JP4358116B2 - Semiconductor memory device and method for controlling semiconductor memory device - Google Patents
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Description
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体記憶装置およびその制御方法に関し、特にビット線のイコライズ動作についての改善を図った半導体記憶装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ダイナミックランダムアクセスメモリ(以下、DRAMと略記する)等の半導体記憶装置には、2つのメモリブロックで1つのセンスアンプ群を共有するシェアードセンスアンプ方式が使用されるものがある。この場合、選択されないメモリブロック内のビット線とセンスアンプとを分離するために、ビット線分離ゲート(BT)が備えられている。
【0003】
第10図は、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。ビット線BLZと相補ビット線BLXとの間にはセンスアンプS/Aが接続され、各々隣接するメモリブロックBLK1、BLK2によって共有されている。分離ゲートBTL、BTRは各々対応するメモリブロックBLK1、BLK2とセンスアンプS/Aとの間に接続され、対応する分離ゲート制御信号sbltlxおよびsbltrxに応答して、導通/非導通を行なう。なお、ビット線のイコライズは、センスアンプ側に備えられたイコライズ回路150により行われる。
【0004】
ここで、第10図に示す代替センスアンプS/AsをセンスアンプS/Aに代えて用いる場合もある。前述のセンスアンプS/Aでは、センスアンプ活性線PSAに内部降圧電圧Vccが供給されると共に、センスアンプ活性線NSAに接地電圧Vssが供給されて、センスアンプS/Aがアクティブ状態とされる構造である。一方代替センスアンプS/Asでは、トランジスタTr9にローレベルの代替センスアンプ活性信号LEX、トランジスタTr10にハイレベルの代替センスアンプ活性信号LEZが入力された時に、代替センスアンプS/AsにVccおよびVssが供給されアクティブ状態とされる構造である。
【0005】
第11図は、セルフリフレッシュ動作を示すタイミングチャートである。セルフリフレッシュイネーブル信号SREFEの“ハイ”レベル(アクティブ)に応じてセルフリフレッシュ動作が行われる。ブロックBLK1をセルフリフレッシュする期間中は、制御信号sbltlxを“ハイ”レベルに維持して、分離ゲートBTLを導通状態とし、ブロックBLK1内のビット線BLLZ、BLLXとセンスアンプS/Aが接続されるビット線BLZ、BLXとを接続し続ける。その期間、内部RAS信号である/RASの“ロー”レベル遷移に応答してワード線swl0、swl1、…を順次活性化して、ビット線BLLZ、BLLXをリストアすると共に、/RASの“ハイ”レベル遷移に応答してワード線swl0、swl1、…を非活性にしてビット線BLLZ、BLLXをイコライズする。
【0006】
また非選択ブロックBLK2側の分離ゲートBTRは、/RASが“ハイ”レベルの期間ごとに、すなわち、BLK1のビット線がイコライズされる期間ごとに、制御信号sbltrxが“ハイ”レベルとされて分離ゲートBTRが導通状態とされる。これにより、非選択ブロックBLK2のビット線BLRZ、BLRXは、ビット線BLZ、BLXに接続されてイコライズされる。逆にブロックBLK2をセルフリフレッシュする時は、ブロックBLK1に対して同様のイコライズ制御が行われる。以下同様の動作をそれぞれのブロックに対して行うことにより、全てのメモリセルに対してセルフリフレッシュが完了する。
【0007】
一方、特許文献1、2に開示されるように、第12図に示す制御では、選択ブロック側メモリセルのリフレッシュ期間中において、非選択ブロック側の分離ゲートの制御信号を常に“ロー”レベルに保つ。このため、センスアンプS/Aと非選択ブロック側のビット線とは選択ブロックのイコライズ期間中も接続されない。選択ブロックのイコライズごとに、非選択ブロックが接続される第11図の場合とは異なり、非選択ブロックに接続されている分離ゲートのスイッチング動作が行われることはなく充放電電流の低減が図られる。
【0008】
特許文献3、4に開示される半導体記憶装置では、ビット線分離ゲートでセンスアンプと区切られたメモリブロックごとに、ビット線イコライズ回路が備えられている。よって、非選択メモリブロックとセンスアンプとの間のビット線が非導通状態とされている期間においても、非選択メモリブロックに備えられたビット線イコライズ回路を用いてイコライズ動作が行われるため、ビット線電位のフローティング状態に伴う電位のずれを防止することができる。
【0009】
また第10図においては、ビット線イコライズ制御信号BRSと、センスアンプ活性線PSA/NSAのイコライズ制御信号BRSSとは、共に昇圧電圧Vppと接地電圧Vssとの間で制御される。外部電源電圧Vddから昇圧された昇圧電圧Vppで駆動することによりイコライズトランジスタの駆動能力を高め、イコライズ時間の短縮化を図っている。
【0010】
また、近年の半導体記憶装置においては、センスアンプによるリストア動作の高速化または蓄積電荷に対する感度の向上を図るため、ビット線長を短く構成する場合がある。これによりビット線の配線容量が小さくなり、リストア時の消費電流の低減と共に、イコライズ時間の短縮が図られる。
【0011】
なお、先行技術文献を以下に示す。
【特許文献1】
特開平9−161477号公報
【特許文献2】
特開平10−222977号公報
【特許文献3】
特開平8−153391号公報
【特許文献4】
特開平9−45879号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
課題として、第1に非選択ブロックのビット線分離ゲートの制御に関する問題、第二にイコライズ制御に関する問題が挙げられる。
【0013】
ビット線分離ゲートの制御に関する問題を述べる。第10図、第11図において、メモリブロックBLK1をセルフリフレッシュ動作の選択ブロックとする場合には、/RASがハイレベルとなるイコライズ動作の期間ごとに、非選択ブロックBLK2側の分離ゲートBTRの制御信号sbltrxがハイレベルとなる。よって分離ゲートBTRのスイッチング動作がイコライズ期間ごとに繰り返し行われるため、充放電電流が増大し問題である。
【0014】
また、ビット線分離ゲートでセンスアンプと区切られたメモリブロックごとにビット線イコライズ回路が備えられている半導体記憶装置では、第12図に示すように非選択ブロックの分離ゲートを非導通状態に維持するとしても、非選択ブロックのビット線電位がフローティング状態になり電位がずれてしまうことはない。しかし第10図のイコライズ回路150の様に、センスアンプにイコライズ回路が備えられる回路構成に比して、メモリブロックごとにビット線イコライズ回路が備えられている回路構成では構成素子数が増加する。多数のビット線を備えている半導体記憶装置においては、ビット線イコライズ回路の構成素子増加によるチップ占有面積の増大は問題である。
【0015】
次にイコライズ制御に関する問題を述べる。第10図の回路において、ビット線イコライズ制御信号BRSおよびセンスアンプ活性線PSA/NSAのイコライズ制御信号BRSSの駆動振幅による消費電流の低減、および昇圧電圧Vppを発生する昇圧回路(不図示)での消費電流の低減を図るため、駆動振幅を昇圧電圧Vppと接地電圧Vss間から、内部降圧電圧Vccと接地電圧Vss間へ変更することも考えられる。しかしながらこの場合第13図に示す様に、イコライズトランジスタの駆動能力が不足し、センスアンプ活性線PSAとNSAとの間、ビット線BLZとBLXとの間のイコライズ終了時間がT1からT2へ延びてしまうおそれがある。その結果、サイクルタイム内にイコライズ動作が完了せず、データの破壊が発生してしまうおそれがあり問題である。またデータの破壊を発生させないためには、イコライズ速度の低下に合わせてサイクルタイムの仕様を緩和することが必要であるが、アクセス動作速度が低下し問題である。
【0016】
そこで、ビット線長を短くすることで配線容量を低容量化してイコライズ速度を高速化する場合を考える。この場合センスアンプ活性線PSA、NSAの配線容量は不変であるため、第14図に示すように、センスアンプ活性線PSA、NSA間と、ビット線BLZ、BLX間とのイコライズ動作の時間差が生じて、センスアンプのトランジスタを介してショートの異常電流が流れるおそれがある。センスアンプトランジスタのソース端子電圧であるセンスアンプ活性線PSA、NSAの電圧レベルに比して、ゲート端子電圧であるビット線BLZ、BLXの電圧レベルが、しきい値電圧以上離れてしまう期間があるからである。その結果、消費電流の低減が図れず問題である。
【0017】
また第10図において、センスアンプS/Aに代えて、代替センスアンプS/Asを用いる場合の問題点を述べる。メモリブロックBLK1が選択ブロックとされた場合に、メモリブロックBLK1内のビット線BLLZ、BLLXのイコライズ終了時間と、センスアンプの接続されたビット線BLZ、BLXのイコライズ終了時間との間に時間差が生じる場合がある。
【0018】
ビット線BLLZ、BLLXは分離ゲートBTLを介してイコライズが行われる。また、分離ゲートBTLは、デバイスの集積化上の要請からトランジスタサイズが制限される場合があり、オン抵抗の影響により、分離ゲートを介したイコライズに時間がかかる場合がある。そして、最も遅いイコライズ時間に合わせてサイクルタイムの仕様が決定されるため、イコライズ時間差が存在すると、半導体記憶装置の本来の性能を発揮することが難しくなり問題である。
【0019】
本発明は前記従来技術の課題の少なくとも1つを解消するためになされたものであり、通常のアクセス動作速度およびチップ面積を維持しながら、低消費電流でビット線のイコライズ動作が可能な半導体記憶装置、およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
前記目的を達成するためになされた第1の発明に係る半導体記憶装置では、選択されるワード線に応じて第1ビット線に記憶情報が読み出される、第1メモリブロックと、選択されるワード線に応じて第2ビット線に記憶情報が読み出される、第2メモリブロックと、第1ビット線および第2ビット線ごとに共用されるセンスアンプとを備える半導体記憶装置において、第1ビット線とセンスアンプとの接続・分離の制御を行う第1分離ゲートと、第2ビット線とセンスアンプとの接続・分離の制御を行う第2分離ゲートと、第1ビット線と第2ビット線をイコライズするイコライズ部と、第1分離ゲートを活性化するための信号を、第2メモリブロックにおいて連続して選択されるk本のワード線を識別するリフレッシュアドレスが所定の論理組み合わせとなることと、イコライズ期間であることを示すリセット信号と、に基づいて生成する制御回路を備えている。
