JP3825188B2 - 半導体装置及びプリチャージ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に半導体装置の書込み動作におけるプリチャージスキムに関する。
【0002】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ等のマルチメディアシステムの発展に伴って高速半導体メモリ装置に対する要求が一層増大している。また、最近、半導体設計技術及び製造技術の発展並びにシステムの原価節減に対する要求に応えてロジック半導体装置等と高速メモリ半導体装置を一つのチップに集積させるMML(Merged Memory with Logic)が開発されている。これにより、高速半導体メモリ装置に対する要求が更に増大しる。このため、半導体メモリ装置の動作速度を向上させるための種々の方法が試されている。
【0003】
半導体メモリ装置の動作速度を向上させるためには、データパス、即ち外部から印加されるデータをメモリセルに書込むための書込みデータパスとメモリセルに保持されているデータを外部へ読み出すための読み出しデータパスとにおいて信号の伝達速度を高速化する必要がある。
【0004】
図1は、従来の半導体メモリ装置のブロック図である。なお、図1には、データパスのみが示されている。図1に示すように、従来の半導体メモリ装置は、多数のメモリセル101(1つのみ図示)が接続されるビットライン対BL、/BLと、ビットライン感知増幅器103と、カラム選択ゲート105と、入出力ライン対I/O及び/I/Oと、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路107と、データ入力バッファ109と、入出力ライン感知増幅器111と、データ出力バッファ113とを備える。
【0005】
図2は、図1に示す従来の半導体メモリ装置の動作タイミング図である。CLKは外部から印加されるクロック、CASBはカラムアドレスストローブ信号、WEBは書込みイネーブル信号、CSLはカラム選択ゲート105を制御するカラム選択ライン、PIOPRは入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路107におけるプリチャージ回路部分を制御するプリチャージ制御信号、PDTは入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路107における入出力ラインドライバ部分をイネーブルするイネーブル信号である。
【0006】
図1及び図2に示すように、書込み動作及び読み出し動作中に入出力ライン対I/O、/I/Oは、プリチャージ制御信号PIOPRにより制御されるプリチャージ回路により、所定の時間の間だけ等化されると共にプリチャージされる。即ち、カラム選択ラインCSLがディスエーブルされた後に、プリチャージ制御信号PIOPRがイネーブルされ、これにより入出力ライン対I/O、/I/Oのプリチャージが開始される。そして、カラム選択ラインCSLがイネーブルされる前にプリチャージ制御信号PIOPRがディスエーブルされて、入出力ライン対I/O、/I/Oのプリチャージが終了する(t1区間、t2区間を参照)。
【0007】
書込み動作中のプリチャージ時間t1と読み出し中のプリチャージ時間t2は同一である。また、書込み動作中には、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路107の入出力ラインドライバ部分がイネーブル信号PDTによりイネーブルされて入出力ライン対I/O、/I/Oを駆動する。この際、イネーブル信号PDTは、プリチャージ制御信号PIOPRがディスエーブルされた後、即ちt1後にイネーブルされ、カラム選択ラインCSLが再びイネーブルされる前にディスエーブルされる。また、書込み時間twは、カラム選択ラインCSLがイネーブルされる時点で決定されるのではなく、イネーブル信号PDTがイネーブルされる時点、即ち入出力ラインドライバ107が動作する時点で決定される。
【0008】
前記のように動作タイミングが構成されることにより、読み出し動作時におけるプリチャージパスとビットライン感知増幅器103と間のDC電流パスの形成が防止され、書込み動作時におけるプリチャージパスと入出力ラインドライバ107との間のDC電流パスの形成が防止される。
【0009】
ところが、前述した従来の半導体メモリ装置では、書込み動作時にカラム選択ラインCSLがイネーブルされる直前で、入出力ラインドライバ107をイネーブルさせるためのイネーブル信号PDTがイネーブルされるので、ビットライン対BL、/BLと入出力ライン対I/O、/I/Oは略同時にデェベロープされる。従って、従来の半導体メモリ装置では、ビットライン対BL、/BLと入出力ライン対I/O、/I/Oの負荷により書込み時間が長くなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、例えば、メモリ装置やMMLのような半導体装置におけるプリチャージ方式を変更することにより書込み時間を短縮する半導体装置を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、例えば、メモリ装置やMMLのような半導体装置における書込み時間を短縮するためのプリチャージ方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、ビットライン対、入出力ライン対、プリチャージ回路、入出力ラインドライバと、プリチャージ制御回路とを備えることを特徴とする。
【0013】
