電圧を下げること、あるいは、該回路ブロック
を構成するMOS-FETのゲートとソース(ドレイン)間の
電圧もしくはドレインとソース間の電圧を動的もしくは
静的に該MOS-FETのしきい値電圧を十分上回る大きな電
圧値で駆動することにより達成される。The above object is to reduce the signal amplitude of a main circuit block that regulates power consumption and the threshold voltage of a MOS-FET that forms the circuit block, or to reduce the gate and source of the MOS-FET that forms the circuit block ( This is achieved by driving the voltage between the drains or the voltage between the drain and the source dynamically or statically with a large voltage value sufficiently exceeding the threshold voltage of the MOS-FET.
上記手段によって、主たる回路の信号振幅のみを低下
させることができ、高速化と低消費電力化を同時に達成
するULSIを供することができるようになる。By the above means, only the signal amplitude of the main circuit can be reduced, and ULSI that achieves both high speed and low power consumption can be provided.
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
なお、以下の実施例ではDRAMに本発明を適用した例につ
いて説明するが、ダイナミック、スタティックなどのラ
ンダムアクセスメモリ(RAM)、あるいはリードオンリ
ーメモリ(ROM)、さらにはマイクロコンピュータのよ
うなロジックLSIなどの、いずれの形式のLSIに適用して
もよい。また、その構成素子は、バイポーラ型トランジ
スタ、MOS型トランジスタ、これらの素子の組合せ、あ
るいはSi以外の材料を用いた、例えば、GaAs型のトラン
ジスタなどのいずれでもよい。 第1図は、本発明の第1の実施例である。第1図
(a)は本実施例の回路構成である。この回路は従来の
センスアンプに、しきい値電圧Vthの低いVthMOSトラン
ジスタ(Q1′,Q2′,Q3′,Q4′)を用いたものである。
この回路のデータ線を低い電圧振幅(1.0V)で動作させ
た場合について、第1図(a″)の動作波形で説明す
る。ワード線W0の電圧をVSS(0V)からVDH(1.5V)にす
ると、蓄積容量CSに蓄えられた情報がデータ線Dに読出
される。次に、P1PをVDL(1.0V)からVSS(0V)、P1Nを
VSS(0V)からVDL(1.0V)にすると、センスアンプ駆動
用トランジスタQP,QNがオンし、センスアンプ駆動線CSP
がHVC(0.5V)からVDL(1.0V)に、CSNがHVC(0.5V)か
らVSS(0V)に変化する。このとき、本発明のセンスア
ンプは、しきい値電圧の低いトランジスタ(Q1′,Q2′,
Q3′,Q4′)を用いているため、ゲートとソース(ドレ
イン)間の電圧がしきい値電圧を十分上回り、センスア
ンプのトランジスタが十分オンし、データ線の信号電圧
を十分増幅できる。ところが、従来のセンスアンプで
は、ゲートとソース(ドレイン)間の電圧がしきい値電
圧の近傍になるため、センスアンプのトランジスタが十
分オンせず、データ線の信号電圧を十分増幅できなくな
る。これ以降のデータ線の動作は、従来のDRAMと同様で
ある。第1図(a′)は、データ線を通常の電圧振幅
(例えば1.5V)で動作させた場合を示している。この場
合、本発明のセンスアンプを用いたことによって、デー
タ線の充放電速度が多少速くなる。第1図(b)は、本
実施例の効果を示したものである。VDLminはセンスアン
プが動作限界となる時のデータ線充電電圧である。IDSm
axは、64メガビットDRAMを想定し(Q1,Q2,Q3,Q4:W/L=
2μm/0.5μm,センスアンプ16000個動作)、センスアン
プのゲートとソース(ドレイン)間の電圧を0Vにしたと
きに、全てのセンスアンプのドレインとソース間に流れ
る電流の和である。MOSトランジスタのゲートとソース
(ドレイン)間の電圧を0Vにしたときに、ドレインとソ
ース間に流れる電流については、R.M.SWNSON and J.D.M
EINDL,“Ion-Implanted Complementary MOS Transistor
s in Low-Voltage Circuits",IEEE J.Solid-State Circ
uits,Vol.SC−7,No2,pp.146〜153,April 1972に詳述さ
れている。VTOは、MOSトランジスタのゲートとソース間
の電圧VGSとドレインとソース間の電流の平方根√IDの
関係を√ID=A・VGS+Bと簡単化し仮定したときに、
√ID=0となるときのVGSの値である。第1図(c)お
よび(d)に、VTOとトランジスタのチャネル長Lgの関
係の1例を示す。本実施例のセンスアンプ(Q1′,Q2′,
Q3′,Q4′)は低VthMOSトランジスタ、他の回路は標準V
thMOSトランジスタ、従来のセンスアンプ(Q1,Q2,Q3,Q
4)は高VthMOSトランジスタである。このように、セン
スアンプにチャネル長Lgの大きなトランジスタ(Lg=0.
5μm)を用いるのは、Lgの加工バラツキによって、セ
ンスアンプのトランジスタのしきい値電圧がばらつき、
センスアンプの感度が低下するのを防止するためであ
る。センスアンプ以外のトランジスタは、高い駆動能力
を得るためLgの小さい値(例えば0.3μm)を用いる。
本実施例の動作が従来と異なる点は、VDLが1.0V程度の
低電圧になったときである。例えば、第1図(c)およ
び(d)に示す高VthMOSトランジスタ(VTO=0.5V)を
センスアンプに用いる従来方式の場合、第1図(b)に
示すように、VDLが1.2Vでセンスアンプが動作しなくな
る(VTOのワースト値が0.6V)。本実施例の低VthMOSト
ランジスタ(VTO=0.3V)をセンスアンプに用いた場
合、VDLが1.2Vでもセンスアンプは充分動作可能とな
る。これは、センスアンプのゲートとソース(ドレイ
ン)間の電圧0.6Vに対して、VTOが0.4V(ワースト値)
と充分低いためである。本実施例では、VDL>0.8Vまで
動作可能である。このとき、センスアンプのドレインと
ソース間に流れる電流IDSmaxは100μA(センスアンプ1
6000個動作)程度で、データ線の充電電流に比べ充分無
視できる値であり問題ない。第1図(c)および(d)
に示すような低VthMOSトランジスタは、センスアンプ部
をマスクし、イオン注入量を変えることによって作る。
センスアンプ以外でも、トランジスタのドレインとソー
ス間が低電圧となる部分(例えば、メモリアレーをシェ
アードする場合の入出力線の切り換え用トランジスタ)
に低VthMOSトランジスタを用いることによって、センス
アンプの低電圧動作と同様の効果を得ることが出来る。
低VthMOSトランジスタの代わりにディプレッション型の
MOSトランジスタを用いても上記同様の効果を得ること
ができる。この場合、センスアンプを駆動しないプリチ
ャージ時には、センスアンプのNチャネルMOSトランジ
スタの基板電位を低くして(PチャネルMOSトランジス
タの基板電位は高くして)、データ線間に電流が流れな
いようにする。このように、本実施例によれば、より低
い電源電圧でも、速度性能を著しく損なうことなく動作
するメモリ回路を提供できる。また、センスアンプに限
らず、回路の用途に応じて使いわけることによって高速
かつ低消費電力のLSIを提供できる。さらには、メモリ
に限らず、論理LSIなどの他のLSIにおいても(例えば、
パスゲートなど)、より低い電圧で動作するLSIを提供
できる。 第3図は、本発明の第2および第3の実施例である。
第3図(a)は第2の実施例の回路構成である。この回
路は従来のセンスアンプ駆動用トランジスタを各々2個
並列に接続し(QP1,QP2,QN1,QN2)、センスアンプ駆動
線CSP,CSNにブースト容量CBP,CBNを付加している。セン
スアンプを構成するPチャネルMOSトランジスタQ3,Q4,
の基板電位はセンスアンプ駆動線CSP,CSNと同電位であ
る。この回路の動作を第3図(b)を動作波形で説明す
る。ワード線W0の電圧をVSS(0V)からVDH(1.5V)にす
ると、蓄積容量CSに蓄えられた情報がデータ線Dに読出
される。次に、P1PをVSS(0V)からVDH(1.5V)、P1Nを
VDL(1.0V)からVDB(−0.5V)にすると、センスアンプ
駆動用トランジスタQP1,QN1がオンし、センスアンプ駆
動線CSPがHVC(0.5V)からVDL(1.0V)に、CSNがHVC
(0.5V)からVSS(0V)に変化する。次に、PBPをVSS(0
V)からVDL(1.0V)に、PBNをVDL(1.0V)からVSS(0
V)にすると、センスアンプ駆動線はブーストされ、CSP
がVDL(1.0V)からVDH(1.5V)程度に、CSNがVSS(0V)
からVDB(−0.5V)程度に変化する。このとき、P1PをVD
H(1.5V)からVSS(0V)、P1NをVDB(−0.5V)からVDL
(1.0V)にすることにより、センスアンプ駆動線に注入
された電荷が、センスアンプ駆動用トランジスタを通し
て放電することがない。これによって、センスアンプを
構成するトランジスタ(Q1,Q2,Q3,Q4)のゲートとソー
ス(ドレイン)間の電圧をVDL/2+0.5V程度にできるた
め、センスアンプが充分オンし、データ線D,DをVDL(1.