【0021】
第1の発明に係る半導体記憶装置では、第1分離ゲートを活性化するための信号は、第2メモリブロックにおいて連続して選択されるk本のワード線を識別するリフレッシュアドレスが所定の論理組み合わせとなることと、イコライズ期間であることを示すリセット信号と、に基づいて、制御回路において生成される。
【0022】
また、第1の発明に係る半導体記憶装置の制御方法では、第2メモリブロックに対してアクセス動作が行われる際、第2ビット線について、ワード線選択に引き続くリストア動作と、その後のイコライズ動作が連続して繰り返し行われる選択ブロックリフレッシュステップと、第2メモリブロックにおいて、連続して選択されるk本のワード線を識別するリフレッシュアドレスが所定の論理組み合わせとなることとイコライズ期間であることを示すリセット信号とに基づいて第1ビット線とセンスアンプとを接続状態とする非選択ブロックイコライズステップとを有する。
【0023】
これにより、非選択ブロックの第1分離ゲートのスイッチング回数を減少させることにより、スイッチング動作による充放電電流の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、ビット線分離ゲートの制御方法、イコライズ回路の制御方法、イコライズ回路の配置および回路構成を適宜に組み合わせることにより、通常のアクセス動作時における動作速度およびチップ面積を維持しながら、低消費電流動作が可能な半導体記憶装置、および半導体記憶装置の制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、本発明の半導体記憶装置、およびその制御方法について具体化した実施形態を第1図乃至第9図に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0032】
第1図は、第1実施形態の半導体記憶装置について、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。非選択メモリブロックの分離ゲートの制御、およびビット線のイコライズ制御に関する実施形態である。
【0033】
最初にビット線分離ゲートの制御方法について説明する。シェアードセンスアンプ方式では、選択されないメモリブロック内のビット線とセンスアンプが繋がるビット線とを分離するために、ビット線分離ゲートが備えられている。分離ゲートBTLは、メモリブロックBLK1のビット線BLLZ、BLLXとセンスアンプS/Aに接続されるビット線BLZ、BLXとを接続する。同様に分離ゲートBTRは、ビット線BLRZ、BLRXとビット線BLZ、BLXとを接続する。ここで、ビット線分離ゲートBTL−BTR間に挟まれたビット線BLZ、BLXを内側ビット線部と、ビット線BLLZ、BLLXおよびBLRZ、BLRXを外側ビット線部と呼ぶ場合があるとする。
【0034】
BLT生成回路103にはメモリブロックを識別するアドレスAdd、ビット線分離ゲートを制御する信号BTおよびn/k活性制御信号φが入力され、出力としてビット線分離ゲート制御信号sbltlxおよびsbltrxが出力される。分離ゲートBTL、BTRは、NMOSトランジスタで構成されており、ハイレベルのビット線分離ゲート制御信号sbltlxおよびsbltrxが分離ゲートに入力された時に導通状態とされ、ローレベルのビット線分離ゲート制御信号が入力された時に非導通状態とされる。
【0035】
メモリセルへのアクセス前の段階には、ビット線BLX−BLZ間、BLLZ−BLLX間およびBLRZ−BLRX間をショートしてイコライズ電圧Vprに初期化しておく必要があり、これをビット線のイコライズ動作という。また、センスアンプ活性線PSA−NSA間も同様にイコライズ電圧Vprに初期化しておく必要があり、これをセンスアンプ活性線PSA、NSAのイコライズ動作という。
【0036】
ビット線BLXおよびBLZは、ビット線分離ゲートによりメモリブロックBLK1、BLK2と分離されている。そのビット線BLZおよびBLXにビット線イコライズ回路107は備えられており、NMOSトランジスタTr6乃至Tr8で構成されている。ビット線BLZ−BLX間はトランジスタTr6を介して接続されており、イコライズ電圧VprはトランジスタTr7、Tr8を介してビット線BLZおよびBLXへ接続されている。トランジスタTr6乃至Tr8のゲートには、ビット線イコライズ制御信号BRSが接続されている。
【0037】
ここで、内側ビット線部に備えられるイコライズ回路を内側イコライズ部、外側ビット線部に備えられるイコライズ回路を外側イコライズ部と呼ぶ場合があるとする。
【0038】
PSA/NSAイコライズ回路111はNMOSトランジスタTr3乃至Tr5で構成され、その回路構成はビット線イコライズ回路107と同様である。そしてトランジスタTr3乃至Tr5のゲートには、PSA/NSA線イコライズ制御信号BRSSが接続されている。
【0039】
EQ生成回路108の出力であるイコライズ制御信号EQは、インバータゲート109および110を介して、PSA/NSAイコライズ回路111およびビット線イコライズ回路107へ入力される。またLE生成回路115からはセンスアンプ活性信号LEがNMOSトランジスタTr2に入力され、インバータゲートにより反転された/LEがPMOSトランジスタTr1へ入力される。
【0040】
EQ生成回路108から、ローレベルのイコライズ制御信号EQがインバータゲート109、110へ入力されると、インバータゲート109からは昇圧電圧VppのハイレベルのPSA/NSA線イコライズ制御信号BRSSが、インバータゲート110からは昇圧電圧Vppまたは内部降圧電圧Vccのハイレベルのビット線イコライズ制御信号BRSが出力される。ハイレベルのビット線イコライズ制御信号BRSがビット線イコライズ回路107へ入力されると、NMOSトランジスタTr6が導通しビット線BLXとBLZがショートされると同時に、NMOSトランジスタTr7、Tr8が導通しビット線BLXとBLZがイコライズ電圧Vprへ充電されることでビット線が初期化される。また同様に、ハイレベルのPSA/NSA線イコライズ制御信号BRSSが、PSA/NSAイコライズ回路111へ入力されると、センスアンプ活性線PSA、NSAがイコライズ電圧Vprへ初期化される。
【0041】
メモリブロックBLK1が選択される場合、ワード線swl0…のうちのいずれか1本の選択されたワード線に接続されているメモリセルの電荷(情報)を、ビット線BLLZまたはBLLXに伝達する。このとき、ビット線BLLZおよびBLLX間の電圧差は微小なため、センスアンプS/Aにより差動増幅する必要がある。センスアンプにはセンスアンプ活性線PSA、NSAが接続されており、それぞれトランジスタTr1およびTr2を介して内部降圧電圧Vccおよび接地電圧Vssに接続されている。
【0042】
ワード線swl0…のうちのいずれか1本の選択されたワード線により選択されるメモリセルの電荷を、センスアンプS/Aにより差動増幅して読み出すために、まず分離ゲートBTLが導通状態、分離ゲートBTRが非導通状態にされる。次に、LE生成回路115からハイレベルのセンスアンプ活性信号LEが出力され、トランジスタTr1、Tr2が導通状態とされる。これによりセンスアンプ活性線PSAへ内部降圧電圧Vccが供給されると共に、センスアンプ活性線NSAへ接地電圧Vssが供給されて、センスアンプS/Aがアクティブ状態にされる。
【0043】
そしてビット線BLLZ、BLLXのリストア後には、LE生成回路115からローレベルのセンスアンプ活性信号LEが出力され、トランジスタTr1、Tr2が非導通状態とされる。また、選択されたワード線が非活性にされてからビット線BLZ−BLX間、およびセンスアンプ活性線PSA−NSA間のイコライズが前記イコライズ制御信号EQのローレベルによって行なわれ、次のメモリセル電荷の読み出し準備が完了する。この時、非選択のメモリブロックBLK2におけるビット線BLRZ−BLRXもイコライズ電圧Vprに維持されていることが必要である。
【0044】
第2図は、非選択メモリブロックの分離ゲートの制御回路である。第3図は、第2図の分離ゲートの制御回路を第1図に適用する場合のタイミングチャートである。
【0045】
第1図においてブロックBLK1が選択され、セルフリフレッシュ動作が行なわれる際、ワード線swl0…が、その間にビット線BLLZおよびBLLXのイコライズ動作を挟んで、順次活性化される。n/k活性制御信号φは、k回のビット線イコライズ動作のうちn回(n≦k−1)について、非選択ブロックBLK2側のビット線分離ゲートBTRを活性化させて、ビット線BLRZ、BLRXのイコライズを行う制御信号である。ブロックBLK1のワード線swl0…は、「m本目ワード線の活性化→ビット線BLLZとBLLXとのイコライズ→m+1本目のワード線の活性化→ビット線BLLZとBLLXとのイコライズ…」という様に、ワード線の活性化とイコライズを繰り返しながら順次活性化されていく。そのなかで、k/n本のワード線が活性化される度に、その直後のビット線のイコライズ期間で、分離ゲートBTRが導通される。ブロックBLK2が選択されリフレッシュ動作を行うときは上記と逆の動作を行う。すなわち、ブロックBLK2のk/n本のワード線が活性化される度に、その直後のビット線のイコライズ期間で、分離ゲートBTLが導通される。
【0046】
第2図において、n/k活性制御信号φの生成制御回路を示す。第2図の構成例では、各々分離ゲート121、BT制御回路123、論理部124を具備する。第2図では、n=k/23の場合を示しており、8本のワード線の活性化ごとに分離ゲート121が導通する構成例である。BT制御回路123からローレベルのn/k活性制御信号φがビット線分離ゲート121に入力された時に、分離ゲート121は非導通状態とされ、ハイレベルのn/k活性制御信号φがビット線分離ゲート121に入力された時に、分離ゲート121は導通状態とされる。
【0047】
BT制御回路123にはラッチ回路125が具備され、その両ノードN1、N2にはNMOSトランジスタが接地電圧Vssとの間に接続されている。ノードN1側のNMOSにはセット信号setが、ノードN2側の直列接続のNMOSにはリセット信号rstと制御信号norstxが入力される。信号φがローレベルとなるのはセット信号setがハイレベルとなりノードN1が接地電圧Vssとされた時であり、選択メモリブロックでのアクセス動作時である。非選択ブロックへの分離ゲートは非導通となる。一方φ信号がハイレベルとなるのは、リセット信号rstおよび制御信号norstxの両者がハイレベルとなりノードN2が接地電圧Vssとされた時である。この時は、選択メモリブロックでのビット線イコライズ動作時であり、かつ、後述の論理部124での制御条件に合致したタイミングである。その時、非選択ブロックへの分離ゲート121は導通状態となる。
【0048】
