JP2014142995A5 - Method for reading data from semiconductor device and semiconductor device - Google Patents

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上記課題を解決するために、本発明は、半導体装置からデータを読み出す方法であって、メモリセルに接続されたビット線を第1の電位にプリチャージし、センスアンプ回路の出力ノードを前記第1の電位より大きい第2の電位にプリチャージし、前記センスアンプ回路のセンス検出トランジスタに接続されたセンスノードを前記第1の電位より大きい第3の電位に駆動し、前記ビット線を前記センスノードに接続する転送トランジスタを活性化し、前記ビット線の電位が前記第1の電位から前記第1の電位より大きくかつ前記第2の電位より小さい第4の電位に駆動され、前記ビット線を用いて前記メモリセルに保持されるデータを読み出し、前記センスアンプ回路の前記センス検出トランジスタを用いて、前記メモリセルから読み出されたデータがハイレベルのデータ又はローレベルのデータに対応するかを判定し、前記読み出したデータがハイレベルのデータであるときは前記出力ノードを前記第1の電位に駆動し、前記読み出したデータがローレベルのデータであるときは前記出力ノードを前記第2の電位に保ち、前記出力ノードに接続された入力を有する書き込み回路を用い、前記入力が前記出力ノードから前記第1の電位を受け取ったときは前記第1の電位より大きくかつ前記第2の電位より小さい第5の電位を供給し、前記入力が前記出力ノードから前記第2の電位を受け取ったときは前記第1の電位を供給することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a method for reading data from a semiconductor device, wherein a bit line connected to a memory cell is precharged to a first potential, and an output node of a sense amplifier circuit is connected to the first node. Precharging to a second potential greater than 1 potential, driving a sense node connected to a sense detection transistor of the sense amplifier circuit to a third potential greater than the first potential, and causing the bit line to sense A transfer transistor connected to a node is activated, and the potential of the bit line is driven from the first potential to a fourth potential that is larger than the first potential and smaller than the second potential, and uses the bit line The data held in the memory cell is read out and read from the memory cell using the sense detection transistor of the sense amplifier circuit. It is determined whether the data corresponds to high level data or low level data. When the read data is high level data, the output node is driven to the first potential, and the read data is When the data is low level, the output node is kept at the second potential, a write circuit having an input connected to the output node is used, and the input receives the first potential from the output node. A fifth potential that is greater than the first potential and smaller than the second potential is supplied, and the first potential is supplied when the input receives the second potential from the output node. that it is characterized by.

また、上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、メモリセルと、選択トランジスタにより前記メモリセルに接続されるビット線と、前記ビット線と第1の電位との間に接続される第1のトランジスタと、センスノードと第2の電位との間に接続される第2のトランジスタと、前記ビット線を前記センスノードに接続する第3のトランジスタとを備える電荷転送制御回路と、前記センスノードに接続されるゲートを有する第4のトランジスタと、第3の電位に接続される第5のトランジスタと、前記第5のトランジスタ及び前記第4のトランジスタの間に接続される第6のトランジスタと、出力ノードとを備えるセンスアンプと、前記出力ノードの電位が、前記メモリセルからハイレベルのデータが読み出されたことを示すときは、第4の電位を供給し、前記出力ノードの電位が、前記メモリセルからローレベルのデータが読み出されたことを示すときは、前記第1の電位を供給する書き込み回路と、を備えて構成される。 In order to solve the above problems, a semiconductor device of the present invention is connected between a memory cell, a bit line connected to the memory cell by a selection transistor, and the bit line and a first potential. A charge transfer control circuit comprising: a first transistor; a second transistor connected between a sense node and a second potential; and a third transistor connecting the bit line to the sense node; A fourth transistor having a gate connected to the sense node; a fifth transistor connected to a third potential; and a sixth transistor connected between the fifth transistor and the fourth transistor. And when the potential of the output node indicates that high level data has been read from the memory cell, 4 supplies a potential, the potential of the output node, when indicating that the low-level data from said memory cell is read out is constructed and a write circuit for supplying said first potential The

Claims (27)