0V),VSS(0V)に増幅できる。センスアンプ駆動線のブ
ースト後に、P2PをVSS(0V)からVDH(1.5V)、P2NをVD
L(1.0V)からVDB(−0.5V)にし、センスアンプ駆動用
トランジスタQP2,QP2をオンさせて、センスアンプの増
幅が充分に行なえるようにする。これ以降のデータ線の
動作は、従来と同様である。第3図(b)に示す程度の
ブースト電圧を得るためには、ブースト容量CBP,CBNを1
50pF程度にすればよい(センスアンプ駆動線にデータ線
容量が約300fFのセンスアンプが1000個つながると仮
定)。各端子の電圧値は第3図(b)のとおりでなくて
もよく、センスアンプ駆動線CPSとCSN間の電圧振幅がデ
ータ線Dと間の電圧振幅より大きければよい。VDHの
電圧は、VDLを昇圧して発生させても、外部電源を降圧
して発生させてもよい。CSPのみ、あるいはCSNのみのブ
ーストでもよい。VDL配線にブースト用コンデンサCBPを
設け、VDLをブーストしてもよい。このとき、センスア
ンプ駆動用トランジスタQP1,QP2の基板電位は、VDLと同
電位にする。センスアンプ駆動用トランジスタQP1,QP2,
QN1,QN2はPチャネルMOSトランジスタでも、Nチャネル
MOSトランジスタでも、バイポーラトランジスタでもよ
く、センスアンプ駆動線の電位がCSP側でHVCからVDL、C
SN側でHVCからVSSになればよい。センスアンプ駆動線を
ブーストするときに、各トランジスタの基板電位が順バ
イアスにならないようにすることによって、ラッチアッ
プ等を防止できる。センスアンプQ3,Q4の基板電位をセ
ンスアンプ駆動線CSPと同電位にするかセンスアンプQ1,
Q2の基板電位をセンスアンプ駆動線CSNと同電位にする
ことにより、基板効果によるしきい値電圧の上昇を防止
できるため、センスアンプの動作をさらに改善できる。
センスアンプの基板電位をセンスアンプ駆動線と同電位
にするには、基板の3重ウエル構造を用いればよい基板
の3重ウエル構造については、特開昭62-119958に明記
されている。センスアンプ(Q1,Q2,Q3,Q4)に、第1の
実施例の低VthMOSトランジスタを用いることにより、さ
らに低電圧で動作させることができる。このように、本
実施例によれば、より低い電源電圧でも、速度性能を著
しく損なうことなく動作するメモリ回路を提供できる。
また、センスアンプに限らず、回路の用途に応じて使い
わけることによって高速かつ低消費電力のLSIを提供で
きる。さらには、メモリに限らず、論理LSIなどの他のL
SIにおいても、より低い電圧で動作するLSIを提供でき
る。 第3図(c),(d)は第3の実施例の概念を示して
いる。第3図(c)ではチップ内に定電圧発生回路LVD
H,LVDL,LVDBLを設け、定電圧VDH,VDL,VDBLを発生させて
いる。定電圧VDH,VDL,VDBLおよびVDBH(=VSS)はスイ
ッチSP1,SP2,SN2,SN1を介し、センスアンプ駆動線CSP,C
SNに接続する。各々の電圧関係は、VDH≧VDL>VDP(プ
リチャージ電圧)>VDBL≧VDBH(=接地電圧VSS)≧VBB
(基板電圧)である。この回路の動作は、次の通りであ
る。まず、データ線D,の電圧およびセンスアンプ駆動
線CSP,CSNの電圧をプリチャージ電圧VDPにする。次に、
スイッチSP1,SN1をオンし、センスアンプ駆動線SP1,SN1
をオンし、センスアンプ駆動線CSPをVDH、CSNをVDBH(V
SS)にする。これによって、センスアンプを構成するト
ランジスタのゲートとソース(ドレイン)間の電圧をVD
Pより大きくできるため、センスアンプが充分オンし、
データ線D,をVDL,VDBL程度に増幅できる。次に、スイ
ッチSP1,SN1をオフし、SP2,SN2をオンする。これによっ
て、センスアンプ駆動線CSPがVDL、CSNがVDBLになり、
データ線D,をVDL,VDBLに固定できる。スイッチSP1,SN
1をオフし、SP2,SN2をオンするタイミングは、データ線
D,がVDL,VDBL程度になるときに設定する。これによっ
て、データ線がVDL以上、データ線DGAVDBL以下になる
ことを防止できる。VDH,VDLの値と外部電源電圧VCCの関
係は、どのような関係でもよい。(例えば、VDH=VCCで
もVDL=VCCでもよい。)VDHの電圧は、VDLを昇圧して発
生させてもよい。基板電圧VBBはVDBHより小さくなくて
もよい。(例えば、VDBHA(=VSS)=VBBでもよい。)
基板電圧VBBは、メモリアレー部とセンスアンプ部、あ
るいは、どちらか一方だけ印加し、その他の部分は接地
電圧でもよい。これは、基板の3重ウエル構造を用いれ
ば実現できる。基板の3重ウエル構造については、特開
昭62-119958に明記されている。このように、本実施例
によれば、より低い電源電圧でも、速度性能を著しく損
なうことなく動作するメモリ回路を提供できる。また、
センスアンプに限らず、回路の用途に応じて使いわける
ことによって高速かつ低消費電力のLSIを提供できる。
さらには、メモリに限らず、論理LSIなどの他のLSIにお
いても、より低い電圧で動作するLSIを提供できる。 第3図(d)ではチップ内に定電圧発生回路LVDH,LVD
L,LVDBHを設け、定電圧VDH,VDL,VDBHを発生させてい
る。定電圧VDH,VDL,VDBHおよびVDBL(=VSS)はスイッ
チSP1,SP2,SN1,SN2を介し、センスアンプ駆動線CSP,CSN
に接続する。各々の電圧関係は、VDH≧VDL>VDP(プリ
チャージ電圧)>VDBL≧VDBH(=接地電圧VSS)≧VBB
(基板電圧)である。この回路の動作は、次の通りであ
る。まず、データ線D,の電圧およびセンスアンプ駆動
線CSP,CSNの電圧をプリチャージ電圧VDPにする。次に、
スイッチSP1,SN1をオンし、センスアンプ駆動線CSPをVD
H、CSNをVDBHにする。これによって、センスアンプを構
成するトランジスタのゲートとソース(ドレイン)間の
電圧をVDPより大きくできるため、センスアンプが充分
オンし、データ線D,DをVDL,VDBL(VSS)程度に増幅でき
る。次に、スイッチSP1,SN1をオフし、SP2,SN2をオンす
る。これによって、センスアンプ駆動線CSPがVDL、CSN
がVDBL(VSS)になり、データ線D,をVDL,VDBL(VSS)
に固定できる。スイッチSP1,SN1をオフし、SP2,SN2をオ
ンするタイミングは、データ線D,がVDL,VDBL程度にな
るときに設定する。これによって、データ線DがVDL以
上、データ線がVDBL以下になることを防止できる。VD
H,VDLの値と外部電源電圧VCCの関係は、どのような関係
でもよい。(例えば、VDH=VCCでもVDL=VCCでもよ
い。)VDHの電圧は、VDLを昇圧して発生させてもよい。
基板電圧VBBはVDBHより小さくなくてもよい。(例え
ば、VDBH=VBBでもよい。)基板電圧VBBは、メモリアレ
ー部とセンスアンプ部、あるいは、どちらか一方だけ印
加し、その他の部分は接地電圧でもよい。これは、基板
の3重ウエル構造を用いれば実現できる。基板の3重ウ
エル構造については、特開昭62-119958に明記されてい
る。このように、本実施例によれば、より低い電源電圧
でも、速度性能を著しく損なうことなく動作するメモリ
回路を提供できる。また、センスアンプに限らず、回路
の用途に応じて使いわけることによって高速かつ低消費
電力のLSIを提供できる。さらには、メモリに限らず、
論理LSIなどの他のLSIにおいても、より低い電圧で動作
するLSIを提供できる。 第3図(e)は第3図の実施例の具体的な回路構成の
1例である。この回路は、第3図(d)のセンスアンプ
駆動線のCPS側のみの場合を示している。従来のセンス
アンプ駆動用トランジスタを各々2個並列に接続し(QP
1,QP2,QN1,QN2)、PチャンネルMOSトランジスタQP1の
ドレインをVDH(例えば1.5V)、QP2のドレインをVDL
(例えば1.0V)にしている。QP1,QP2の基板電位はVDHで
ある。この回路の動作を第3図(f)の動作波形で説明
する。ワード線W0の電圧をVSS(0V)からVDH(1.5V)に
すると、蓄積容量CSに蓄えられた情報がデータ線Dに読
出される。次に、P1PをVDH(1.5V)からVSS(0V)、P1N
をVSS(0V)からVDL(1.0V)にすると、センスアンプ駆
動用トランジスタQP1,QN1がオンし、センスアンプ駆動
線CSPがHVC(0.5V)からVDH(1.5V)に、CSNがHVC(0.5
V)からVSS(0V)に変化する。これによって、センスア
ンプを構成するトランジスタQ3,Q4のゲートとソース
(ドレイン)間の電圧をVDL/2+0.5V程度にできるた
め、センスアンプが充分オンし、データ線DをVDL(1.0
V)程度に増幅できる。これによって、センスアンプを
構成するトランジスタQ1,Q2のゲートとソース(ドレイ
ン)間の電圧も大きくなり、データ線をVSS(0V)に
増幅できる。データ線Dの電圧がVDL(1.0V)を越える
あたりで、P1PをVSS(0V)からVDH(1.5V)、P2PをVDH
(1.5V)からVSS(0V)にすると、センスアンプ駆動用
トランジスタQP1がオフ、QP2がオンし、センスアンプ駆
動線CSPがVDH(1.5V)からVDL(1.0V)になる。これに
よって、データ線Dの電圧はVDL(1.0V)で一定とな
る。このとき、P2NをVSS(0V)からVDL(1.0V)にし、
センスアンプ駆動用トランジスタQN2をオンさせること
によって、センスアンプの増幅が充分に行なえるように
する。これ以降のデータ線の動作は、従来と同様であ
る。各端子の電圧値は第3図(f)のとおりでよく、セ
ンスアンプ駆動線CSPの電圧がデータ線の充電電圧VDLよ
り大きければよい。VDHの電圧は、VDLを昇圧して発生さ
せても、外部電源を降圧して発生させてもよい。センス
アンプ駆動用トランジスタQP1,QP2,QN1,QN2はPチャネ
ルMOSトランジスタでも、NチャネルMOSトランジスタで
も、バイポーラトランジスタでもよく、センスアンプ駆
動線の電位がCSP側でHVCからVDLおよびVDH、CSN側でHVC
からVSSになればよい。センスアンプQ3,Q4の基板電位を
センスアンプ駆動線CSPと同電位にするかセンスアンプQ
1,Q2の基板電位をセンスアンプ駆動線CSNと同電位にす
ることにより、基板効果によるしきい値電圧の上昇を防
止できるため、センスアンプの動作をさらに改善でき
る。センスアンプの基板電位をセンスアンプ駆動線と同
電位にするには、基板の3重ウエル構造を用いればよ
い。基板の3重ウエル構造については、特開昭62-11995
8に明記されている。センスアンプ(Q1,Q2,Q3,Q4)に、
第1の実施例の低VthMOSトランジスタを用いることによ
り、さらに低電圧で動作させることができる。このよう
に、本実施例によれば、より低い電源電圧でも、速度性
能を著しく損なうことなく動作するメモリ回路を提供で
きる。また、センスアンプに限らず、回路の用途に応じ
て使いわけることによって高速かつ低消費電力のLSIを
提供できる。さらには、メモリに限らず、論理LSIなど
の他のLSIにおいても、より低い電圧で動作するLSIを提
供できる。 第3図(c)〜(f)で述べた電圧関係は、これらに
限るものでなく、低振幅で動作するMOS-FETのゲート/
ソース間電圧を、動作中のある期間、しきい値電圧を十
分に上回るようにすることにより同様の効果を得ること
ができる。 第4図は、本発明の第4の実施例である。第4図
(a)は本実施例の回路構成である。この回路は、参照
用データ線に接続される蓄積容量のプレート端子CSB
を1度に駆動できるようにしている。プリチャージ回路
(Q5′,Q6′,Q7′,Q5,Q6,Q7)に供給するプリチャージ
電圧は、定電圧VDPを用いる。この定電圧VDPは、第4図
(d)あるいは(e)に示すような特性にする。この回
路の動作を第4図(b)の動作波形で説明する。ワード
線W0の電圧をVSS(0V)からVDH(1.5V)にすると、蓄積
容量CSに蓄えられた情報がデータ線に読出される。
“1"読み出しの場合、CD/(CD+CS)×(VDL-VDP)=0.