また論理部124のナンドゲート126からは下位3ビットのリフレッシュアドレスrfaz1乃至rfaz3の論理積が反転して出力される。またノアゲート127からは、リフレッシュ動作制御信号RENとナンドゲート126の出力信号との論理和が反転されて制御信号norstxが出力される。
【0049】
リフレッシュ動作制御信号RENはリフレッシュ動作中はローレベルである。この動作状態で、リフレッシュアドレスrfaz1乃至rfaz3がすべてハイレベルの時のみノアゲート127からハイレベルの制御信号norstxが出力される。つまりリフレッシュアドレスが遷移していく8回のうち1回のみ論理部124の出力はハイレベルとされる。
【0050】
論理部124の制御信号norstxは、BT制御回路123に入力される。リセット信号rstは選択メモリブロックでのイコライズ期間ごとにハイレベルとされるが、制御信号norstxは前述の通り8回のイコライズ期間のうち1回しかハイレベルにされないため、φ信号も8回中1回しかハイレベルとされない。よって、8回のイコライズ動作につき1回だけ分離ゲート121が導通状態とされる。
【0051】
また論理部124に代えて論理部128が用いられる場合もある。論理部128にはエッジ検出回路129が備えられ、リフレッシュ動作制御信号RENおよびリフレッシュアドレスrfaz4が入力される。リフレッシュ動作制御信号RENはリフレッシュ動作中はローレベルであり、このときエッジ検出回路129が動作状態となる。
【0052】
リフレッシュアドレスrfaz4は、リフレッシュアドレスrfaz1乃至rfaz3に対して1ビット上位のアドレスであり、rfaz1乃至rfaz3のすべての論理組み合わせ毎に、ハイレベルからローレベルまたはローレベルからハイレベルへと状態が遷移する。この状態の遷移に応じてエッジ検出回路129からはハイレベルのパルス波が出力され、制御信号norstxとしてBT制御回路123へ入力される。リセット信号rstおよび制御信号norstxの両者がハイレベルとなりノードN2が接地電圧Vssとされた時、n/k活性制御信号φがハイレベルとされ、分離ゲート121が導通状態とされる。よって、論理部128が用いられた場合も、8回のイコライズ動作につき1回だけ分離ゲート121が導通状態とされる。
【0053】
このように、分離ゲートの制御にリフレッシュアドレスを用いることで、新たに専用のタイミング信号を入力または生成する必要がなくなる。
【0054】
第3図にタイミングチャートを示す。セルフリフレッシュイネーブル信号SREFEの“ハイ”レベル(アクティブ)に応じてセルフリフレッシュ動作が行われる。ブロックBLK1がセルフリフレッシュされる期間中は、制御信号sbltlxが“ハイ”レベルに維持され、分離ゲートBTLは導通状態とされ、ブロックBLK1のビット線BLLZ、BLLXとビット線BLZ、BLXとが接続され続ける。その期間、/RASの“ロー”レベル遷移に応答してワード線swl0…が順次活性化されてメモリセルにアクセスされ、BLLZ、BLLXをリストアすると共に、/RASの“ハイ”レベル遷移に応答してワード線swl0…が順次非活性とされてビット線BLLZ、BLLXがイコライズされる。
【0055】
連続する8本のワード線についての活性化が終了するごとに、その後のイコライズ期間において、ビット線分離ゲート制御信号sbltrxが1回“ハイ”レベルとされて、分離ゲートBTRが導通状態とされ、ビット線BLRZ、BLRXがビット線BLZ、BLXに接続される。そして、選択ブロックBLK1のビット線BLLZ、BLLXがイコライズされると共に、非選択ブロックBLK2のビット線BLRZ、BLRXもイコライズされる。
【0056】
選択ブロックBLK1のイコライズ期間ごとに、非選択ブロックBLK2側の分離ゲートの制御信号sbltrxが“ハイ”レベルとされる第11図の従来技術に比して、第3図に示す第1実施形態では、非選択ブロックの分離ゲートのスイッチング回数を1/8に減少させることにより、スイッチング動作による充放電電流の低減が図られることが分かる。
【0057】
また第3図に示す第1実施形態の分離ゲートの制御方式を用いれば、メモリブロックBLK1、BLK2の両者にビット線イコライズ回路を備えることをせずに、第1図の様にセンスアンプS/A側にビット線イコライズ回路を備える回路構成であっても、ビット線電位のフローティングによる問題を解決できる。よってチップ面積の増大を抑えつつ低消費電流動作により、ビット線電位のフローティングの問題を解決することが可能である。
【0058】
もちろん、分離ゲートの活性制御信号φの活性化頻度は、第1実施形態で用いた1/8の値に限らず、各々の半導体記憶装置に応じて適宜に最適化が可能であることは言うまでもない。
【0059】
そして、第2図の論理部124のナンドゲート126および論理部128のエッジ検出回路129に入力されるアドレスは、リフレッシュアドレスに限らず、例えばバースト動作等の連続アクセス時のアドレスも使用可能である。この時、ノアゲート127およびエッジ検出回路129に入力される信号はリフレッシュ動作制御信号RENに代えて、連続アクセス制御信号等となる。
【0060】
次に第1実施形態において、イコライズ回路の制御方法について説明する。
【0061】
ビット線イコライズ回路107を制御する制御信号BRSの電圧と、PSA/NSAイコライズ回路111を制御する制御信号BRSSの電圧とを、各々のイコライズすべき配線容量に応じて設定すれば、ビット線BLZ−BLX間と、センスアンプ活性線PSA−NSA間とのイコライズ時間差の発生を抑えられる。
【0062】
第1図において、センスアンプ活性線PSA/NSAのイコライズ制御信号BRSSを出力するインバータゲート109には電圧レベル変換機能が備えられており、内部降圧電圧Vccは昇圧電圧Vppに変換されて供給されている。一方、ビット線イコライズ制御信号BRSを出力するインバータゲート110では、電圧レベル変換されずに内部降圧電圧Vccが供給されている。
【0063】
ビット線長を短くする一方で、センスアンプ活性線PSA、NSAの線長は不変であるため、ビット線の配線容量は低下し、センスアンプ活性線の配線容量は不変となる。そのため、ビット線およびセンスアンプ活性線のイコライズ時間がビット線長の変更前後で変わらないようにする場合、ビット線イコライズ回路107に用いられるトランジスタの駆動能力に比して、PSA/NSAイコライズ回路111に用いられるトランジスタの駆動能力を高くしなければならない。
【0064】
第1実施形態では、PSA/NSA線イコライズ制御信号BRSSに昇圧電圧Vppを用い、ビット線イコライズ制御信号BRSに内部降圧電圧Vccを用いている。その結果、第4図の実線部に示す様に、第一の効果としてビット線BLZ−BLX間のイコライズ時間と、センスアンプ活性線PSA−NSA間のイコライズ時間との時間差を縮小することができる。BLZ−BLX間とPSA−NSA間とが同等なタイミングでイコライズされることにより、イコライズに伴うセンスアンプS/A内のショートの異常電流を防止することができ電流消費が削減できる。第二の効果として、制御信号BRSに昇圧電圧Vppではなく内部降圧電圧Vccを用いることで、BLZ−BLX間およびPSA−NSA間のイコライズ時間が増大することなく、昇圧電圧Vppによるイコライズ回路のトランジスタの駆動消費電流が削減できる。加えて、昇圧回路(不図示)の消費電流も削減できる。
【0065】
もちろん、ビット線の配線容量がセンスアンプ活性線の配線容量よりも増大する等の理由により、BLZ−BLX間とPSA−NSA間とのイコライズ時間差の関係が逆転した場合には、制御信号BRSに用いる電圧を内部降圧電圧Vccから昇圧電圧Vppへ、制御信号BRSSに用いる電圧を昇圧電圧Vppから内部降圧電圧Vccへ変更することにより、イコライズ時間差の縮小と電流消費の削減について同様の効果が得られる。
【0066】
またイコライズ回路107、111を駆動する電源電圧の値は、本具体例で用いた昇圧電圧Vpp、内部降圧電圧Vccに限らない。例えば、各々の半導体記憶装置に応じて、外部電圧Vdd、昇圧電圧Vppおよび内部降圧電圧Vccの任意の適宜な組み合わせを用いて、イコライズ回路107、111を駆動することが可能である。
【0067】
さらに、第1実施形態で使用した分離ゲートの制御方法と、イコライズ回路の制御方法を合わせて実施すれば、メモリセル面積の増大とアクセス動作速度低下を抑えつつ、さらに低消費電流化を図ることができる。
【0068】
第5図の第2実施形態では、第1図に示す第1実施形態のビット線イコライズ回路107に代えて、2つのビット線イコライズ回路132、133を備え、それぞれビット線BLLZとBLLXとの間、ビット線BLRZとBLRXとの間に接続されている。BRS生成回路131にはイコライズ制御信号EQが入力され、電圧変換されたビット線イコライズ制御信号BRSL、BRSRが出力され、それぞれビット線イコライズ回路132、133に入力される。ビット線イコライズ回路132、133の構成および動作は、イコライズ回路107(第1図)と同様である。非選択メモリブロックのビット線分離ゲートを非導通状態に維持する場合でも、ビット線電位のフローティングによるデータの破壊のおそれ等の問題を解決できる回路構成である。
【0069】
そして第5図の回路構成においても、第1実施形態のイコライズ回路の制御方法を用いて第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。すなわち、ビット線BLLZ、BLLX、BLRZ、BLRXのビット線長を従来よりも短く構成した場合、PSA/NSA線イコライズ制御信号BRSSに昇圧電圧Vppを用い、ビット線イコライズ制御信号BRSLおよびBRSRに内部降圧電圧Vccを用いればよい。
【0070】
これにより、両者のイコライズ時間の時間差が縮小されて、イコライズに伴うセンスアンプS/A内のショートの異常電流を防止することができ、電流消費が削減できる。加えてイコライズ制御信号BRSLおよびBRSRに内部降圧電圧Vccを用いることで、ビット線およびセンスアンプ活性線のイコライズ時間が増大することなく、昇圧電圧Vppによるイコライズ回路のトランジスタの駆動消費電流が削減できる。加えて昇圧回路(不図示)の消費電流も削減できる。また、ビット線の配線容量がセンスアンプ活性線の配線容量よりも大きい場合には、制御信号BRSLおよびBRSRに用いる電圧を内部降圧電圧Vccから昇圧電圧Vppへ、PSA/NSA線イコライズ制御信号BRSSに用いる電圧を昇圧電圧Vppから内部降圧電圧Vccへ変更すれば、同様の効果が得られる。
【0071】
第6図の第3実施形態では、第5図に示す第2実施形態のビット線イコライズ回路132、133に代えて、3つのビット線イコライズ回路134、135、136が使用され、それぞれビット線BLLZとBLLXとの間、ビット線BLZとBLXとの間、ビット線BLRZとBLRXとの間に接続されている。またそれぞれビット線イコライズ制御信号BRSL、BRS、BRSRが入力されている。ビット線イコライズ回路134、135、136の構成および動作はイコライズ回路107(第1図)と同様である。非選択メモリブロックのビット線分離ゲートを非導通状態に維持する場合でも、ビット線電位のフローティングによるデータの破壊のおそれ等の問題を解決できる回路構成である。