前記ビットライン対には、データを書込んだり読み出したりするための多数のメモリセルが接続され、前記ビットライン対と前記入出力ライン対は、カラム選択ラインにより制御されるカラム選択ゲートを介して接続される。前記プリチャージ回路は、書込み動作及び読み出し動作時にプリチャージ信号に応答して前記入出力ライン対をプリチャージして等化させる。前記入出力ラインドライバは、書込み動作時に、イネーブル信号に応答して入力データを受けて前記入出力ライン対を駆動する。前記プリチャージ制御回路は、書込み動作時のプリチャージ及び等化時間が読み出し動作時のプリチャージ及び等化時間より短くなるようにするため、プリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号と前記イネーブル信号とに応答して前記プリチャージ信号を発生して、前記イネーブル信号は、前記プリチャージ制御信号がディスエーブルされる時間の所定時間前にイネーブルされる。前記プリチャージ制御回路は、前記プリチャージ制御信号と前記イネーブル信号との論理積を演算して前記プリチャージ信号を発生する論理積手段を有する。
【0014】
前記他の目的を達成するため、本発明に係るプリチャージ方法は、多数のメモリセルが接続されるビットライン対と、カラム選択ゲートを通じて前記ビットライン対と接続される入出力ライン対と、書込み動作及び読み出し動作時にプリチャージ信号に応答して前記入出力ライン対をプリチャージして等化させるプリチャージ回路と、イネーブル信号に応答して入力データを受けて前記入出力ライン対を駆動する入出力ラインドライバとを備える半導体装置のプリチャージ方法において、書込み動作及び読み出し動作時にプリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号を発生する段階と、前記プリチャージ制御信号がディスエーブルされる前にイネーブルされ、前記プリチャージ制御信号がイネーブルされる時にディスエーブルされる信号を前記イネーブル信号として発生する段階と、前記プリチャージ制御信号と前記イネーブル信号との論理積を演算して前記プリチャージ信号を発生する段階とを有することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る半導体装置の構成及び動作とその回路で実行されるプリチャージ方法を添付図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
図3は、本発明の好適な実施の形態に係る半導体装置のブロック図である。なお、図3には、データパス、即ち外部から印加されるデータをメモリセルに書込むための書込みデータパスとメモリセルに保持されたデータを外部へ読み出すための読み出しデータパスのみが示されている。
【0017】
図3に示すように、本発明の好適な実施の形態に係る半導体装置は、多数のメモリセル301(1個のみを図示)と、ワードラインWLと、ビットライン対BL、/BLと、ビットライン感知増幅器303と、カラム選択ゲート305と、入出力ライン対I/O、/I/Oと、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307と、データ入力バッファ309と、プリチャージ制御回路311と、入出力ライン感知増幅器313と、出力バッファ315とを備える。
【0018】
ビットライン対BL、/BLには、データを書き込んだり読み出したりするための多数のメモリセル301が接続されており、ビットライン対BL、/BLと入出力ライン対I/O、/I/Oに対して、カラム選択ラインCSLにより制御されるカラム選択ゲート305を介して接続されている。
【0019】
入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307のプリチャージ回路は、書込み動作及び読み出し動作時に、プリチャージ信号及びこの反転信号S、/Sに応答して入出力ライン対I/O、/I/Oをプリチャージして等化させる。前記入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307の入出力ラインドライバは、書込み動作時のイネーブル信号PDTに応答して入力データDATA、/DATAを受けて入出力ライン対I/O、/I/Oを駆動する。
【0020】
プリチャージ制御回路311は、書込み動作時のプリチャージ及び等化時間が読み出し動作時のプリチャージ及び等化時間より短くなるようにするため、プリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号PIOPRとイネーブル信号PDTに応答して、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307のプリチャージ回路を制御するプリチャージ信号S、/Sを発生する。イネーブル信号PDTは、プリチャージ制御信号PIOPRがディスエーブルされる時間より所定時間前にイネーブルされる。
【0021】
データ入力バッファ309は、書込み動作時に外部から印加されるデータDinをバッファリングして入力データDATA、/DATAを出力する。ビットライン感知増幅器303は、読み出し動作時にメモリセル301からビットラインBLに伝達された微細な電圧を感知し増幅し、入出力ライン感知増幅器313は、メモリセル301からビットライン対BL、/BLを経て入出力ライン対I/O、/I/Oに伝達されたデータを感知し増幅する。データ出力バッファ315は、入出力ライン感知増幅器313の出力をバッファリングして外部へ出力する。
【0022】