25CD/(CD+CS)ボルト、“0"読み出しの場合、CD/(CD
+CS)×(VDP-VSS)=0.75CD/(CD+CS)ボルト、(CD
Eはデータ線容量)がデータ線に読出される。このと
き、ダミーワード線DW0の電圧をVSS(0V)からVDH(1.5
V)にする。このとき、参照用データ線Dの電圧はプリ
チャージ電圧VDP(0.75V)のままである。次に、参照用
データ線につながる蓄積用CS′のプレートCSBの電圧をV
DP(0.75V)からHVC(0.5V)にする。これによって、参
照用データ線電圧はCD/(CD+CS)×(VDP-HVC)=0.25
CD/(CD+CS)ボルト低下し、データ線D,の信号電圧
差は、“1"読み出し、“0"読み出しの場合とも、VDL/2
×CD/(CD+CS)=0.5CD/(CD+CS)ボルトとなる。次
に、P1PをVDL(1.0V)からVSS(0V)、P1NをVSS(0V)
からVDL(1.0V)にすると、センスアンプ駆動用トラン
ジスタQP1,QN1がオンし、センスアンプ駆動線CSPがVDP
(0.75V)からVDL(1.0V)に、CSNがVDP(0.75V)からV
SS(0V)に変化する。これによって、センスアンプを構
成するトランジスタQ1,Q2のゲートとソース(ドレイ
ン)間の電圧をVDP(0.75V)にできるため、センスアン
プが充分オンし、データ線をVSS(0V)に増幅でき
る。これによて、センスアンプを構成するトランジスタ
Q3,Q4のゲートとソース(ドレイン)間の電圧も大きく
なり、データ線DをVDL(1.0V)に増幅できる。次に、P
2PをVDL(1.0V)からVSS(0V)に、P2NをVSS(0V)から
VDL(1.0V)にし、センスアンプ駆動用トランジスタQP
2,QN2をオンさせることによって、センスアンプの増幅
が充分に行なえるようにする。これ以降のデータ線の動
作は、従来と同様である。プレートCSBの電圧は、デー
タ線をプリチャージする前にHVC(0.5V)からVDP(0.75
V)にする。ダミーワード線DW0は、プリチャージ後のデ
ータ線電圧がVDP(0.75V)に回復したあたりで、VDH
(1.5V)からVSS(0V)にする。以上は、VDPの特性を第
4図(d)として説明した。VDPの特性が第4図(e)
でも同様の効果を得ることができる。各端子の電圧関係
は第4図(b),(d),(e)のとおりでなくてもよ
く、VDP>VDL/2=HVC(第4図(d))あるいはVDP<VD
L/2=HVC(第4図(e))であればよい。第4図
(d),(e)に示すようにVDLが高電圧になると、VDL
=1.5V以上でVDP=HVCとなる。この場合の動作は、第4
図(b′)に示すように、従来と同じ動作になる。プレ
ート電圧を駆動する方法としては、特願昭62-222317,特
願昭63-148104がある。ダミーワード線用のプレート電
圧を高速で駆動するには、第4図(c)に示すように、
プレート駆動線の途中にドライバQ20,Q21を設け、ダミ
ーワード線DW0,DW1を切り換え信号として用いるとよ
い。Q20,Q21,Q23,Q24,NAD1,NAD2は、メモリアレーの中
に周期的に配置する。図中のNAD1,NAD2は、メモリアレ
ーの外に、まとめて配置してもよい。図中のQ20.Q21,Q2
3,Q24もメモリアレーの外に、まとめて配置してもよ
い。図中のNAD1,NAD2は、OR回路で構成したが、NOR回路
とインバータで構成してもよい。ダミーセルは、どのよ
うな方式でもよく、ダミーワード線用のプレート電圧
を、従来通り一定電圧(VP)とし、ダミーワード線DW0
を、プリチャージ直後のデータ線電圧がHVC(0.5V)に
なったとき、VDH(1.5V)からVSS(0V)にしてもよい。
あるいは、CSとQW0の間に書込み用のMOSトランジスタを
設け、HVC(0.5V)を書き込んでもよい。VDPの電圧は、
VDLを降圧して発生させても、HVCを昇圧(降圧)して発
生させてもよい。センスアンプ駆動用トランジスタQP1,
QP2,QN1,QN2はPチャネルMOSトランジスタでも、Nチャ
ネルMOSトランジスタでも、バイポーラトランジスタで
もよく、センスアンプ駆動線の電位がCSP側でVDPからVD
L、CSN側でVDPからVSSになればよい。センスアンプQ3,Q
4の基板電位をセンスアンプ駆動線CSPと同電位にするか
センスアンプQ1,Q2の基板電位をセンスアンプ駆動線CSN
と同電位にすることにより、基板効果によるしきい値電
圧の上昇を防止できるため、センスアンプの動作をさら
に改善できる。センスアンプの基板電位をセンスアンプ
駆動線と同電位にするには、基板の3重ウエル構造を用
いればよい。基板の3重ウエル構造については、特開昭
62-119958に明記されている。センスアンプ駆動線CSPあ
るいはCSNとプリチャージ用の配線を共用することによ
って、配線エリアを増加することなくプリチャージ速度
を速くすることができる。センスアンプ(Q1,Q2,Q3,Q
4)に、第1の実施例の低VthMOSトランジスタを用いる
ことにより、さらに低電圧で動作させることができる。
このように、本実施例によれば、回路の動作振幅を電源
電圧に応じて変化させることにより、より低い電源電圧
でも、速度性能を著しく損なうことなく動作するメモリ
回路を提供できる。また、センスアンプに限らず、回路
の用途に応じて使いわけることによって高速かつ低消費
電力のLSIを提供できる。さらには、メモリに限らず、
論理LSIなどの他のLSIにおいても、より低い電圧で動作
するLSIを提供できる。 第5図は、本発明の第5の実施例である。第5図
(a)は本実施例の回路構成である。この回路は、従来
の各々のデータ線にブースト容量CBを付加している。こ
の回路の動作を第5図(b)の動作波形で説明する。ワ
ード線W0の電圧をVSS(0V)からVDH(1.5V)にすると、
蓄積容量CSに蓄えられた情報がデータ線Dに読出され
る。次に、ブースト端子PCBの電圧をVSS(0V)からVDL
(1.0V)にすると、データ線D,Dは共に0.2V程度(CBが
約70fFのとき)上昇する。次に、P1PをVDL(1.0V)から
VSS(0V)、P1NをVSS(0V)からVDL(1.0V)にすると、
センスアンプ駆動用トランジスタQP,QNがオンし、セン
スアンプ駆動線CSPがHVC(0.5V)からVDL(1.0V)に、C
SNがHVC(0.5V)からVSS(0V)に変化する。このとき、
センスアンプを構成するトランジスタQ1,Q2のゲートと
ソース(ドレイン)間の電圧は、VDL/2+0.2V程度にで
きるため、センスアンプが充分オンし、データ線をVS
S(0V)に増幅できる。これによって、センスアンプを
構成するトランジスタQ3,Q4のゲートとソース(ドレイ
ン)間の電圧も大きくなり、データ線DをVDL(1.0V)
に増幅できる。これ以降のデータ線の動作は、従来と同
様である。ブースト端子PCBの電圧は、データ線のプリ
チャージ前にVDL(1.0V)からVSS(0V)にする。各端子
の電圧値は第5図(b)のとおりでなくてもよく、セン
スアンプ駆動時に、データ線電圧とVSSの電位差がVDL/2
以上あればよい。データ線D,Dの電圧がともに降下する
ように、ブースト電圧を逆位相で印加してもよい。この
場合も、センスアンプ駆動時に、データ線電圧とVDLの
電位性VDL/2以上あればよい。ブースト線CBLとセンスア
ンプ駆動線CSP(あるいはCSN)を共通にしてもよい。セ
ンスアンプ駆動用トランジスタQP,QNはPチャネルMOSト
ランジスタでも、NチャネルMOSトランジスタでも、バ
イポーラトランジスタでもよく、センスアンプ駆動線の
電位がCSP側でHVCからVDL、CSN側でHVCからVSSになれば
よい。センスアンプQ3,Q4の基板電位をセンスアンプ駆
動線CSPと同電位にするかセンスアンプQ1,Q2の基板電位
をセンスアンプ駆動線CSNと同電位にすることによっ
て、基板効果によるしきい値電圧の上昇を防止できるた
め、センスアンプの動作をさらに改善できる。センスア
ンプの基板電位をセンスアンプ駆動線と同電位にするに
は、基板の3重ウエル構造を用いればよい。基板の3重
ウエル構造については、特開昭62-119958に明記されて
いる。センスアンプ(Q1,Q2,Q3,Q4)に、第1の実施例
の低VthMOSトランジスタを用いることにより、さらに低
電圧で動作させることができる。このように、本実施例
によれば、より低い電源電圧でも、速度性能を著しく損
なうことなく動作するメモリ回路を提供できる。また、
センスアンプに限らず、回路の用途に応じて使いわける
ことによって高速かつ低消費電力のLSIを提供できる。
さらには、メモリに限らず、論理LSIなどの他のLSIにお
いても、より低い電圧で動作するLSIを提供できる。 第6図は、本発明の第6の実施例である。第6図
(a)は本実施例の回路構成である。この回路は、第5
図(a)のデータ線ブースト容量CBをセンスアンプを構
成するトランジスタQ1、Q2のゲートに付加し、更にそれ
らのゲートとCBをQA、QBによりデータ線から分離できる
ようにしている。この回路の動作を第6図(b)の動作
波形で説明する。前述のように、ワード線W0が高電位に
なるとCSにより情報がデータ線Dに読みだされる。この
時、第6図(a)のQA、QBのゲート電圧CGAはワード線
とほぼ同じ電位VDHに保たれている。そのため、データ
線Dの情報はQAを介してQ1のゲートにも伝達される。な
お、上記伝達CGAは、プリチャージ時にQA、QBが充分に
オンするような値であればよい。また、同様にQ2のゲー
トにはの参照電位が伝達される。次にセンスアンプ駆
動用トランジスタQP、QNをオンし、センスアンプ駆動線
CSPをHVC(0.5V)からVDC(1.0V)に、CSNをHVCからVSS
(0V)に変化させる。この時、QA、QBのゲート電圧CGA
はCSNとの間に入れられた容量CPCによりVDLの電位にま
で引き下げられるので、QA、QBは高抵抗状態となりデー
タ線D、とQ1、Q2のゲートは電気的に分離される。こ
れによって、ブースト容量CBはQ1、Q2のゲートのみを昇
圧することになるので第5の実施例より小さな容量でも
充分なゲート電圧が得られる。次に、ブースト端子PCB
の電圧をVSSからVDLにするとQ1、Q2のゲート電圧はとも
に上昇し、VDL/2+0.2以上になる。このため、Q1、Q2が
充分にオンし、データ線を高速にVSSにまで増幅する。
更に、これによってQ3のゲート、ソース間電圧も大きく
なり、データ線を高速にVDLまで増幅できる。これ以降
のデータ線およびブースト端子PCBの動作は第5の実施
例と同様である。尚、CGAのプリチャージは、センスア
ンプ駆動トランジスタQNがオンしている期間にQPC2を介
して行う。プリチャージ電圧は、VDL(1.0V)である。
これにより、CSNをプリチャージするときにCPCとの容量
結合によりCGAは、ほぼVDHまで昇圧される。このよう
に、本実施例によれば、より低い電源電圧でも、速度性
能を著しく損なうことなく動作するメモリ回路を提供で
きる。また、センスアンプに限らず、回路の用途に応じ
て使いわけることによって高速かつ低消費電力のLSIを
提供できる。さらには、メモリに限らず、論理LSIなど
の他のLSIにおいても、より低い電圧で動作するLSIを提
供できる。 第7図は、本発明の第7の実施例である。第7図
(a)は、本実施例の回路構成である。この回路のセン
スアンプは、データ線と容量CCで結合されたQ12〜Q15か
らなるセンスアンプと従来のA1〜Q4からなるセンスアン
プの2段で構成されている。このうち、前者は従来のVD
L(1.0V)よりも高い電圧VDH(1.5V)で動作する。CH
P、CHNがその共通駆動線である。この回路の動作を第7
図(b)の動作波形で説明する。前述のように、ワード
線W0が高電位になるとCSより情報がデータ線Dに読みだ
される。このデータ線電位の変化は結合容量CCによりQ1
2〜Q15からなるセンスアンプへ伝達される。次に、CHP
をVPH(0.75V)からVDH(1.5V)に、CHNをVPH(0.75V)
からVSSに変化させるとQ12〜Q15からなるセンスアンプ
が、データ線の信号に応じて増幅を開始する。この時、
Q12〜Q15のゲート、ソース間電圧は、プリチャージ電圧
である0.75Vが印加されるが、この電圧はMOSトランジス
タのしきい電圧の0.6Vよりも充分に高くまた、センスア
ンプの出力に付く容量は、データ線の1/10程度(ゲート
とCCの容量のみ)なのでセンスアンプは、高速に増幅を
行うことができる。そして、その出力電圧は、VSS(0
V)とVDH(1.5V)になる。次に、CSP、CSNを従来と同様
にVDLとVSSとすれば、Q1〜Q4からなるセンスアンプの入
力端は、Q12〜Q15からなるセンスアンプの出力端に接続
されているから、それらのゲート、ソース間電圧はNMOS
のQ2が1.5V、PMOSのQ3が−1.0Vとしきい値電圧よりも充
分に高くなる。従って、高速にデータ線を充放電でき
る。本実施例のデータ線電圧振幅の最小値は原理的に
は、PMOS(Q3、Q4)のゲート、ソース間電圧の最大値が
そのしきい値に等しくなる0.6Vである。従って、動作速
度を考慮すると、実用的な電圧は約0.8Vとなる。尚、本
実施例によればCHNの低レベルを負にすることも可能で
あるから、PMOSのゲート、ソース間電圧を更に大きくす
ることができ、更に低い電圧でも動作が可能となる。例
えば、CHNの低レベルを−0.5Vとすれば、正常動作可能
なゲート、ソース間電圧を0.8Vとして、データ線電圧振
幅は0.3Vまで可能となる。これは、センスアンプトラン
ジスタのしきい値電圧より小さい。プリチャージ時は、
第1の実施例などと同様に信号PCにより、データ線をシ
ョート、プリチャージするが、本実施例では、それらと
共にQ12〜Q15からなるセンスアンプの出力端のショー
ト、プリチャージも行う。Q16、17、Q18がそのためのト
ランジスタである。このプリチャージ電圧は、VDH(1.5
V)の半分の0.75Vである。従って、プリチャージ信号PC