【0072】
第6図の回路構成においても、第1実施形態のイコライズ回路の制御方法を用いて第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。すなわち、ビット線BLLZ、BLLX、およびBLRZ、BLRXのビット線長を従来よりも短く構成した場合、制御信号BRSSに昇圧電圧Vppを用い、制御信号BRS、BRSLおよびBRSRに内部内部降圧電圧Vccを用いればよい。
【0073】
これにより、両者のイコライズ時間の時間差が縮小されて、イコライズに伴うセンスアンプS/A内のショートの異常電流を防止することができ電流消費が削減できる。加えて、ビット線およびセンスアンプ活性線のイコライズ時間が増大することなく、昇圧電圧Vppによるイコライズ回路のトランジスタの駆動消費電流および昇圧回路の消費電流が削減できる。また、ビット線の配線容量がセンスアンプ活性線の配線容量より大きい場合には、ビット線イコライズ制御信号BRS、BRSLおよびBRSRに昇圧電圧Vpp、制御信号BRSSに内部降圧電圧Vccを用いれば、同様の効果が得られる。
【0074】
第7図の第4実施形態では、第6図の第3実施形態のビット線イコライズ回路に代えて、3つのビット線イコライズ回路137、138、139を使用し、それぞれビット線BLLZとBLLXとの間、ビット線BLZとBLXとの間、ビット線BLRZとBLRXとの間に接続されている。またそれぞれビット線イコライズ制御信号BRSL、BRS、BRSRが接続されている。ビット線イコライズ回路137、139は2素子のNMOSトランジスタから構成され、イコライズ電圧Vprをビット線へ供給する機能を持つ。またイコライズ回路138は1素子のNMOSトランジスタから構成され、ビット線BLZとBLXとをショートさせる機能を持つ。
【0075】
この回路構成では、非選択メモリブロックのビット線分離ゲートを非導通状態に維持する場合でも、ビット線電位のフローティングによるデータの破壊のおそれ等が生じない。加えて、ビット線イコライズに用いるトランジスタ素子数を第2、第3実施形態(第5、6図)に比べ減少させることが可能であり、チップ面積の低減を図ることができる。すなわち第2実施形態(第5図)ではビット線イコライズ回路132および133において6素子必要であり、第3実施形態(第6図)ではビット線イコライズ回路134、135および136において9素子必要であるのに対し、第7図ではビット線イコライズ回路137、138、139中の合計5素子で回路構成が可能である。そして第7図の回路においても、第1実施形態のイコライズ回路の制御方法を用いて第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【0076】
第8図の第5実施形態では、第7図の第4実施形態のビット線イコライズ回路137,138,139に代えて3つのイコライズ回路140、141、142が備えられ、それぞれビット線BLLZとBLLXとの間、ビット線BLZとBLXとの間、ビット線BLRZとBLRXとの間に接続されている。またそれぞれビット線イコライズ制御信号BRSL、BRS、BRSRが入力されている。イコライズ回路141と第7図のイコライズ回路137および139とは同一回路構成であり、イコライズ回路140および142と第7図のイコライズ回路138とは同一回路構成である。
【0077】
この回路構成では、イコライズ回路140乃至142において、合計4トランジスタ素子で回路構成が可能である。一方、第7図の第4実施形態におけるイコライズ回路137乃至139では、合計5素子が必要である。よって第4実施形態のイコライズ回路に比して、第5実施形態の回路では更にチップ面積の低減が図れる。
【0078】
そして第5実施形態の回路においても、第4実施例(第7図)で述べたように、第1実施形態のイコライズ回路の制御方法を用いて第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、第1実施形態(第1図)と同様に、非選択ブロック側のビット線のフローティングを防止するため、さらに分離ゲートの制御方法を合わせて用いることが好ましい。
【0079】
第6実施形態では、第3乃至第5実施形態(第6図乃至第8図)において、センスアンプS/Aに代えて、代替センスアンプS/Asが用いられた場合を説明する。代替センスアンプS/Asは、センスアンプ制御信号LEXおよびLEZにそれぞれローレベルおよびハイレベルの信号が入力された時に、代替センスアンプS/Asに内部降圧電圧Vccと接地電圧Vssが供給されて、アクティブ状態となる構成である。また配線容量の違いにより、選択メモリブロック内の外側ビット線対BLLZ−BLLX、BLRZ−BLRXがイコライズ終了する時間と、代替センスアンプの接続された内側ビット線対BLZ−BLXがイコライズ終了する時間とに時間差が生じる場合がある。そうするとイコライズ時間がより長い方に律速されて、半導体記憶装置の本来の動作性能を実現できない。
【0080】
第3実施形態の第6図において、メモリブロックBLK1内のビット線BLLZ、BLLX、およびメモリブロックBLK2内のビット線BLRZ、BLRXの線長を従来よりも短く構成することにより、代替センスアンプS/Asが接続されたビット線BLZ、BLXの配線容量に比して、メモリブロック内ビット線の配線容量が小さい場合を考える。この時、ビット線イコライズ回路134の制御信号線BRSLおよびイコライズ回路135の制御信号線BRSには、共に内部降圧電圧Vccが使用されるとすると、第9図に示すように、ビット線BLLZ−BLLX間のイコライズ時間と、ビット線BLZ−BLX間のイコライズ時間とを比較してBLLZ−BLLX間のイコライズ時間の方が速くなる。
【0081】
そこで、イコライズ回路134の制御信号BRSLには内部降圧電圧Vccが使用され、イコライズ回路135の制御信号BRSには昇圧電圧Vppが使用される、といった異なる電圧で制御すれば、前記の両ビット線のイコライズの時間差が縮小される。すなわち第9図において、BLZ−BLX間のイコライズ時間が短縮化(第9図中波線部から実線部へ短縮)されることによって、両ビット線のイコライズの時間差が縮小される。もちろんメモリブロックBLK2が選択された時は、制御信号BRSRに内部降圧電圧Vcc、制御信号BRSに昇圧電圧Vppが使用されれば同様の効果が得られる。
【0082】
もちろん、代替センスアンプS/Asが接続されたビット線BLZ、BLXの配線容量に比して、メモリブロック内のビット線BLLZ、BLLXの配線容量が増大する等の理由により、BLZ−BLX間とBLLZ−BLLX間とのイコライズ時間差の関係が逆転した場合には、制御信号BRSに用いる電圧を昇圧電圧Vppから内部降圧電圧Vccへ、制御信号BRSLに用いる電圧を内部降圧電圧Vccから昇圧電圧Vppへ変更して前記のイコライズ時間差を縮小させることにより、同様の効果が得られる。またイコライズ回路を駆動する電源電圧の値は、第6実施形態で用いた昇圧電圧Vpp、内部降圧電圧Vccに限らない。例えば、各々の半導体記憶装置に応じて、外部電圧Vdd、昇圧電圧Vppおよび内部降圧電圧Vccの任意の適宜な組み合わせを用いて、イコライズ回路を駆動することが可能である。
【0083】
そして、第4実施形態(第7図)、第5実施形態(第8図)においても、第6実施形態に示した制御方法で代替センスアンプS/Asを用いたイコライズ回路を使用することができる。
【0084】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。ビット線分離ゲートの制御方法、ビット線およびセンスアンプ活性線イコライズ回路の制御方法、イコライズ回路の配置および回路構成はそれぞれ適宜に組み合わせができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0085】
【図1】第1実施形態の半導体記憶装置について、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。
【図2】本第1実施形態での非選択メモリブロックの分離ゲートの制御回路図である。
【図3】第1実施形態の半導体記憶装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図4】第1実施形態のビット線間のイコライズ時間と、センスアンプ活性線間のイコライズ時間との関係を示す図である。
【図5】第2実施形態の半導体記憶装置について、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。
【図6】第3実施形態の半導体記憶装置について、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。
【図7】第4実施形態の半導体記憶装置について、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。
【図8】第5実施形態の半導体記憶装置について、シェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。
【図9】第6実施形態の内側ビット線間のイコライズ時間と、外側ビット線間のイコライズ時間との関係を示す図である。
【図10】従来技術のシェアードセンスアンプ方式の一部を示す図である。
【図11】従来技術の半導体記憶装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図12】従来技術の半導体記憶装置の動作を表す第二のタイミングチャートである。
【図13】従来技術のビット線間のイコライズ時間と、センスアンプ活性線間のイコライズ時間との関係を示す図である。
【図14】従来技術のビット線間のイコライズ時間と、センスアンプ活性線間のイコライズ時間との関係を示す第二の図である。【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a semiconductor memory device and a control method therefor, and more particularly to a semiconductor memory device and a control method therefor that improve bit line equalization operations.
[Background]
[0002]