図4は、図3に示す入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307とプリチャージ制御回路311の詳細な回路図である。図4に示すように、この入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307のプリチャージ回路401は、入出力ライン対I/O、/I/O間に直列に接続され、接続ノードに電源電圧VDDが印加され、各々のゲートにプリチャージ信号Sが印加されるNMOSトランジスタ401a,401bと、入出力ライン対I/O、/I/O間に接続され、ゲートにプリチャージ信号Sが印加されるNMOSトランジスタ401cと、入出力ライン対I/O、/I/O間に接続され、ゲートにプリチャージ信号Sの反転信号/Sが印加されるPMOSトランジスタ401dとで構成される。
【0023】
入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307の入出力ラインドライバ403は、ノアゲート403c,403e,403h,403jと、インバータ403b,403g,403kと、PMOSトランジスタ403a,403fと、NMOSトランジスタ403d,403iをで構成される。なお、この回路は、必要に応じて他の論理ゲートで構成することができる。
【0024】
入出力ラインドライバ403は、書込み動作時において、入出力ラインドライバ403をイネーブルさせるイネーブル信号PDTに応答して入力データDATA、/DATAを受けて入出力ライン対I/O、/I/Oを駆動する。
【0025】
プリチャージ制御回路311は、プリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号PIOPRとイネーブル信号PDTとの論理積を演算してプリチャージ信号Sを発生する論理積手段と、プリチャージ信号Sを反転して反転信号Sを発生する反転手段とを有する。図4には、プリチャージ制御信号PIOPRを反転させるインバータ405cと、インバータ405cの出力とイネーブル信号PDTとを入力としてプリチャージ信号Sを発生するノアゲート405bと、プリチャージ信号Sを反転させて反転信号/Sを発生するインバータ405aとによる構成例が示されている。なお、この回路は、必要に応じて他の論理ゲートで構成することもできる。イネーブル信号PDTは、プリチャージ制御信号PIOPRがディスエーブルされる時間の所定時間前にイネーブルされる。
【0026】
図5は、図3に示す半導体装置の動作タイミング図である。以下、図5に示す動作タイミング図を参照しながら図3に示す半導体装置の動作とプリチャージ方法を説明する。
【0027】
先ず書込み動作に関して説明する。外部から印加されるカラムアドレスストローブ信号CASBと、書込みイネーブル信号WEBが論理”ロー”にイネーブルされた状態で、外部から印加されるクロックCLKが論理”ハイ”になると、カラム選択ラインCSLが論理”ロー”にディスエーブルされると共にプリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号PIOPRが論理”ハイ”にイネーブルされる。
【0028】
この時、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307の入出力ラインドライバをイネーブルさせるイネーブル信号PDTは論理”ロー”を維持している。従って、プリチャージ制御回路311によりプリチャージ信号Sが論理”ハイ”にイネーブルされて、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307のプリチャージ回路が入出力ライン対I/O、/I/Oをプリチャージして等化を開始する。
【0029】
その後、所定の時間t3が経過した後、プリチャージ制御信号PIOPRがディスエーブルされる所定時間前にイネーブル信号PDTが論理”ハイ”にイネーブルされ、これによりプリチャージ信号Sが論理”ロー”にディスエーブルされて入出力ライン対I/O、/I/Oのプリチャージ及び等化動作が終了する。
【0030】
ここで、イネーブル信号PDTが論理”ハイ”にイネーブルされると、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307の入出力ラインドライバが動作を開始し、入力データDATA、/DATAを受けて入出力ライン対I/O、/I/Oを駆動する。これにより入出力ライン対I/O、/I/Oがデェベロープされて始める。そして、所定時間の経過後にカラム選択ラインCSLがイネーブルされると、入出力ライン対I/O、/I/Oのデータがビットライン対BL、/BLを介してメモリセル301に書込まれる。
【0031】
読み出し動作は書込み動作と反対のパスで動作する。読み出し動作では、イネーブル信号PDTが論理”ロー”にディスエーブルされた状態を維持するため、プリチャージ信号Sは、プリチャージ制御信号PIOPRが論理”ハイ”にイネーブルされる期間t4の間、論理”ハイ”にイネーブルされる。
【0032】
本発明の好適な実施の形態によれば、書込み動作時のプリチャージ時間t3が読み出し動作時のプリチャージ時間t4より短く、また、入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路307の入出力ラインドライバをアクティブ状態にするためのイネーブル信号PDTのイネーブル時点も早い。従って、書込み動作の際は、短い時間で入出力ライン対I/O、/I/Oがプリチャージされ、また、入出力ライン対I/O、/I/Oが十分にデェベロープされた後にカラム選択ラインCSLがイネーブルされるので、カラム選択ラインCSLが印加されるカラム選択ゲート305のVds(ドレインとソースとの間の電圧)が十分に大きくなり、ビットライン対BL、/BLへのデータの伝達が速くなる。即ち、この実施の形態によれば、書込み時間を短縮することができる。