の振幅は1.35V以上とすれば良い。以上のように、本実
施例ではデータ線の電圧振幅がデータ線を駆動するセン
スアンプトランジスタのしきい電圧より小さくても起動
時のゲート、ソース間電圧をしきい電圧より充分高くす
ることができるので、高速化、低消費電力化を図ること
ができる。従って、本実施例によれば、より低い電源電
圧でも、速度性能を著しく損なうことなく動作するメモ
リ回路を提供できる。また、本発明の本質は、大きな負
荷容量の信号線(ここではデータ線)の電圧振幅を下
げ、その信号線の駆動回路を構成する素子の動作しきい
値電圧を十分越える大きな電圧振幅で駆動回路を駆動す
ることにある。したがって、センスアンプに限らず、回
路の用途に応じて使いわけることによって高速かつ低消
費電力のLSIを提供できる。さらには、メモリに限ら
ず、論理LSIなどの他のLISにおいても、より低い電圧で
も高速に動作するLSIを提供できる。また、大/小の電
圧振幅と、しきい値電圧の組合せを最適化することによ
り、より高速かつ低消費電力のLSIを提供できる。例え
ば、第7図(a)において、Q1〜Q4の一部をディプレッ
ション型のMOS-FETにしてさらに高速化することもでき
る。 第8図は、本発明の第8の実施例である。第8図
(a)は、本実施例の回路構成の概略である。この回路
は、センスアンプトランジスタの基板電圧VBBを制御し
てそのしきい電圧を動作に最適な値にするものである。
このため、しきい電圧モニタ用のMOSトランジスタと基
準電圧VR発生回路、比較回路COMP、基板電圧VBB発生回
路から構成されている。その動作を第8図(b)を用い
て説明する。MOSトランジスタは、基板電圧VBBを変化さ
せることにより、そのしきい電圧が変化する。例えば、
NMOSの場合は、第8図(b)に示すようにVBBを負の方
向に大きくするとしきい電圧は大きくなる。また、逆に
小さくすると小さくなる。センスアンプを低電圧(1.0V
程度)で動作させるには、前述のようにしきい電圧を小
さくすれば高速に動作する。そこで、本実施例では、第
8図(a)に示すように、MOSトランジスタをダイオー
ド接続し定電流で駆動することにより、そのしきい電流
をモニタし、それを基準電圧VRと比較回路COMPで比較
し、その出力でVBB発生回路の出力電圧を制御し、モニ
タ用MOSトランジスタのしきい電圧がVRと等しくなるよ
うにしている。このようにすることにより、例えばMOS
トランジスタのしきい電圧が製造ばらつきにより、第8
図(b)のa点で示す最適値より高いb点の電圧となっ
てもVBBをVB1まで下げることによりd点へシフトさせVR
と等しくすることができる。また、低くなった場合(同
図c点)には、VBBをVB2に上げることによりe点へシフ
トさせ、やはりVRと等しくすることができる。従って、
本実施例によれば製造ばらつきに対して安定なセンスア
ンプを実現できる。また、VRを動作時には標準値(a
点)より低く(f点)待機時には高く(g点)すること
により動作の高速化と待機時の低消費電力化の両立がで
きる。またさらに、PMOSのウエルにも同様な回路を付加
し、VRを、動作時にはNMOSなら負、PMOSなら正とするこ
とによりトランジスタのしきい電力をデプレッション型
に、待機時には逆に正、負とし両者とも通常のエンスハ
ンスメント型にすることにより、いっそうの高速化と低
電圧振幅化ができる。尚、動作のサイクルが短く基板電
圧を高速に変化させる必要が有るときには、前述の三重
ウエル構造を用いセンスアンプ部の基板を分離すれば良
い。これにより、VBB発生回路も低電力化が可能とな
る。第8図(c)は、第8図(a)を具体化したもので
ある。QB1、QB2は、モニタ用MOSトランジスタ、QB3〜QB
2は、モニタ用MOSトランジスタ、QB3〜QB8は比較回路、
OSCはVBB発生回路の発振回路、INV1、INV2、C2、C3、QB
9〜QB12は、VBB発生回路である。ここで、モニタ用MOS
トランジスタを2段接続したのは、比較回路の最適バイ
アスを得るためである。これにともなって、VRは目標と
するしきい電力の2倍とする必要がある。尚、このモニ
タ用トランジスタの段数は、2段とは限らず比較回路へ
の入力電力が最適となる段数にすれば良い。また、基板
電圧発生回路の整流回路(C2、C3、QB9〜QB12)は、本
実施例ではしきい電圧の制御範囲を大きくするため倍電
圧を発生するようにしているが、これは、センスアンプ
の動作電圧や基板電圧に対するしきい電圧の変化率に応
じて変更しても差し支えない。以上のように、本実施例
によれば、センスアンプのしきい電圧を、製造ばらつき
によらず一定にでき、また動作時と待機時でその値を変
更できるので、低電圧、高速、低消費電力のDRAMを実現
できる。従って、本実施例によれば、より低い電源電圧
でも、速度性能を著しく損なうことなく動作するメモリ
回路を提供できる。また、センスアンプに限らず、回路
の用途に応じて使いわけることによって高速かつ低消費
電力のLSIを提供できる。さらには、メモリに限らず、
論理LSIなどの他のLSIにおいても、より低い電圧で動作
するLSIを提供できる。なお、本発明は、素子の動作し
きい値電圧を検出する手段と、その検出出力で、しきい
値電圧を回路動作に最適な値になるように制御すること
にあり、上述した回路方式に限るものではない。 以上、本発明はDRAMを例に説明したが、ダイナミッ
ク、スタティックなどのランダムアクセスメモリ(RA
M)、あるいはリードオンリーメモリ(ROM)、さらには
マイクロコンピュータのようなロジックLSIなどの、い
ずれの形式のLSIに適用してもよい。また、その構成素
子は、バイポーラ型トランジスタ、MOS型トランジス
タ、これらの素子の組合せ、あるいはSi以外の材料を用
いた、例えば、GaAs型のトランジスタなどのいずれでも
よい。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following embodiment, an example in which the present invention is applied to a DRAM will be described.
However, dynamic and static
Random access memory (RAM) or read-only
-Memory (ROM) and even microcomputers
To any type of LSI, such as a logic LSI
Is also good. The component is a bipolar transistor.
Star, MOS transistor, combination of these elements,
Or a GaAs-type transformer using a material other than Si, for example.
Any of such as a resistor may be used. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Fig. 1
(A) is a circuit configuration of the present embodiment. This circuit is
A VthMOS transistor with a low threshold voltage Vth is applied to the sense amplifier.
It uses a resistor (Q1 ', Q2', Q3 ', Q4').
Operate the data line of this circuit at low voltage amplitude (1.0V)
Will be described with reference to operation waveforms in FIG.
You. Change the voltage of word line W0 from VSS (0V) to VDH (1.5V).
Then, the information stored in the storage capacitor CS is read out to the data line D.
Is done. Next, P1P is changed from VDL (1.0V) to VSS (0V), P1N
When VSS (0V) is changed to VDL (1.0V), sense amplifier drive
Transistors QP and QN turn on and sense amplifier drive line CSP
From HVC (0.5V) to VDL (1.0V) and CSN from HVC (0.5V)
To VSS (0V). At this time, the sense amplifier of the present invention is used.
The transistors are low threshold voltage transistors (Q1 ', Q2',
Q3 ', Q4'), gate and source (drain)
In), the voltage exceeds the threshold voltage sufficiently,
The transistor of the amplifier turns on enough and the signal voltage of the data line
Can be sufficiently amplified. However, with conventional sense amplifiers
Means that the voltage between the gate and the source (drain) is
Voltage, the number of transistors in the sense amplifier is sufficient.
And the signal voltage on the data line cannot be amplified sufficiently.
You. The operation of the data lines thereafter is the same as that of the conventional DRAM.
is there. FIG. 1 (a ') shows the case where the data line is connected to the normal voltage amplitude.
(For example, 1.5 V). This place
If the sense amplifier of the present invention is used,
The charging / discharging speed of the power line is slightly increased. FIG. 1 (b) shows the book
9 illustrates the effect of the embodiment. VDLmin is Sense Ann
This is the data line charging voltage when the operation limit is reached. IDSm
ax assumes 64Mbit DRAM (Q1, Q2, Q3, Q4: W / L =
2μm / 0.5μm, operation of 16000 sense amplifiers), sense amplifier
Voltage between the gate and source (drain) of the
Flow between the drain and source of all sense amplifiers
Is the sum of the currents. MOS transistor gate and source
When the voltage between the (drain) is set to 0V,
RMSWNSON and JDM
EINDL, “Ion-Implanted Complementary MOS Transistor
s in Low-Voltage Circuits ", IEEE J. Solid-State Circ
uits, Vol.SC-7, No. 2, pp. 146-153, April 1972.
Have been. VTO is between the gate and source of the MOS transistor.
Voltage VGS and the square root of the current between drain and source ソ ー ス ID
Assuming that the relationship is simplified as √ID = A · VGS + B,
This is the value of VGS when ID = 0. Fig. 1 (c)
And (d) show the relationship between VTO and transistor channel length Lg.
One example of the engagement is shown. The sense amplifiers (Q1 ', Q2',
Q3 ', Q4') are low VthMOS transistors, other circuits are standard V
thMOS transistor, conventional sense amplifier (Q1, Q2, Q3, Q
4) is a high VthMOS transistor. Thus, Sen
A transistor with a large channel length Lg (Lg = 0.