Some semiconductor memory devices such as a dynamic random access memory (hereinafter abbreviated as DRAM) use a shared sense amplifier system in which two memory blocks share one sense amplifier group. In this case, a bit line isolation gate (BT) is provided in order to separate the bit line in the unselected memory block from the sense amplifier.
[0003]
FIG. 10 is a diagram showing a part of the shared sense amplifier system. A sense amplifier S / A is connected between the bit line BLZ and the complementary bit line BLX and is shared by the adjacent memory blocks BLK1 and BLK2. Isolation gates BTL and BTR are connected between corresponding memory blocks BLK1 and BLK2 and sense amplifier S / A, respectively, and conduct / non-conduct in response to corresponding isolation gate control signals sbltlx and sbltrx. Note that the equalization of the bit lines is performed by an
[0004]
Here, the alternative sense amplifier S / As shown in FIG. 10 may be used in place of the sense amplifier S / A. In the sense amplifier S / A described above, the internal step-down voltage Vcc is supplied to the sense amplifier active line PSA and the ground voltage Vss is supplied to the sense amplifier active line NSA, so that the sense amplifier S / A is activated. It is a structure. On the other hand, in the alternative sense amplifier S / As, when the low level alternative sense amplifier activation signal LEX is input to the transistor Tr9 and the high level alternative sense amplifier activation signal LEZ is input to the transistor Tr10, Vcc and Vss are supplied to the alternative sense amplifier S / As. Is supplied and activated.
[0005]
FIG. 11 is a timing chart showing the self-refresh operation. A self-refresh operation is performed in response to the “high” level (active) of the self-refresh enable signal SREFE. During the period of self-refreshing the block BLK1, the control signal sbltlx is maintained at the “high” level, the isolation gate BTL is turned on, and the bit lines BLLZ and BLLX in the block BLK1 are connected to the sense amplifier S / A. The bit lines BLZ and BLX are kept connected. During that period, the word lines swl0, swl1,... Are sequentially activated in response to the transition of the internal RAS signal / RAS to the low level, the bit lines BLLZ and BLLX are restored, and the high level of / RAS is restored. In response to the transition, the word lines swl0, swl1,... Are deactivated to equalize the bit lines BLLZ and BLLX.
[0006]
Further, the separation gate BTR on the non-selected block BLK2 side is separated by setting the control signal sbltrx to the “high” level every period when / RAS is “high” level, that is, every period when the bit line of BLK1 is equalized. Gate BTR is turned on. As a result, the bit lines BLRZ and BLRX of the non-selected block BLK2 are connected to the bit lines BLZ and BLX and equalized. Conversely, when self-refreshing the block BLK2, the same equalization control is performed on the block BLK1. Thereafter, the same operation is performed on each block, whereby the self-refresh is completed for all the memory cells.
[0007]
On the other hand, as disclosed in
[0008]
In the semiconductor memory devices disclosed in Patent Documents 3 and 4, a bit line equalize circuit is provided for each memory block separated from the sense amplifier by a bit line isolation gate. Therefore, even during the period when the bit line between the non-selected memory block and the sense amplifier is in a non-conductive state, the equalize operation is performed using the bit line equalize circuit provided in the non-selected memory block. It is possible to prevent a potential shift caused by the floating state of the line potential.
[0009]
In FIG. 10, both the bit line equalization control signal BRS and the equalization control signal BRSS of the sense amplifier activation line PSA / NSA are controlled between the boosted voltage Vpp and the ground voltage Vss. By driving with the boosted voltage Vpp boosted from the external power supply voltage Vdd, the drive capability of the equalizing transistor is enhanced, and the equalizing time is shortened.
[0010]
In recent semiconductor memory devices, the bit line length may be shortened in order to increase the speed of the restore operation by the sense amplifier or improve the sensitivity to the accumulated charge. As a result, the wiring capacity of the bit line is reduced, and the current consumption at the time of restoration is reduced and the equalization time is shortened.
[0011]
Prior art documents are shown below.
[Patent Document 1]
JP-A-9-161477
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-222977
[Patent Document 3]
JP-A-8-153391
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-45879
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0012]
The first problem is a problem related to the control of the bit line isolation gate of the non-selected block, and the second problem is related to the equalization control.