【0033】
上記の説明は本発明の実施の形態に過ぎず、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で様々な変形を許容するものである。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、書込み時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の半導体メモリ装置のブロック図である。
【図2】図1に示す従来の半導体メモリ装置の動作タイミング図である。
【図3】本発明の好適な実施の形態に係る半導体装置のブロック図である。
【図4】図3に示す入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路、並びにプリチャージ制御回路の詳細な回路図である。
【図5】図3に示す半導体装置の動作タイミング図である。
【符号の説明】
101,301 メモリセル
103,303 ビットライン感知増幅器
105,305 カラム選択ゲート
107,307 入出力ラインドライバ及びプリチャージ回路
109,309 データ入力バッファ
111,313 入出力ライン感知増幅器
113,315 データ出力バッファ
311 プリチャージ制御回路
401 プリチャージ回路
401a,401b,401c,403d,403i NMOSトランジスタ
401d,403a,403f PMOSトランジスタ
403 入出力ラインドライバ
403b,403g,403k,405c インバータ
403c,403e,403h,403j ノアゲート
BL,/BL ビットライン対
DATA,/DATA 入力データ
Din 外部から印加されるデータ
I/O,/I/O 入出力ライン対
S,/S プリチャージ信号
t1,t2,t3,t4 プリチャージ時間
CASB カラムアドレスストローブ信号
CLK クロック
CSL カラム選択ライン
PIOPR プリチャージ制御信号
PDT イネーブル信号
VDD 電源電圧
Vds ドレインとソース間の電圧
WEB 書込みイネーブル信号
WL ワードライン
Claims (4)
- 多数のメモリセルが接続されるビットライン対と、
カラム選択ゲートを通じて前記ビットライン対と接続される入出力ライン対と、
書込み動作及び読出し動作時においてプリチャージ信号がイネーブルである間に前記入出力ライン対をプリチャージして等化させるプリチャージ回路と、
書込み動作時に書込みイネーブル信号に応答して入力データを受けて前記入出力ライン対を駆動する入出力ラインドライバと、
書込み動作時のプリチャージ及び等化時間が読出し動作時のプリチャージ及び等化時間より短くなるように、プリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号と前記書込みイネーブル信号とに応答して前記プリチャージ信号を発生するプリチャージ制御回路と、
を備え、前記プリチャージ制御回路は、前記プリチャージ制御信号のイネーブルに応じて前記プリチャージ信号をイネーブルさせ、前記書込みイネーブル信号のイネーブルに応じて前記プリチャージ信号をディスエーブルさせ、前記書込みイネーブル信号は、前記プリチャージ制御信号がディスエーブルされる時間より所定時間前にイネーブルされることを特徴とする半導体装置。 - 書込み動作時に、外部から印加されるデータをバッファリングして前記入力データを出力するデータ入力バッファと、
読出し動作時に、選択されたメモリセルから前記ビットライン対を介して前記入出力ライン対に伝達される出力データを感知増幅する入出力ライン感知増幅器と、
前記入出力ライン感知増幅器の出力をバッファリングして外部へ出力するデータ出力バッファと、
をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記プリチャージ制御回路は、
前記プリチャージ制御信号を反転させるインバータと、
前記インバータの出力及び前記書込みイネーブル信号を入力として前記プリチャージ信号を発生するNORゲートと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 多数のメモリセルが接続されるビットライン対と、カラム選択ゲートを通じて前記ビットライン対と接続される入出力ライン対と、書込み動作及び読出し動作時においてプリチャージ信号がイネーブルである間に前記入出力ライン対をプリチャージして等化させるプリチャージ回路と、書込みイネーブル信号に応答して入力データを受けて前記入出力ライン対を駆動する入出力ラインドライバとを備える半導体装置のプリチャージ方法において、
書込み動作及び読出し動作時にプリチャージ動作の開始を指示するプリチャージ制御信号を発生する段階と、
前記プリチャージ制御信号がディスエーブルされる前にイネーブルされ、前記プリチャージ制御信号がイネーブルされる時にディスエーブルされる信号を前記書込みイネーブル信号として発生する段階と、
前記プリチャージ制御信号のイネーブルに応じて前記プリチャージ信号をイネーブルさせ、前記書込みイネーブル信号のイネーブルに応じて前記プリチャージ信号をディスエーブルさせる段階と、
を有することを特徴とする半導体装置のプリチャージ方法。
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