5 μm) is used depending on the processing variation of Lg.
The threshold voltage of the transistor of the
This is to prevent the sensitivity of the sense amplifier from lowering.
You. Transistors other than sense amplifiers have high drive capability
In order to obtain a value, a small value of Lg (for example, 0.3 μm) is used.
The difference between the operation of the present embodiment and the conventional one is that VDL is about 1.0 V.
This is when the voltage becomes low. For example, FIG.
And the high VthMOS transistor (VTO = 0.5V) shown in (d)
In the case of the conventional method used for a sense amplifier, FIG.
As shown, the sense amplifier does not operate when VDL is 1.2V.
(The worst value of VTO is 0.6V). The low VthMOS transistor of this embodiment
When transistor (VTO = 0.3V) is used for sense amplifier
If the VDL is 1.2 V, the sense amplifier can operate
You. This is the gate and source (drain) of the sense amplifier.
VTO is 0.4V (worst value) for a voltage of 0.6V between
Is low enough. In this embodiment, VDL> 0.8V
Operable. At this time, the drain of the sense amplifier
The current IDSmax flowing between the sources is 100 μA (sense amplifier 1
6000), which is not enough compared to the data line charging current
It is a value that can be seen and there is no problem. FIG. 1 (c) and (d)
The low VthMOS transistor shown in
Is made by changing the ion implantation dose.
Other than the sense amplifier, the transistor drain and source
Where low voltage is applied between the memory arrays (for example,
I / O line switching transistor for ard)
By using a low VthMOS transistor for
The same effect as the low voltage operation of the amplifier can be obtained.
Depletion type instead of low VthMOS transistor
Obtaining the same effect as above even when using MOS transistors
Can be. In this case, the printer that does not drive the sense amplifier
During charging, the N-channel MOS transistor of the sense amplifier is
Lower the substrate potential of the transistor (P-channel MOS transistor
The substrate potential of the data line), and no current flows between the data lines.
To be. Thus, according to the present embodiment, a lower
Operates without significant loss in speed performance even at low supply voltages
Memory circuit that performs Also, only for sense amplifiers
High speed by using differently according to the application of the circuit
In addition, an LSI with low power consumption can be provided. And even memory
Not only in other LSIs such as a logic LSI (for example,
LSIs that operate at lower voltages
it can. FIG. 3 shows second and third embodiments of the present invention.
FIG. 3A shows the circuit configuration of the second embodiment. This time
The path is two conventional sense amplifier drive transistors each
Connect in parallel (QP1, QP2, QN1, QN2) and drive sense amplifier
Boost capacitances CBP and CBN are added to the lines CSP and CSN. Sen
P-channel MOS transistors Q3, Q4,
Substrate potential is the same as the sense amplifier drive lines CSP and CSN.
You. The operation of this circuit will be described with reference to FIG.
You. Change the voltage of word line W0 from VSS (0V) to VDH (1.5V).
Then, the information stored in the storage capacitor CS is read out to the data line D.
Is done. Next, P1P is changed from VSS (0V) to VDH (1.5V) and P1N
When VDL (1.0V) is changed to VDB (-0.5V), the sense amplifier
The drive transistors QP1 and QN1 turn on, and the sense amplifier drive
Flow line CSP goes from HVC (0.5V) to VDL (1.0V), CSN goes to HVC
(0.5V) to VSS (0V). Next, PBP is changed to VSS (0
V) to VDL (1.0V), and PBN from VDL (1.0V) to VSS (0
V), the sense amplifier drive line is boosted and CSP
Is from VDL (1.0V) to VDH (1.5V), CSN is VSS (0V)
To about VDB (-0.5V). At this time, P1P is VD
H (1.5V) to VSS (0V), P1N from VDB (-0.5V) to VDL
(1.0V) to inject into the sense amplifier drive line
Charge is passed through the sense amplifier drive transistor
No discharge. This allows the sense amplifier to
Gate and source of transistors (Q1, Q2, Q3, Q4)
The voltage between the source (drain) can be set to about VDL / 2 + 0.5V.
Therefore, the sense amplifier is sufficiently turned on, and the data lines D and D are connected to VDL (1.
0V) and VSS (0V). Sense amplifier drive line block
After the boost, P2P is changed from VSS (0V) to VDH (1.5V), and P2N is
Change from L (1.0V) to VDB (-0.5V) to drive sense amplifier
Turn on transistors QP2 and QP2 to increase the number of sense amplifiers.
Make sure it is wide enough. Subsequent data lines
The operation is the same as the conventional one. 3 (b).
To obtain boost voltage, boost capacitance CBP, CBN must be 1
It should be about 50pF (the data line is connected to the sense amplifier drive line)
If 1000 sense amplifiers with a capacity of about 300 fF are connected,
Fixed). The voltage value of each terminal is not as shown in FIG.
The voltage amplitude between the sense amplifier drive lines CPS and CSN is
It is sufficient that the voltage amplitude is larger than the voltage amplitude between the data line D and the data line D. VDH
Voltage can be generated by boosting VDL and stepping down external power supply
May be generated. CSP only or CSN only
May be the best. Connect boost capacitor CBP to VDL wiring
May be provided to boost the VDL. At this time,
The substrate potentials of the pump driving transistors QP1 and QP2 are the same as VDL.
Set to potential. Sense amplifier drive transistors QP1, QP2,
QN1 and QN2 are P-channel MOS transistors or N-channel
It can be a MOS transistor or a bipolar transistor
The potential of the sense amplifier drive line is changed from HVC to VDL and C on the CSP side.
What is necessary is to change from HVC to VSS on the SN side. Sense amplifier drive line
When boosting, the substrate potential of each transistor
Latch-up by preventing
Can be prevented. Set the substrate potential of sense amplifiers Q3 and Q4 to
The sense amplifier Q1,
Make the substrate potential of Q2 the same as the sense amplifier drive line CSN
Prevents rise of threshold voltage due to substrate effect
Therefore, the operation of the sense amplifier can be further improved.
Sense amplifier substrate potential equal to sense amplifier drive line
In order to achieve this, the substrate may have a triple-well structure.
The triple well structure is specified in JP-A-62-119958.
Have been. The first sense amplifier (Q1, Q2, Q3, Q4)
By using the low VthMOS transistor of the embodiment,
Furthermore, it can be operated at a low voltage. Thus, the book
According to the embodiment, the speed performance is significantly improved even at a lower power supply voltage.
It is possible to provide a memory circuit that operates without damage.
Not only for sense amplifiers, but also
Providing high speed and low power consumption LSI
Wear. Furthermore, not only memory but also other L such as logic LSI
For SI, we can provide an LSI that operates at lower voltage.
You. FIGS. 3C and 3D show the concept of the third embodiment.
I have. In FIG. 3 (c), the constant voltage generation circuit LVD is provided in the chip.
Provide H, LVDL, LVDBL and generate constant voltage VDH, VDL, VDBL
I have. The constant voltages VDH, VDL, VDBL and VDBH (= VSS)
Switches SP1, SP2, SN2, SN1, and sense amplifier drive lines CSP, C
Connect to SN. Each voltage relationship is VDH ≧ VDL> VDP (P
Recharge voltage)> VDBL ≧ VDBH (= ground voltage VSS) ≧ VBB
(Substrate voltage). The operation of this circuit is as follows.
You. First, the voltage of the data line D, and the sense amplifier drive
The voltages of the lines CSP and CSN are set to the precharge voltage VDP. next,
Turn on the switches SP1 and SN1, and turn on the sense amplifier drive lines SP1 and SN1.
Is turned on, and the sense amplifier drive line CSP is set to VDH and CSN is set to VDBH (V
SS). This allows the sense amplifier to be configured
The voltage between the gate and source (drain) of the transistor is VD
Because it can be larger than P, the sense amplifier turns on enough,
The data lines D and A can be amplified to about VDL and VDBL. Next, Sui
Switches SP1 and SN1 are turned off, and SP2 and SN2 are turned on. By this
The sense amplifier drive line CSP becomes VDL and CSN becomes VDBL,
The data lines D, can be fixed to VDL, VDBL. Switch SP1, SN
Turn off 1 and turn on SP2 and SN2 at the data line
Set when D, becomes about VDL, VDBL. By this
The data line is above VDL and below data line DGADBDL
Can be prevented. The relationship between the VDH and VDL values and the external power supply voltage VCC
The person in charge may be any kind of relationship. (For example, if VDH = VCC
May be VDL = VCC. ) The voltage of VDH is generated by boosting VDL.
May be live. Substrate voltage VBB is not less than VDBH
Is also good. (For example, VDBHA (= VSS) may be equal to VBB.)
The substrate voltage VBB is applied to the memory array, sense amplifier,
Or apply only one of them and ground the other
Voltage may be used. This uses a triple well structure of the substrate
Can be realized. Regarding the triple well structure of the substrate,
It is specified in 62-119958. Thus, the present embodiment
Shows that even at lower supply voltages, speed performance is significantly impaired.
It is possible to provide a memory circuit that operates without failure. Also,
Use differently depending on the application of the circuit, not just the sense amplifier
As a result, a high-speed and low-power LSI can be provided.
Furthermore, it is not limited to memory, but can be applied to other LSIs such as logic LSIs.
However, it is possible to provide an LSI that operates at a lower voltage. In FIG. 3D, constant voltage generating circuits LVDH and LVD are provided in the chip.
L, LVDBH are provided to generate constant voltages VDH, VDL, VDBH.
You. The constant voltages VDH, VDL, VDBH and VDBL (= VSS) are
Sense amplifier drive lines CSP, CSN via switches SP1, SP2, SN1, SN2
Connect to Each voltage relation is VDH ≧ VDL> VDP (pre
Charge voltage)> VDBL ≧ VDBH (= ground voltage VSS) ≧ VBB
(Substrate voltage). The operation of this circuit is as follows.
You. First, the voltage of the data line D, and the sense amplifier drive
The voltages of the lines CSP and CSN are set to the precharge voltage VDP. next,
Turn on the switches SP1 and SN1, and set the sense amplifier drive line CSP to VD
Set H and CSN to VDBH. This allows the sense amplifier to be configured.
Between the gate and source (drain) of the transistor
Since the voltage can be higher than VDP, sufficient sense amplifier
Turn on and amplify data lines D and D to about VDL and VDBL (VSS)
You. Next, turn off the switches SP1 and SN1 and turn on the switches SP2 and SN2.
You. As a result, the sense amplifier drive line CSP becomes VDL, CSN
Becomes VDBL (VSS), and data lines D and VDL, VDBL (VSS)
Can be fixed to Turn off switches SP1 and SN1 and turn off SP2 and SN2.
When the data lines D, VDL and VDBL are
Set when As a result, the data line D goes below VDL.
In addition, it is possible to prevent the data line from going below VDBL. VD
What is the relationship between the values of H and VDL and the external power supply voltage VCC?
May be. (For example, VDH = VCC or VDL = VCC
No. ) The voltage of VDH may be generated by boosting VDL.
Substrate voltage VBB need not be lower than VDBH. (example
For example, VDBH may be equal to VBB. ) The substrate voltage VBB is
Part and / or sense amplifier part
In addition, the other parts may be the ground voltage. This is the substrate
This can be realized by using the triple well structure. Three folds of substrate
The L structure is specified in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-119958.
You. Thus, according to the present embodiment, the lower power supply voltage
Memory that works without significantly compromising speed performance
Circuit can be provided. In addition, the circuit is not limited to the sense amplifier.