[0013]
Problems related to the control of the bit line isolation gate will be described. 10 and 11, when the memory block BLK1 is a selected block for the self-refresh operation, the control of the separation gate BTR on the non-selected block BLK2 side is performed every period of the equalizing operation when / RAS is at a high level. The signal sbltrx becomes high level. Therefore, since the switching operation of the separation gate BTR is repeatedly performed every equalization period, the charge / discharge current increases, which is a problem.
[0014]
In a semiconductor memory device having a bit line equalize circuit for each memory block separated from the sense amplifier by the bit line isolation gate, the isolation gate of the non-selected block is kept nonconductive as shown in FIG. Even then, the bit line potential of the non-selected block is in a floating state and the potential does not shift. However, as compared with the circuit configuration in which the sense amplifier is provided with the equalize circuit as in the equalize
[0015]
Next, problems related to equalization control will be described. In the circuit of FIG. 10, the current consumption is reduced by the drive amplitude of the bit line equalize control signal BRS and the equalize control signal BRSS of the sense amplifier activation line PSA / NSA, and the booster circuit (not shown) for generating the boosted voltage Vpp. In order to reduce current consumption, it is conceivable to change the drive amplitude from between the boosted voltage Vpp and the ground voltage Vss to between the internal step-down voltage Vcc and the ground voltage Vss. However, in this case, as shown in FIG. 13, the drive capability of the equalize transistor is insufficient, and the equalization end time between the sense amplifier active lines PSA and NSA and between the bit lines BLZ and BLX extends from T1 to T2. There is a risk that. As a result, the equalizing operation is not completed within the cycle time, and there is a possibility that data destruction may occur. Further, in order not to cause data destruction, it is necessary to relax the specification of the cycle time in accordance with the decrease in the equalization speed, but this is a problem because the access operation speed decreases.
[0016]
Therefore, a case is considered in which the wiring capacity is reduced by shortening the bit line length to increase the equalization speed. In this case, since the wiring capacities of the sense amplifier active lines PSA and NSA are not changed, as shown in FIG. 14, there is a time difference in the equalizing operation between the sense amplifier active lines PSA and NSA and between the bit lines BLZ and BLX. Therefore, a short abnormal current may flow through the transistor of the sense amplifier. There is a period in which the voltage levels of the bit lines BLZ and BLX, which are gate terminal voltages, are more than the threshold voltage compared to the voltage levels of the sense amplifier active lines PSA and NSA which are source terminal voltages of the sense amplifier transistors. Because. As a result, current consumption cannot be reduced, which is a problem.
[0017]
Further, in FIG. 10, problems in the case where an alternative sense amplifier S / As is used instead of the sense amplifier S / A will be described. When the memory block BLK1 is a selected block, there is a time difference between the equalization end time of the bit lines BLLZ and BLLX in the memory block BLK1 and the equalization end time of the bit lines BLZ and BLX to which the sense amplifier is connected. There is a case.
[0018]
The bit lines BLLZ and BLLX are equalized via the separation gate BTL. In addition, the transistor size of the isolation gate BTL may be limited due to requirements for device integration, and it may take time to equalize via the isolation gate due to the influence of the on-resistance. Since the specification of the cycle time is determined in accordance with the latest equalization time, if there is a difference in equalization time, it is difficult to demonstrate the original performance of the semiconductor memory device.
[0019]
The present invention has been made to solve at least one of the problems of the prior art, and a semiconductor memory capable of equalizing bit lines with low current consumption while maintaining a normal access operation speed and chip area. An object of the present invention is to provide an apparatus and a control method thereof.
[Means for Solving the Problems]
[0020]
In the semiconductor memory device according to the first aspect of the invention made to achieve the above object, the memory information is read out to the first bit line according to the selected word line, and the selected word line In a semiconductor memory device including a second memory block from which stored information is read in response to the second bit line and a sense amplifier shared by the first bit line and the second bit line, the first bit line and the sense A first isolation gate that controls connection / separation with the amplifier, a second isolation gate that controls connection / separation between the second bit line and the sense amplifier, and the first bit line and the second bit line are equalized. A signal for activating the equalizing unit and the first isolation gate is identified for k word lines that are successively selected in the second memory block. refresh A control circuit is provided that generates based on a predetermined logical combination of addresses and a reset signal indicating an equalization period.
[0021]
In the semiconductor memory device according to the first invention, the signal for activating the first isolation gate identifies k word lines that are successively selected in the second memory block. refresh The address is generated in the control circuit based on a predetermined logical combination of addresses and a reset signal indicating an equalization period.
[0022]
In the method for controlling a semiconductor memory device according to the first aspect of the invention, when an access operation is performed on the second memory block, a restore operation following the word line selection is performed for the second bit line. And so Selection block where subsequent equalization is repeated continuously refresh Steps and k word lines selected in succession in the second memory block are identified. refresh And a non-selected block equalizing step for connecting the first bit line and the sense amplifier based on a reset signal indicating that the address has a predetermined logical combination and an equalizing period.
[0023]
Thereby, the charge / discharge current by the switching operation can be reduced by reducing the number of times of switching of the first isolation gate of the non-selected block.
【The invention's effect】
[0030]
According to the present invention, by appropriately combining the control method of the bit line isolation gate, the control method of the equalize circuit, the arrangement and circuit configuration of the equalize circuit, while maintaining the operation speed and the chip area during the normal access operation, It is possible to provide a semiconductor memory device capable of operating with low current consumption and a method for controlling the semiconductor memory device.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0031]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a semiconductor memory device and a control method therefor according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. 1 to 9 and with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is a diagram showing a part of a shared sense amplifier system in the semiconductor memory device of the first embodiment. This is an embodiment relating to control of an isolation gate of an unselected memory block and equalization control of a bit line.
[0033]
First, a method for controlling the bit line isolation gate will be described. In the shared sense amplifier system, a bit line isolation gate is provided in order to separate a bit line in an unselected memory block from a bit line connected to the sense amplifier. The isolation gate BTL connects the bit lines BLLZ and BLLX of the memory block BLK1 and the bit lines BLZ and BLX connected to the sense amplifier S / A. Similarly, the isolation gate BTR connects the bit lines BLRZ and BLRX to the bit lines BLZ and BLX. Here, the bit lines BLZ and BLX sandwiched between the bit line isolation gates BTL and BTR may be referred to as an inner bit line portion, and the bit lines BLLZ, BLLX and BLRZ and BLRX may be referred to as an outer bit line portion.
[0034]
The
[0035]
Before the access to the memory cell, it is necessary to short-circuit between the bit lines BLX and BLZ, between BLLZ and BLLX, and between BLRZ and BLRX and initialize them to the equalize voltage Vpr. That's it. Similarly, it is necessary to initialize between the sense amplifier active lines PSA and NSA to the equalize voltage Vpr, which is called an equalize operation of the sense amplifier active lines PSA and NSA.
[0036]
Bit lines BLX and BLZ are separated from memory blocks BLK1 and BLK2 by a bit line isolation gate. The bit line equalize
[0037]
Here, the equalize circuit provided in the inner bit line portion may be referred to as an inner equalize portion, and the equalize circuit provided in the outer bit line portion may be referred to as an outer equalize portion.
[0038]
The PSA / NSA equalize
[0039]
The equalization control signal EQ, which is the output of the
[0040]
When the low level equalization control signal EQ is input from the
[0041]
When the memory block BLK1 is selected, the charge (information) of the memory cell connected to any one of the word lines swl0... Is transmitted to the bit line BLLZ or BLLX. At this time, since the voltage difference between the bit lines BLLZ and BLLX is minute, it is necessary to perform differential amplification by the sense amplifier S / A. Sense amplifier active lines PSA and NSA are connected to the sense amplifier, and are connected to the internal step-down voltage Vcc and the ground voltage Vss through transistors Tr1 and Tr2, respectively.
[0042]
In order to read out the charge of the memory cell selected by one selected word line of the word lines swl0... By differential amplification by the sense amplifier S / A, first, the isolation gate BTL is in a conductive state. Isolation gate BTR is turned off. Next, a high level sense amplifier activation signal LE is output from the
[0043]
After restoration of the bit lines BLLZ and BLLX, a low level sense amplifier activation signal LE is output from the
[0044]
FIG. 2 shows a control circuit for the separation gate of the non-selected memory block. FIG. 3 is a timing chart when the control circuit for the separation gate of FIG. 2 is applied to FIG.
[0045]
In FIG. 1, when the block BLK1 is selected and the self-refresh operation is performed, the word lines swl0... Are sequentially activated with the equalization operation of the bit lines BLLZ and BLLX between them. The n / k activation control signal φ activates the bit line isolation gate BTR on the non-selected block BLK2 side for n times (n ≦ k−1) of the k bit line equalization operations, and the bit line BLRZ, This is a control signal for equalizing BLRX. The word line swl0 of the block BLK1 is “m-th word line activation → equalization of bit lines BLLZ and BLLX → m + 1th activation of word line → equalization of bit lines BLLZ and BLLX”. The word lines are sequentially activated while being repeatedly activated and equalized. Among them, every time k / n word lines are activated, the isolation gate BTR is turned on in the equalizing period of the bit line immediately after that. When the block BLK2 is selected and the refresh operation is performed, the operation opposite to the above is performed. That is, every time k / n word lines in the block BLK2 are activated, the isolation gate BTL is turned on in the equalizing period of the bit line immediately after that.