High-speed and low-consumption by using differently for different applications
It can provide power LSI. Furthermore, not limited to memory,
Operates at lower voltage on other LSIs such as logic LSIs
LSI can be provided. FIG. 3 (e) shows a specific circuit configuration of the embodiment of FIG.
This is one example. This circuit corresponds to the sense amplifier shown in FIG.
The case where only the CPS side of the drive line is shown is shown. Traditional sense
Connect two amplifier driving transistors in parallel (QP
1, QP2, QN1, QN2), P-channel MOS transistor QP1
The drain is VDH (for example, 1.5V) and the drain of QP2 is VDL
(For example, 1.0V). The substrate potential of QP1 and QP2 is VDH
is there. The operation of this circuit will be described with reference to the operation waveform of FIG.
I do. Word line W0 voltage changed from VSS (0V) to VDH (1.5V)
Then, the information stored in the storage capacitor CS is read to the data line D.
Will be issued. Next, P1P is changed from VDH (1.5V) to VSS (0V), P1N
Is changed from VSS (0V) to VDL (1.0V), the sense amplifier drive
Transistors QP1 and QN1 are turned on, driving the sense amplifier
Line CSP goes from HVC (0.5V) to VDH (1.5V), CSN goes to HVC (0.5V)
V) to VSS (0V). As a result,
Gates and sources of transistors Q3 and Q4
(Drain) voltage can be set to about VDL / 2 + 0.5V
Therefore, the sense amplifier is sufficiently turned on and the data line D is connected to VDL (1.0
V). This allows the sense amplifier to
The gate and source (drain) of the transistors Q1 and Q2
The voltage between the data lines also increases, and the data line goes to VSS (0V).
Can be amplified. Data line D voltage exceeds VDL (1.0V)
Around P1P from VSS (0V) to VDH (1.5V), P2P to VDH
(1.5V) to VSS (0V) for sense amplifier drive
Transistor QP1 turns off, QP2 turns on, and sense amplifier drive
The flow line CSP changes from VDH (1.5V) to VDL (1.0V). to this
Therefore, the voltage of the data line D becomes constant at VDL (1.0 V).
You. At this time, P2N is changed from VSS (0V) to VDL (1.0V),
Turning on the sense amplifier drive transistor QN2
So that the sense amplifier can be sufficiently amplified
I do. The operation of the data lines thereafter is the same as in the conventional case.
You. The voltage value of each terminal may be as shown in FIG.
The voltage of the sense amplifier drive line CSP is higher than the data line charging voltage VDL.
It should be bigger. The VDH voltage is generated by boosting VDL.
Alternatively, the voltage may be generated by stepping down the external power supply. sense
The amplifier driving transistors QP1, QP2, QN1, and QN2 are P-channel
MOS transistor or N-channel MOS transistor
Or a bipolar transistor.
Flow line potential from HVC on CSP side to VDL and VDH, HVC on CSN side
It should be VSS from. Substrate potential of sense amplifiers Q3 and Q4
Make the same potential as the sense amplifier drive line CSP
1 Set the substrate potential of Q2 to the same potential as the sense amplifier drive line CSN.
This prevents the threshold voltage from rising due to the substrate effect.
Operation can further improve the sense amplifier operation.
You. Make the substrate potential of the sense amplifier the same as the sense amplifier drive line.
The potential can be set by using a triple well structure of the substrate.
No. Regarding the triple well structure of the substrate, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-11995.
Specified in 8. The sense amplifiers (Q1, Q2, Q3, Q4)
By using the low VthMOS transistor of the first embodiment,
Operation at a lower voltage. like this
In addition, according to the present embodiment, even at a lower power supply voltage,
Memory circuits that operate without significantly impairing performance
Wear. Not only for sense amplifiers, but also for circuit applications
High-speed and low-power consumption LSI
Can be provided. Furthermore, not only memory, but also logic LSI
In other LSIs, we also offer LSIs that operate at lower voltage.
Can be provided. The voltage relationships described in FIGS. 3 (c) to 3 (f)
Without limitation, the gate of the MOS-FET operating at low amplitude
The source-to-source voltage is reduced for a certain period during operation.
Get the same effect by exceeding it in minutes
Can be. FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. Fig. 4
(A) is a circuit configuration of the present embodiment. This circuit is a reference
Storage capacitor plate terminal CSB connected to the data line
Can be driven at once. Precharge circuit
(Q5 ', Q6', Q7 ', Q5, Q6, Q7)
The voltage uses a constant voltage VDP. This constant voltage VDP is shown in FIG.
The characteristics are as shown in (d) or (e). This time
The operation of the road will be described with reference to the operation waveforms of FIG. word
When the voltage of line W0 is changed from VSS (0V) to VDH (1.5V),
The information stored in the capacitor CS is read out to the data line.
When "1" is read, CD / (CD + CS) x (VDL-VDP) = 0.
25CD / (CD + CS) volts, when reading "0", CD / (CD
+ CS) × (VDP-VSS) = 0.75CD / (CD + CS) Volt, (CD
E is the data line capacity) is read out to the data line. This and
The dummy word line DW0 from VSS (0V) to VDH (1.5
V). At this time, the voltage of the reference data line D is
The charge voltage VDP remains at 0.75V. Then for reference
Set the voltage of the storage CS 'plate CSB connected to the data line to V
Change from DP (0.75V) to HVC (0.5V). By doing this,
Lighting data line voltage is CD / (CD + CS) × (VDP-HVC) = 0.25
CD / (CD + CS) volts dropped, signal voltage on data line D,
The difference is VDL / 2 for both “1” read and “0” read.
× CD / (CD + CS) = 0.5CD / (CD + CS) volts. Next
P1P from VDL (1.0V) to VSS (0V), P1N to VSS (0V)
To VDL (1.0 V) from the
The transistors QP1 and QN1 turn on, and the sense amplifier drive line CSP
(0.75V) to VDL (1.0V), CSN from VDP (0.75V) to V
Change to SS (0V). This allows the sense amplifier to be configured.
The gate and source (drain) of transistors Q1 and Q2
Voltage can be set to VDP (0.75V).
Turns on enough to amplify the data line to VSS (0V)
You. As a result, the transistors constituting the sense amplifier
High voltage between gate and source (drain) of Q3 and Q4
That is, the data line D can be amplified to VDL (1.0 V). Then P
2P from VDL (1.0V) to VSS (0V), P2N from VSS (0V)
VDL (1.0V) and set the sense amplifier drive transistor QP
2, By turning on QN2, amplification of the sense amplifier
To be able to do enough. Subsequent data line activity
The work is the same as before. The voltage on plate CSB is
HVC (0.5V) to VDP (0.75
V). The dummy word line DW0 is
When the data line voltage recovers to VDP (0.75V), VDH
(1.5V) to VSS (0V). The above describes the characteristics of VDP.
This has been described with reference to FIG. Fig. 4 (e) shows the characteristics of VDP.
However, a similar effect can be obtained. Voltage relationship of each terminal
May not be as shown in FIGS. 4 (b), (d) and (e)
VDP> VDL / 2 = HVC (FIG. 4 (d)) or VDP <VD
It is sufficient that L / 2 = HVC (FIG. 4 (e)). Fig. 4
As shown in (d) and (e), when VDL becomes high voltage, VDL
VDP = HVC at 1.5V or more. The operation in this case is the fourth
The operation is the same as the conventional one, as shown in FIG. Pre
As a method of driving the gate voltage, Japanese Patent Application No. 62-222317,
There is No. 63-148104. Plate voltage for dummy word line
To drive the pressure at a high speed, as shown in FIG.
Install drivers Q20 and Q21 in the middle of the plate drive line,
-Use word lines DW0 and DW1 as switching signals.
No. Q20, Q21, Q23, Q24, NAD1, NAD2 are in the memory array
Periodically. NAD1 and NAD2 in the figure are memory arrays.
, They may be arranged together. Q20.Q21, Q2 in the figure
3, Q24 may be arranged outside the memory array at once
No. NAD1 and NAD2 in the figure were configured with OR circuits, but NOR circuits
And an inverter. What is the dummy cell
Plate voltage for dummy word line
Is set to a constant voltage (VP) as before, and the dummy word line DW0
The data line voltage immediately after precharge to HVC (0.5V)
When this happens, VDH (1.5 V) may be changed to VSS (0 V).
Or, write a MOS transistor between CS and QW0.
HVC (0.5 V) may be provided. The voltage of VDP is
Even if VDL is generated by stepping down, HVC is stepped up (stepped down)
May be live. Sense amplifier driving transistor QP1,
QP2, QN1 and QN2 are N-channel MOS transistors
Both a MOS transistor and a bipolar transistor
The potential of the sense amplifier drive line can be changed from VDP to VD on the CSP side.
L and CSN should just go from VDP to VSS. Sense amplifier Q3, Q
Whether the substrate potential of 4 is the same as the sense amplifier drive line CSP
The substrate potential of the sense amplifiers Q1 and Q2 is set to the sense amplifier drive line CSN.
Threshold voltage due to substrate effect
Voltage can be prevented, so that the sense amplifier operation
Can be improved. Sense amplifier substrate potential
To set the same potential as the drive line, use a triple well structure of the substrate.
I just need to be. Regarding the triple well structure of the substrate,
It is specified in 62-119958. Sense amplifier drive line CSP
Or by sharing the precharge wiring with the CSN.
Precharge speed without increasing the wiring area
Can be faster. Sense amplifier (Q1, Q2, Q3, Q
4) using the low VthMOS transistor of the first embodiment
Thus, the device can be operated at a lower voltage.
Thus, according to the present embodiment, the operating amplitude of the circuit is
Lower supply voltage by changing according to voltage
Memory that works without significantly compromising speed performance
Circuit can be provided. In addition, the circuit is not limited to the sense amplifier.
High-speed and low-consumption by using differently for different applications
It can provide power LSI. Furthermore, not limited to memory,
Operates at lower voltage on other LSIs such as logic LSIs
LSI can be provided. FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention. Fig. 5
(A) is a circuit configuration of the present embodiment. This circuit is
The boost capacitance CB is added to each data line. This
The operation of this circuit will be described with reference to the operation waveforms of FIG. Wa
When the voltage of the lead wire W0 is changed from VSS (0V) to VDH (1.5V),
The information stored in the storage capacitor CS is read out to the data line D.
You. Next, the voltage of the boost terminal PCB is changed from VSS (0V) to VDL
(1.0V), both data lines D and D are about 0.2V (CB is
At about 70fF). Next, P1P from VDL (1.0V)
When VSS (0V) and P1N are changed from VSS (0V) to VDL (1.0V),
The sense amplifier driving transistors QP and QN turn on,
SAMP drive line CSP changes from HVC (0.5V) to VDL (1.0V), C
SN changes from HVC (0.5V) to VSS (0V). At this time,
The gates of the transistors Q1 and Q2 that make up the sense amplifier
The voltage between source (drain) is about VDL / 2 + 0.2V
The sense amplifier is turned on enough and the data line
Can be amplified to S (0V). This allows the sense amplifier to
The gate and source (drain) of transistors Q3 and Q4
The voltage between the data lines D and VDL (1.0 V)
Can be amplified. The operation of the data lines thereafter is the same as before.
It is like. The voltage of the boost terminal PCB is
Change from VDL (1.0V) to VSS (0V) before charging. Each terminal
May not be as shown in FIG. 5 (b).
When driving the amplifier, the potential difference between the data line voltage and VSS is VDL / 2
I just need more. Data lines D and D both drop
As described above, the boost voltages may be applied in opposite phases. this
Also, when driving the sense amplifier, the data line voltage and VDL
What is necessary is just the potential VDL / 2 or more. Boost line CBL and sensea
The pump drive line CSP (or CSN) may be common. C
Transistors QP and QN are P-channel MOS transistors.