[0046]
FIG. 2 shows a generation control circuit for the n / k activation control signal φ. The configuration example of FIG. 2 includes an
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
The refresh operation control signal REN is at a low level during the refresh operation. In this operation state, the NOR
[0050]
The control signal norstx of the
[0051]
Further, the
[0052]
The refresh address rfaz4 is an address one bit higher than the refresh addresses rfaz1 to rfaz3, and the state transitions from the high level to the low level or from the low level to the high level for every logical combination of the rfaz1 to rfaz3. In response to this state transition, a high-level pulse wave is output from the
[0053]
In this way, by using the refresh address for controlling the separation gate, it is not necessary to newly input or generate a dedicated timing signal.
[0054]
FIG. 3 shows a timing chart. A self-refresh operation is performed in response to the “high” level (active) of the self-refresh enable signal SREFE. During the period in which the block BLK1 is self-refreshed, the control signal sbltlx is maintained at the “high” level, the isolation gate BTL is turned on, and the bit lines BLLZ and BLLX of the block BLK1 are connected to the bit lines BLZ and BLX. to continue. During that period, in response to the / RAS "low" level transition, the word lines swl0... Are sequentially activated to access the memory cells, restore BLLZ and BLLX, and respond to the / RAS "high" level transition. The word lines swl0... Are sequentially deactivated and the bit lines BLLZ and BLLX are equalized.
[0055]
Each time activation for eight consecutive word lines is completed, in the subsequent equalization period, the bit line isolation gate control signal sbltrx is set to “high” level once, and the isolation gate BTR is made conductive. Bit lines BLRZ and BLRX are connected to bit lines BLZ and BLX. Then, the bit lines BLLZ and BLLX of the selected block BLK1 are equalized, and the bit lines BLRZ and BLRX of the non-selected block BLK2 are also equalized.
[0056]
In the first embodiment shown in FIG. 3, the control signal sbltrx of the separation gate on the non-selected block BLK2 side is set to the “high” level for each equalizing period of the selected block BLK1 in the first embodiment shown in FIG. It can be seen that the charge / discharge current can be reduced by the switching operation by reducing the number of switching of the separation gate of the non-selected block to 1/8.
[0057]
If the control method of the separation gate of the first embodiment shown in FIG. 3 is used, the sense amplifier S / S as shown in FIG. 1 can be provided without providing the bit lines equalizing circuit in both of the memory blocks BLK1 and BLK2. Even a circuit configuration having a bit line equalize circuit on the A side can solve the problem caused by floating of the bit line potential. Therefore, the problem of floating of the bit line potential can be solved by the low current consumption operation while suppressing the increase of the chip area.
[0058]
Of course, the activation frequency of the activation control signal φ of the isolation gate is not limited to the value of 8 used in the first embodiment, and it is needless to say that it can be appropriately optimized according to each semiconductor memory device. Yes.
[0059]
The addresses input to the
[0060]
Next, a control method for the equalize circuit in the first embodiment will be described.
[0061]
If the voltage of the control signal BRS for controlling the bit
[0062]
In FIG. 1, an
[0063]
While shortening the bit line length, the line lengths of the sense amplifier active lines PSA and NSA are not changed, so that the wiring capacity of the bit line is lowered and the wiring capacity of the sense amplifier active line is not changed. Therefore, when the equalizing time of the bit line and the sense amplifier active line is not changed before and after the change of the bit line length, the PSA /
[0064]
In the first embodiment, the boosted voltage Vpp is used for the PSA / NSA line equalize control signal BRSS, and the internal step-down voltage Vcc is used for the bit line equalize control signal BRS. As a result, as shown by the solid line portion in FIG. 4, as a first effect, the time difference between the equalization time between the bit lines BLZ and BLX and the equalization time between the sense amplifier active lines PSA and NSA can be reduced. . By equalizing BLZ-BLX and PSA-NSA at the same timing, it is possible to prevent a short-circuit abnormal current in the sense amplifier S / A due to equalization and reduce current consumption. As a second effect, by using the internal step-down voltage Vcc instead of the step-up voltage Vpp as the control signal BRS, the equalization circuit transistor using the step-up voltage Vpp is not increased without increasing the equalization time between BLZ and BLX and between PSA and NSA. Drive current consumption can be reduced. In addition, the current consumption of the booster circuit (not shown) can be reduced.
[0065]
Of course, when the relationship of the equalization time difference between BLZ-BLX and PSA-NSA is reversed due to the fact that the wiring capacity of the bit line is larger than the wiring capacity of the sense amplifier active line, the control signal BRS By changing the voltage to be used from the internal step-down voltage Vcc to the boosted voltage Vpp and the voltage to be used for the control signal BRSS from the boosted voltage Vpp to the internal step-down voltage Vcc, the same effect can be obtained in reducing the equalization time difference and reducing current consumption. .
[0066]
The value of the power supply voltage for driving the equalize
[0067]
Furthermore, if the control method of the isolation gate used in the first embodiment and the control method of the equalize circuit are combined, it is possible to further reduce the current consumption while suppressing an increase in memory cell area and a decrease in access operation speed. Can do.
[0068]
In the second embodiment shown in FIG. 5, two bit line equalize
[0069]
Also in the circuit configuration of FIG. 5, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by using the control method of the equalizing circuit of the first embodiment. That is, when the bit line lengths of the bit lines BLLZ, BLLX, BLRZ, and BLRX are configured shorter than before, the boost voltage Vpp is used for the PSA / NSA line equalize control signal BRSS, and the internal voltage is decreased for the bit line equalize control signals BRSL and BRSR. The voltage Vcc may be used.
[0070]
As a result, the time difference between the equalization times of both is reduced, so that an abnormal current short-circuited in the sense amplifier S / A due to equalization can be prevented, and current consumption can be reduced. In addition, by using internal step-down voltage Vcc for equalize control signals BRSL and BRSR, the drive current consumption of the transistors of the equalize circuit by boosted voltage Vpp can be reduced without increasing the equalization time of the bit line and the sense amplifier active line. In addition, the current consumption of the booster circuit (not shown) can be reduced. When the bit line wiring capacity is larger than the sense amplifier active line wiring capacity, the voltage used for control signals BRSL and BRSR is changed from internal step-down voltage Vcc to step-up voltage Vpp, and to PSA / NSA line equalization control signal BRSS. If the voltage to be used is changed from the boosted voltage Vpp to the internal step-down voltage Vcc, the same effect can be obtained.
[0071]
In the third embodiment of FIG. 6, three bit line equalize
[0072]
Also in the circuit configuration of FIG. 6, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment by using the equalizing circuit control method of the first embodiment. That is, when the bit lines BLLZ, BLLX, and BLRZ, BLRX are configured to have a bit line length shorter than the conventional one, the boost voltage Vpp is used for the control signal BRSS, and the internal internal step-down voltage Vcc is used for the control signals BRS, BRSL, and BRSR. That's fine.
[0073]
As a result, the time difference between the equalization times of the two is reduced, so that an abnormal current short-circuited in the sense amplifier S / A due to equalization can be prevented, and current consumption can be reduced. In addition, the driving current consumption of the transistors of the equalizing circuit and the current consumption of the boosting circuit by the boosted voltage Vpp can be reduced without increasing the equalizing time of the bit line and the sense amplifier active line. If the bit line wiring capacity is larger than the sense amplifier active line wiring capacity, the same effect can be obtained by using the boosted voltage Vpp for the bit line equalization control signals BRS, BRSL and BRSR and the internal step-down voltage Vcc for the control signal BRSS. An effect is obtained.
[0074]
In the fourth embodiment of FIG. 7, three bit line equalize
[0075]
In this circuit configuration, even when the bit line isolation gate of the non-selected memory block is maintained in a non-conductive state, there is no possibility of data destruction due to floating of the bit line potential. In addition, the number of transistor elements used for bit line equalization can be reduced as compared with the second and third embodiments (FIGS. 5 and 6), and the chip area can be reduced. That is, in the second embodiment (FIG. 5), six elements are required in the bit line equalize
[0076]
In the fifth embodiment of FIG. 8, three equalize
[0077]
With this circuit configuration, the equalizing
[0078]
Also in the circuit of the fifth embodiment, as described in the fourth example (FIG. 7), the same effect as that of the first embodiment can be obtained by using the control method of the equalizing circuit of the first embodiment. Is possible. Further, as in the first embodiment (FIG. 1), it is preferable to further use a method for controlling the isolation gate in order to prevent the bit line on the non-selected block side from floating.