Whether it is a transistor or an N-channel MOS transistor,
An bipolar transistor may be used, and the sense amplifier drive line
If the potential changes from HVC to VDL on the CSP side and from HVC to VSS on the CSN side
Good. Sense amplifier Q3, Q4 substrate potential
Make the same potential as the flow line CSP or the substrate potential of the sense amplifier Q1, Q2
To the same potential as the sense amplifier drive line CSN.
To prevent the threshold voltage from rising due to the substrate effect.
Therefore, the operation of the sense amplifier can be further improved. Sensea
To make the substrate potential of the amplifier the same as the sense amplifier drive line
May use a triple well structure of the substrate. Triple board
The well structure is described in JP-A-62-119958.
I have. In the sense amplifier (Q1, Q2, Q3, Q4), the first embodiment
By using low VthMOS transistors,
It can be operated with voltage. Thus, the present embodiment
Shows that even at lower supply voltages, speed performance is significantly impaired.
It is possible to provide a memory circuit that operates without failure. Also,
Use differently depending on the application of the circuit, not just the sense amplifier
As a result, a high-speed and low-power LSI can be provided.
Furthermore, it is not limited to memory, but can be applied to other LSIs such as logic LSIs.
However, it is possible to provide an LSI that operates at a lower voltage. FIG. 6 shows a sixth embodiment of the present invention. Fig. 6
(A) is a circuit configuration of the present embodiment. This circuit is the fifth
The data line boost capacitance CB shown in FIG.
To the gates of the transistors Q1 and Q2
These gates and CB can be separated from data lines by QA and QB
Like that. The operation of this circuit is shown in FIG.
This will be described with reference to waveforms. As described above, the word line W0 is
Then, the information is read out to the data line D by the CS. this
At this time, the gate voltage CGA of QA and QB in FIG.
Is maintained at almost the same potential VDH. Therefore, the data
The information on line D is also transmitted through QA to the gate of Q1. What
Note that the above transmission CGA has sufficient QA and QB during precharge.
Any value can be used as long as it turns on. Also, the game of Q2
The reference potential is transmitted to the switch. Next, the sense amplifier drive
Drive transistors QP and QN, and turn on the sense amplifier drive line.
CSP from HVC (0.5V) to VDC (1.0V), CSN from HVC to VSS
(0V). At this time, QA, QB gate voltage CGA
Is connected to the potential of VDL by the capacitor CPC inserted between it and CSN.
QA and QB become high resistance state and
The data line D and the gates of Q1 and Q2 are electrically separated. This
As a result, the boost capacitance CB raises only the gates of Q1 and Q2.
Pressure, so that even if the capacity is smaller than in the fifth embodiment,
A sufficient gate voltage can be obtained. Next, boost terminal PCB
When the voltage of V is changed from VSS to VDL, the gate voltages of Q1 and Q2
To VDL / 2 + 0.2 or more. For this reason, Q1, Q2
It turns on sufficiently and amplifies the data line to VSS at high speed.
This also increases the voltage between the gate and source of Q3.
Thus, the data line can be amplified to VDL at high speed. After this
Operation of the data line and the boost terminal PCB of the fifth embodiment
Same as the example. Note that the precharge of CGA is
Via QPC2 while the pump drive transistor QN is on.
Do it. The precharge voltage is VDL (1.0 V).
As a result, when precharging CSN, the capacity with CPC
Due to the coupling, the CGA is boosted to almost VDH. like this
In addition, according to the present embodiment, even at a lower power supply voltage,
Memory circuits that operate without significantly impairing performance
Wear. Not only for sense amplifiers, but also for circuit applications
High-speed and low-power consumption LSI
Can be provided. Furthermore, not only memory, but also logic LSI
In other LSIs, we also offer LSIs that operate at lower voltage.
Can be provided. FIG. 7 shows a seventh embodiment of the present invention. Fig. 7
(A) is a circuit configuration of the present embodiment. The center of this circuit
The amplifier is Q12-Q15 connected with the data line and capacitance CC.
Consisting of a sense amplifier consisting of conventional A1 to Q4
It consists of two stages. The former is the conventional VD
Operates at a voltage VDH (1.5V) higher than L (1.0V). CH
P and CHN are the common drive lines. The operation of this circuit
The operation will be described with reference to the operation waveform of FIG. As mentioned earlier, the word
When line W0 becomes high potential, information is read from CS to data line D
Is done. This change in the data line potential is Q1 due to the coupling capacitance CC.
It is transmitted to the sense amplifier consisting of 2 to Q15. Next, CHP
From VPH (0.75V) to VDH (1.5V), CHN to VPH (0.75V)
Sense amplifier consisting of Q12 to Q15 when changing from
Starts amplification in response to the signal on the data line. At this time,
The gate-source voltage of Q12-Q15 is the precharge voltage
0.75V, which is applied to the MOS transistor
Sufficiently higher than the threshold voltage of 0.6 V
The capacitance attached to the output of the amplifier is about 1/10 of the data line (gate
And the capacity of CC only), so the sense amplifier
It can be carried out. And the output voltage is VSS (0
V) and VDH (1.5V). Next, set CSP and CSN as before
If VDL and VSS are used, the input of the sense amplifier consisting of Q1 to Q4
The power terminal is connected to the output terminal of the sense amplifier consisting of Q12 to Q15
The voltage between those gates and sources is NMOS
Q2 is 1.5V and Q3 of the PMOS is -1.0V, which is higher than the threshold voltage.
Get higher in minutes. Therefore, data lines can be charged and discharged at high speed.
You. In principle, the minimum value of the data line voltage amplitude in this embodiment is
Is the maximum value of the gate-source voltage of the PMOS (Q3, Q4)
0.6V which is equal to the threshold. Therefore, the operating speed
Considering the degree, the practical voltage is about 0.8V. Book
According to the embodiment, it is also possible to make the low level of CHN negative.
Therefore, further increase the voltage between the gate and source of the PMOS.
Operation at a lower voltage. An example
For example, if the low level of CHN is -0.5V, normal operation is possible.
Data line voltage swing with a 0.8V
The width can be up to 0.3V. This is the sense amplifier
It is smaller than the threshold voltage of the transistor. At the time of precharge,
As in the first embodiment, the data lines are switched by the signal PC.
And precharge, but in this embodiment,
Show the output end of the sense amplifier consisting of both Q12 and Q15
And precharge. Q16, 17, and Q18 are
It is a ranista. This precharge voltage is VDH (1.5
0.75V which is half of V). Therefore, the precharge signal PC
May be set to 1.35 V or more. As mentioned above,
In the embodiment, the voltage amplitude of the data line is
Starts even if it is lower than the threshold voltage of the amplifier transistor
The voltage between the gate and source at the time should be higher than the threshold voltage.
High speed and low power consumption
Can be. Therefore, according to the present embodiment, lower power supply
A note that operates at pressure without significantly impairing speed performance
Re-circuit can be provided. The essence of the present invention is
Lower the voltage amplitude of the load capacitance signal line (here, the data line).
Operating thresholds of the elements that make up the driver circuit for that signal line.
Drive circuit with a large voltage amplitude that exceeds the
It is to be. Therefore, not only for sense amplifiers,
High speed and low power consumption by using different roads
It can provide power consumption LSI. Furthermore, limited to memory
In other LISs such as logic LSIs,
Can provide an LSI that operates at high speed. In addition, large / small electricity
By optimizing the combination of voltage amplitude and threshold voltage,
Thus, an LSI with higher speed and lower power consumption can be provided. example
For example, in FIG. 7 (a), a part of Q1 to Q4
It is possible to further increase the speed by using a MOS-FET
You. FIG. 8 shows an eighth embodiment of the present invention. Fig. 8
(A) is an outline of a circuit configuration of the present embodiment. This circuit
Controls the substrate voltage VBB of the sense amplifier transistor.
The threshold voltage is set to an optimum value for operation.
Therefore, MOS transistors for threshold voltage monitoring and
Reference voltage VR generation circuit, comparison circuit COMP, substrate voltage VBB generation time
It is composed of roads. The operation is described with reference to FIG.
Will be explained. MOS transistor changes the substrate voltage VBB
By doing so, the threshold voltage changes. For example,
In the case of NMOS, as shown in FIG.
The threshold voltage increases as the distance increases. Also, conversely
The smaller the value, the smaller it becomes. Set the sense amplifier to low voltage (1.0V
), The threshold voltage must be reduced as described above.
It works fast. Therefore, in this embodiment,
8 As shown in FIG.
Drive with constant current and the threshold current
And compare it with the reference voltage VR by the comparison circuit COMP.
The output controls the output voltage of the VBB generator circuit,
The threshold voltage of the power MOS transistor becomes equal to VR
I'm trying. By doing so, for example, MOS
Due to manufacturing variations, the transistor threshold voltage
The voltage at point b is higher than the optimum value indicated by point a in FIG.
Even lowering VBB to VB1 shifts to point d and VR
Can be equal to In addition, when it becomes low (the same
(Point c in Fig.) Is shifted to point e by raising VBB to VB2.
And can also be made equal to VR. Therefore,
According to the present embodiment, a stable sense
Pump can be realized. When operating the VR, the standard value (a
Point) lower (point f) and higher (point g) during standby
This allows both high-speed operation and low power consumption during standby.
Wear. A similar circuit is added to the PMOS well.
VR should be negative for NMOS and positive for PMOS during operation.
Depletion type transistor threshold power
On the other hand, during standby, the positive and negative
By adopting the instrument type, even higher speed and lower
Voltage swing is possible. Note that the operation cycle is short
When the pressure needs to be changed at high speed,
It is only necessary to separate the sense amplifier substrate using a well structure.
No. This makes it possible to reduce the power of the VBB generation circuit.
You. FIG. 8 (c) is a concrete example of FIG. 8 (a).
is there. QB1 and QB2 are monitoring MOS transistors, QB3 to QB
2 is a monitoring MOS transistor, QB3 to QB8 are comparison circuits,
OSC is the oscillation circuit of the VBB generation circuit, INV1, INV2, C2, C3, QB
9 to QB12 are VBB generation circuits. Here, the monitoring MOS
The reason that the transistors are connected in two stages is that
To get ass. Along with this, VR is a goal
It must be twice the threshold power. In addition, this moni
The number of transistor stages is not limited to two.
The number of stages may be set so that the input power is optimal. Also, the substrate
The rectifier circuit (C2, C3, QB9 to QB12)
In the embodiment, the voltage multiplier is used to increase the control range of the threshold voltage.
Pressure is generated by the sense amplifier.
The threshold voltage change rate with respect to the operating voltage and the substrate voltage.
You can change it later. As described above, this embodiment
According to the threshold voltage of the sense amplifier,
The value can be changed during operation and during standby.
Low-voltage, high-speed, low-power consumption DRAM
it can. Therefore, according to the present embodiment, the lower power supply voltage
Memory that works without significantly compromising speed performance
Circuit can be provided. In addition, the circuit is not limited to the sense amplifier.
High-speed and low-consumption by using differently for different applications
It can provide power LSI. Furthermore, not limited to memory,
Operates at lower voltage on other LSIs such as logic LSIs
LSI can be provided. It should be noted that the present invention, the operation of the element
The means for detecting the threshold voltage and the detection output
Control the value voltage to the optimal value for circuit operation
The present invention is not limited to the above-described circuit system. As described above, the present invention has been described by taking the DRAM as an example.
Random access memory (RA
M), or read-only memory (ROM), or even
Logic LSIs such as microcomputers
The present invention may be applied to a shift type LSI. Also, its constituents
Are bipolar transistors and MOS transistors
Data, combinations of these elements, or materials other than Si
For example, any of GaAs type transistors
Good.
以上説明したように、本実施例によれば、より低い電
源電圧でも、速度性能を著しく損なうことなく動作する
メモリ回路を提供でき、電池バックアップ用メモリや電
池動作用メモリとして用いることができる。また、セン
スアンプに限らず、回路の用途に応じて使いわけること
によって高速かつ低消費電力のLSIを提供できる。さら
には、メモリに限らず、論理LSIなどの他のLSIにおいて
も、より低い電圧で動作するLSIを提供できる。As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a memory circuit that operates even at a lower power supply voltage without significantly impairing the speed performance, and can be used as a battery backup memory or a battery operation memory. In addition, a high-speed and low-power-consumption LSI can be provided by selectively using not only the sense amplifier but also the application of the circuit. Furthermore, an LSI operating at a lower voltage can be provided not only in a memory but also in another LSI such as a logic LSI.
第1図(a)は本発明の第1の実施例の回路構成を示す
図、第1図(b)は本発明の第1の実施例の効果を示す
図、第1図(c),(d)は本発明の第1の実施例のト
ランジスタと従来のトランジスタの特性を示す図、第1
図(e),(f)は本発明の第1の実施例と従来の動作
波形を示す図、第2図(a)は従来の回路構成を示す
図、第2図(b),(c)は従来の動作波形を示す図、
第3図(a)は本発明の第2の実施例の回路構成を示す
図、第3図(b)は本発明の第2の実施例の動作波形を
示す図、第3図(c),(g)は第3の実施例の概念と
動作波形を示す図、第3図(d),(h)は第3の実施
例の別の概念と動作波形を示す図、第3図(e)は第3
の実施例の回路構成を示す図、第3図(f)は第3の実
施例の動作波形を示す図、第4図(a)は本発明の第4
の実施例の回路構成を示す図、第4図(b),(f)は
本発明の第4の実施例の動作波形を示す図、第4図
(c)は本発明の第4の実施例に応用する別の回路構成
を示す図、第4図(d),(e)は本発明の第4の実施
例の効果を示す図、第5図(a)は本発明の第5の実施
例の回路構成を示す図、第5図(b)は本発明の第5の
実施例の動作波形を示す図、第6図(a)は本発明の第
6の実施例の回路構成を示す図、第6図(b)は本発明
の第6の実施例の動作波形を示す図、第7図(a),
(b)は本発明の第7の実施例の回路構成と動作波形を
示す図、第8図(a),(b)は本発明の第8の実施例
の概念と効果を示す図、第8図(c)は本発明の第8の
実施例の具体的な回路構成を示す図である。 符号の説明 Q1,Q2,Q3,Q4,Q1′,Q2′,Q3′,Q4′,Q12,Q13,Q14,Q15…
…センスアンプ、Q5,Q6,Q7,Q5′,Q6′,Q7′,Q16,Q17,Q1
8……プリチャージ回路、Q8,Q9……Yゲート、VP……プ
レート電圧端子、CS……蓄積容量、Q10,Q11……メモリ
セルのスイッチ用トランジスタ、PC……プリチャージ信
号入力端子、VDP……プリチャージ電圧、HVC……VDD/2
電圧端子、VDL……データ線充電電圧端子、QP,QN,QP1,Q
P2,QN1,QN2……センスアンプ駆動用トランジスタ、VSS
……接地電圧、AMP……メインアンプ、DIB……Dinバッ
ファー、Dout……情報出力端子、Din……情報入力端
子、W/R……情報入出力切り換え端子。FIG. 1 (a) is a diagram showing a circuit configuration of a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (b) is a diagram showing effects of the first embodiment of the present invention, FIGS. 1 (c) and 1 (c). (D) is a diagram showing characteristics of the transistor of the first embodiment of the present invention and a conventional transistor.
FIGS. 2E and 2F are diagrams showing a first embodiment of the present invention and a conventional operation waveform, FIG. 2A is a diagram showing a conventional circuit configuration, and FIGS. ) Is a diagram showing a conventional operation waveform,
FIG. 3A is a diagram showing a circuit configuration of a second embodiment of the present invention, FIG. 3B is a diagram showing operation waveforms of the second embodiment of the present invention, and FIG. 3C. , (G) are diagrams showing the concept and operation waveforms of the third embodiment, and FIGS. 3 (d) and (h) are diagrams showing another concept and operation waveforms of the third embodiment, and FIG. e) is the third
FIG. 3 (f) is a diagram showing the operation waveform of the third embodiment, and FIG. 4 (a) is a diagram showing the fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 4 (b) and 4 (f) show operation waveforms of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4 (c) shows a fourth embodiment of the present invention. FIGS. 4 (d) and 4 (e) show effects of the fourth embodiment of the present invention, and FIGS. 5 (a) and 5 (a) show a fifth embodiment of the present invention. FIG. 5B is a diagram showing a circuit configuration of the embodiment, FIG. 5B is a diagram showing operation waveforms of the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6A is a diagram showing a circuit configuration of the sixth embodiment of the present invention. FIG. 6 (b) is a diagram showing operation waveforms of the sixth embodiment of the present invention, and FIGS.
(B) is a diagram showing a circuit configuration and operation waveforms of a seventh embodiment of the present invention. FIGS. 8 (a) and (b) are diagrams showing a concept and an effect of the eighth embodiment of the present invention. FIG. 8C shows a specific circuit configuration of the eighth embodiment of the present invention. Explanation of the symbols Q1, Q2, Q3, Q4, Q1 ', Q2', Q3 ', Q4', Q12, Q13, Q14, Q15 ...
... Sense amplifier, Q5, Q6, Q7, Q5 ', Q6', Q7 ', Q16, Q17, Q1
8: Precharge circuit, Q8, Q9: Y gate, VP: Plate voltage terminal, CS: Storage capacitance, Q10, Q11: Memory cell switching transistor, PC: Precharge signal input terminal, VDP …… Precharge voltage, HVC …… VDD / 2
Voltage terminal, VDL: Data line charging voltage terminal, QP, QN, QP1, Q
P2, QN1, QN2 ...... Transistor for driving sense amplifier, VSS
… Ground voltage, AMP… Main amplifier, DIB… Din buffer, Dout… Information output terminal, Din… Information input terminal, W / R… Information input / output switching terminal.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中込 儀延 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 川尻 良樹 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 清男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平2−18784(JP,A) 特開 昭60−242585(JP,A) 特開 昭56−105389(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11C 11/407 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshinobu Nakagome 1-280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Yoshiki Kawajiri 1-280 Higashi-Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. In the Central Research Laboratory of the Works (72) Inventor Kiyoo Ito 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of the Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-2-18784 (JP, A) (JP, A) JP-A-56-105389 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G11C 11/407
Claims (6)
の交点に設けられた複数のメモリセルと、 前記複数のデータ線対のそれぞれに対応して設けられ、
対応するデータ線対の一方と他方との間に生ずるメモリ
セルからの信号電圧を所定電圧に増幅するための複数の
センスアンプと、 前記複数のセンスアンプを駆動するための共通駆動線対
と、 前記共通駆動線対のうちの一方に一端が接続される第1
容量と、 前記第1容量の他端を第1電圧に駆動するための第1駆
動手段を含み、 前記複数のセンスアンプの増幅動作期間中に、前記共通
駆動線対の一方と他方の間の電圧は、前記第1容量によ
り前記所定電圧よりも大きな電圧とされる期間を有する
ことを特徴とする半導体集積回路。A plurality of memory cells provided at predetermined intersections between a plurality of data line pairs and a plurality of word lines; and a plurality of memory cells provided corresponding to each of the plurality of data line pairs.
A plurality of sense amplifiers for amplifying a signal voltage from a memory cell generated between one and the other of the corresponding data line pairs to a predetermined voltage, a common drive line pair for driving the plurality of sense amplifiers, A first terminal having one end connected to one of the common drive line pairs;
And a first drive unit for driving the other end of the first capacitor to a first voltage, during the amplification operation period of the plurality of sense amplifiers, between the one and the other of the common drive line pair. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the voltage has a period in which the voltage is higher than the predetermined voltage by the first capacitor.
に一端が接続される第2容量と、 前記第2容量の他端を第2電圧に駆動するための第2駆
動手段とを更に含むことを特徴とする半導体集積回路。2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the semiconductor integrated circuit drives a second capacitor having one end connected to the other of the common drive line pair, and drives the other end of the second capacitor to a second voltage. And a second driving means for driving the semiconductor integrated circuit.
駆動線対の一方と他方の間の電圧は、前記第1容量の他
端を前記第1電圧に駆動し、前記第2容量の他端を前記
第2電圧に駆動することにより、前記所定電圧よりも大
きくされることを特徴とする半導体集積回路。3. The voltage between one and the other of the common drive line pair during the amplifying operation period of the plurality of sense amplifiers, the other end of the first capacitor being set to the first voltage. A semiconductor integrated circuit, which is driven to drive the other end of the second capacitor to the second voltage so as to be higher than the predetermined voltage.
が接続され、他端に前記所定電圧が供給されるスイッチ
手段を更に有し、 前記複数のワード線の一つが選択されて、前記メモリセ
ルの信号が対応するデータ線対に読み出されるときにお
いて、前記スイッチ手段は、所定期間導通されることに
より、前記共通駆動線対の一方を前記所定電圧へと充電
し、しかる後に、前記第1容量の他端を前記第1電圧に
駆動することにより、前記共通駆動線対の一方は前記所
定電圧よりも大きな電圧に駆動されることを特徴とする
半導体集積回路。4. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising switch means connected to one end of the common drive line pair and to supply the predetermined voltage to the other end. When one of the plurality of word lines is selected and a signal of the memory cell is read out to a corresponding data line pair, the switch means is turned on for a predetermined period, thereby causing one of the common drive line pair to be turned on. Is charged to the predetermined voltage, and thereafter, the other end of the first capacitor is driven to the first voltage, whereby one of the common drive line pairs is driven to a voltage higher than the predetermined voltage. A semiconductor integrated circuit characterized by the above-mentioned.
ャージ電位にプリチャージするための複数の第1プリチ
ャージ回路と、前記共通駆動線対を前記プリチャージ電
位にプリチャージするための第2プリチャージ回路とを
更に有し、 前記プリチャージ電位は前記所定電圧の1/2の電位であ
り、 前記メモリセルはダイナミック形メモリセルであること
を特徴とする半導体集積回路5. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the semiconductor integrated circuit includes a plurality of first precharge circuits for precharging the plurality of data line pairs to a precharge potential, and the common drive line. A second precharge circuit for precharging the pair to the precharge potential, wherein the precharge potential is a half of the predetermined voltage, and the memory cell is a dynamic memory cell Semiconductor integrated circuit characterized by the following:
複数のセンスアンプは、ゲートとドレインが交差結合さ
れてなるpチャンネル型MOSトランジスタ対と、ゲート
とドレインが交差結合されてなるnチャンネル型MOSト
ランジスタ対とをそれぞれに含むことを特徴とする半導
体集積回路。6. The plurality of sense amplifiers according to claim 1, wherein the plurality of sense amplifiers include a p-channel MOS transistor pair having a gate and a drain cross-coupled, and an n-channel MOS transistor having a gate and a drain cross-coupled. A semiconductor integrated circuit characterized by including a pair of type MOS transistors.
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