[0079]
In the sixth embodiment, a case where an alternative sense amplifier S / As is used in place of the sense amplifier S / A in the third to fifth embodiments (FIGS. 6 to 8) will be described. The alternative sense amplifier S / As is supplied with the internal step-down voltage Vcc and the ground voltage Vss when the low level and high level signals are input to the sense amplifier control signals LEX and LEZ, respectively. This is a configuration that is in an active state. Further, due to the difference in wiring capacity, the time when the outer bit line pair BLLZ-BLLX, BLRZ-BLRX in the selected memory block ends equalization, and the time when the inner bit line pair BLZ-BLX connected to the alternative sense amplifier ends equalize There may be a time difference. Then, the equalization time is limited to the longer one, and the original operation performance of the semiconductor memory device cannot be realized.
[0080]
In FIG. 6 of the third embodiment, by configuring the line lengths of the bit lines BLLZ and BLLX in the memory block BLK1 and the bit lines BLRZ and BLRX in the memory block BLK2 to be shorter than those in the related art, the alternative sense amplifier S / Consider a case where the wiring capacity of the bit lines in the memory block is smaller than the wiring capacity of the bit lines BLZ and BLX to which As is connected. At this time, assuming that the internal step-down voltage Vcc is used for both the control signal line BRSL of the bit line equalize
[0081]
Therefore, if the control signal BRSL of the equalize
[0082]
Of course, because the wiring capacity of the bit lines BLLZ and BLLX in the memory block increases compared to the wiring capacity of the bit lines BLZ and BLX to which the alternative sense amplifier S / As is connected, When the relationship of the equalization time difference between BLLZ and BLLX is reversed, the voltage used for control signal BRS is changed from boosted voltage Vpp to internal reduced voltage Vcc, and the voltage used for control signal BRSL is changed from internal reduced voltage Vcc to boosted voltage Vpp. The same effect can be obtained by changing and reducing the equalization time difference. The value of the power supply voltage for driving the equalizing circuit is not limited to the boosted voltage Vpp and the internal stepped-down voltage Vcc used in the sixth embodiment. For example, the equalize circuit can be driven using any appropriate combination of external voltage Vdd, boosted voltage Vpp, and internal step-down voltage Vcc in accordance with each semiconductor memory device.
[0083]
Also in the fourth embodiment (FIG. 7) and the fifth embodiment (FIG. 8), it is possible to use an equalize circuit using an alternative sense amplifier S / As by the control method shown in the sixth embodiment. it can.
[0084]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, the control method of the bit line isolation gate, the control method of the bit line and sense amplifier active line equalizing circuit, the arrangement and circuit configuration of the equalizing circuit can be combined as appropriate.
[Brief description of the drawings]
[0085]
FIG. 1 is a diagram showing a part of a shared sense amplifier system in a semiconductor memory device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a control circuit diagram of an isolation gate of an unselected memory block in the first embodiment.
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the semiconductor memory device of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between equalization time between bit lines and equalization time between sense amplifier active lines in the first embodiment;
FIG. 5 is a diagram showing a part of a shared sense amplifier system in the semiconductor memory device of the second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a part of a shared sense amplifier system in a semiconductor memory device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a part of a shared sense amplifier system in the semiconductor memory device of the fourth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a part of a shared sense amplifier system in a semiconductor memory device according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between an equalizing time between inner bit lines and an equalizing time between outer bit lines according to the sixth embodiment;
FIG. 10 is a diagram showing a part of a conventional shared sense amplifier system;
FIG. 11 is a timing chart showing the operation of a conventional semiconductor memory device.
FIG. 12 is a second timing chart showing the operation of the conventional semiconductor memory device.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between equalization time between bit lines and equalization time between sense amplifier active lines in the prior art.
FIG. 14 is a second diagram showing a relationship between equalization time between bit lines and equalization time between sense amplifier active lines in the prior art.
Claims (3)
選択されるワード線に応じて第2ビット線対に記憶情報が読み出される、第2メモリブロックと、
前記第1ビット線対および前記第2ビット線対ごとに共用されるセンスアンプと
を備える半導体記憶装置において、
前記第1ビット線対と前記センスアンプとの接続・分離の制御を行う第1分離ゲートと、
前記第2ビット線対と前記センスアンプとの接続・分離の制御を行う第2分離ゲートと、
前記第1ビット線対と前記第2ビット線対をイコライズするイコライズ部と、
前記第1分離ゲートを活性化するための信号を、前記第2メモリブロックにおいて連続して選択されるk本のワード線を識別するリフレッシュアドレスが所定の論理組み合わせとなることと、イコライズ期間であることを示すリセット信号と、に基づいて生成する制御回路を備えること
を特徴とする半導体記憶装置。A first memory block from which stored information is read out to a first bit line pair in accordance with a selected word line;
A second memory block from which stored information is read out to a second bit line pair in accordance with a selected word line;
In a semiconductor memory device comprising: a sense amplifier shared for each of the first bit line pair and the second bit line pair;
A first isolation gate for controlling connection / separation between the first bit line pair and the sense amplifier;
A second isolation gate for controlling connection / separation between the second bit line pair and the sense amplifier;
An equalizing unit for equalizing the first bit line pair and the second bit line pair;
The signal for activating the first isolation gate is a predetermined logical combination of a refresh address for identifying k word lines successively selected in the second memory block and an equalizing period. A semiconductor memory device comprising: a reset signal indicating that the control circuit is generated based on the reset signal.
選択されるワード線に応じて第2ビット線対に記憶情報が読み出される、第2メモリブロックと、
前記第1ビット線対および前記第2ビット線対ごとに共用されるセンスアンプと、
前記第1ビット線対と前記センスアンプとの接続・分離の制御を行う第1分離ゲートと、
前記第2ビット線対と前記センスアンプとの接続・分離の制御を行う第2分離ゲートと、
前記第1ビット線対と前記第2ビット線対をイコライズするイコライズ動作を行うイコライズ部と、
を備える半導体記憶装置の制御方法において、
前記第2ビット線対について、ワード線選択に引き続くリストア動作と、その後の前記イコライズ動作が連続して繰り返し行われる選択ブロックリフレッシュステップと、
前記第2メモリブロックにおいて、連続して選択されるk本のワード線を識別するリフレッシュアドレスが所定の論理組み合わせとなることとイコライズ期間であることを示すリセット信号とに基づいて前記第1ビット線対と前記センスアンプとを接続状態とする非選択ブロックイコライズステップと
を有することを特徴とする半導体記憶装置の制御方法。A first memory block from which stored information is read out to a first bit line pair in accordance with a selected word line;
A second memory block from which stored information is read out to a second bit line pair in accordance with a selected word line;
A sense amplifier shared for each of the first bit line pair and the second bit line pair ;
A first isolation gate for controlling connection / separation between the first bit line pair and the sense amplifier;
A second isolation gate for controlling connection / separation between the second bit line pair and the sense amplifier;
An equalizing unit for performing an equalizing operation for equalizing the first bit line pair and the second bit line pair;
In a method for controlling a semiconductor memory device comprising:
For the second bit line pairs, and restore operations following the word line selection, and the selected block the refresh step of equalizing operation is repeatedly performed successively after their,
In the second memory block, the first bit line is set based on a refresh signal that identifies a predetermined logical combination of k address lines selected in succession and a reset signal indicating an equalization period. A control method for a semiconductor memory device, comprising: a non-selected block equalizing step for connecting a pair and the sense amplifier.
選択されるワード線に応じて第2ビット線対に記憶情報が読み出される、第2メモリブロックと、
前記第1ビット線対および前記第2ビット線対ごとに共用されるセンスアンプと
を備える半導体記憶装置において、
前記第1ビット線対と前記センスアンプとの接続・分離の制御を行う第1分離ゲートと、
前記第2ビット線対と前記センスアンプとの接続・分離の制御を行う第2分離ゲートと、
前記第1ビット線対と前記第2ビット線対をイコライズするイコライズ部と、
前記第1分離ゲートを活性化するための信号を、前記第2メモリブロックにおいて、連続して選択されるk本のワード線を識別するリフレッシュアドレスに対して1ビット上位のリフレッシュアドレスが論理状態を遷移することと、イコライズ期間であることを示すリセット信号と、に基づいて生成する制御回路を備えること
を特徴とする半導体記憶装置。A first memory block from which stored information is read out to a first bit line pair in accordance with a selected word line;
A second memory block from which stored information is read out to a second bit line pair in accordance with a selected word line;
In a semiconductor memory device comprising: a sense amplifier shared for each of the first bit line pair and the second bit line pair;
A first isolation gate for controlling connection / separation between the first bit line pair and the sense amplifier;
A second isolation gate for controlling connection / separation between the second bit line pair and the sense amplifier;
An equalizing unit for equalizing the first bit line pair and the second bit line pair;
A refresh address one bit higher than a refresh address for identifying k word lines selected in succession in the second memory block is set to a logic state in order to activate a signal for activating the first isolation gate. A semiconductor memory device comprising: a control circuit that is generated based on a transition and a reset signal indicating an equalization period.
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