半導体装置からデータを読み出す方法であって、A method of reading data from a semiconductor device,
メモリセルに接続されたビット線を第1の電位にプリチャージし、Precharge the bit line connected to the memory cell to a first potential;
センスアンプ回路の出力ノードを前記第1の電位より大きい第2の電位にプリチャージし、Precharging the output node of the sense amplifier circuit to a second potential greater than the first potential;
前記センスアンプ回路のセンス検出トランジスタに接続されたセンスノードを前記第1の電位より大きい第3の電位に駆動し、Driving a sense node connected to a sense detection transistor of the sense amplifier circuit to a third potential greater than the first potential;
前記ビット線を前記センスノードに接続する転送トランジスタを活性化し、前記ビット線の電位が前記第1の電位から前記第1の電位より大きくかつ前記第2の電位より小さい第4の電位に駆動され、A transfer transistor that connects the bit line to the sense node is activated, and the potential of the bit line is driven from the first potential to a fourth potential that is higher than the first potential and lower than the second potential. ,
前記ビット線を用いて前記メモリセルに保持されるデータを読み出し、Read data held in the memory cell using the bit line;
前記センスアンプ回路の前記センス検出トランジスタを用いて、前記メモリセルから読み出されたデータがハイレベルのデータ又はローレベルのデータに対応するかを判定し、Using the sense detection transistor of the sense amplifier circuit to determine whether the data read from the memory cell corresponds to high level data or low level data;
前記読み出したデータがハイレベルのデータであるときは前記出力ノードを前記第1の電位に駆動し、前記読み出したデータがローレベルのデータであるときは前記出力ノードを前記第2の電位に保ち、When the read data is high level data, the output node is driven to the first potential, and when the read data is low level data, the output node is kept at the second potential. ,
前記出力ノードに接続された入力を有する書き込み回路を用い、前記入力が前記出力ノードから前記第1の電位を受け取ったときは前記第1の電位より大きくかつ前記第2の電位より小さい第5の電位を供給し、前記入力が前記出力ノードから前記第2の電位を受け取ったときは前記第1の電位を供給する、A writing circuit having an input connected to the output node is used, and when the input receives the first potential from the output node, the fifth potential is greater than the first potential and smaller than the second potential. Supplying a potential, and supplying the first potential when the input receives the second potential from the output node;
ことを特徴とする方法。A method characterized by that.
前記センスノードは、前記センス検出トランジスタのゲートに接続される請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the sense node is connected to a gate of the sense detection transistor. 前記データは蓄積電荷読み出し期間において前記メモリセルから読み出され、The data is read from the memory cell in an accumulated charge read period,
前記データがハイレベルのデータに対応するときは、前記ビット線の電位が前記第4の電位から前記第4の電位より大きいが前記第5の電位より小さい第6の電位に駆動されるとともに前記転送トランジスタが非活性化され、When the data corresponds to high level data, the potential of the bit line is driven from the fourth potential to the sixth potential which is larger than the fourth potential but smaller than the fifth potential, and The transfer transistor is deactivated,
前記データがローレベルのデータに対応するときは、前記ビット線の電位が前記第4の電位から前記第4の電位より小さいが前記第1の電位より大きい第7の電位に駆動される請求項2に記載の方法。6. When the data corresponds to low level data, the potential of the bit line is driven from the fourth potential to a seventh potential that is smaller than the fourth potential but larger than the first potential. 2. The method according to 2.
前記第4の電位は、前記転送トランジスタを活性化するために当該転送トランジスタのゲートに供給されて前記転送トランジスタの閾値電圧より小さい転送制御電圧に等しい請求項3に記載の方法。4. The method according to claim 3, wherein the fourth potential is equal to a transfer control voltage that is supplied to a gate of the transfer transistor to activate the transfer transistor and is smaller than a threshold voltage of the transfer transistor. 前記第6の電位は、前記転送制御電圧より大きい請求項3に記載の方法。The method of claim 3, wherein the sixth potential is greater than the transfer control voltage. 更に、前記メモリセルに接続されたワード線を前記蓄積電荷読み出し期間に活性化して前記メモリセルからの前記データの読み出しを可能とする請求項3に記載の方法。4. The method according to claim 3, further comprising: activating a word line connected to the memory cell during the accumulated charge readout period to enable the data to be read from the memory cell. 更に、前記蓄積電荷読み出し期間に続くセンス期間において、Further, in a sense period following the accumulated charge readout period,
前記メモリセルから読み出したデータがハイレベルのデータに対応するときは、前記センスノードを前記第3の電位に保ち、When the data read from the memory cell corresponds to high level data, the sense node is kept at the third potential,
前記メモリセルから読み出したデータがローレベルのデータに対応するときは、前記センスノードを前記第7の電位に駆動する、When the data read from the memory cell corresponds to low level data, the sense node is driven to the seventh potential;
請求項3に記載の方法。The method of claim 3.
前記センス検出トランジスタは、前記センスノードが前記第3の電位のときにオンし、前記センスノードが前記第7の電位のときにオフする請求項7に記載の方法。The method of claim 7, wherein the sense detection transistor is turned on when the sense node is at the third potential, and is turned off when the sense node is at the seventh potential. 前記第3の電位は前記センス検出トランジスタの閾値電圧以上であり、前記第7の電位は前記センス検出トランジスタの前記閾値電圧以下である請求項7に記載の方法。The method according to claim 7, wherein the third potential is equal to or higher than a threshold voltage of the sense detection transistor, and the seventh potential is equal to or lower than the threshold voltage of the sense detection transistor. 前記センス検出トランジスタがオンのとき、前記センスアンプ回路の前記出力ノードは前記センス期間に前記第1の電位に駆動され、When the sense detection transistor is on, the output node of the sense amplifier circuit is driven to the first potential during the sense period;
前記センス検出トランジスタがオフのとき、前記センスアンプ回路の前記出力ノードは前記第2の電位に保たれる請求項8又は9に記載の方法。10. The method according to claim 8, wherein the output node of the sense amplifier circuit is maintained at the second potential when the sense detection transistor is off.
前記書き込み回路は、前記出力ノードから前記第1の電位を受け取る前記入力と、前記データがハイレベルのデータ又はローレベルのデータに対応するかに依存して前記第5の電位又は前記第1の電位を供給する出力と、をそれぞれ有するインバータを備える請求項1に記載の方法。The write circuit has the input for receiving the first potential from the output node and the fifth potential or the first potential depending on whether the data corresponds to high level data or low level data. The method of claim 1, comprising inverters each having an output for providing a potential. 前記メモリセルからの前記データの前記読み出しに続くリフレッシュ期間に前記書き込み回路のトランジスタを活性化して前記インバータの前記出力を前記ビット線に接続し、前記リフレッシュ期間に前記インバータの前記出力を前記ビット線に供給する請求項11に記載の方法。The transistor of the write circuit is activated during the refresh period following the reading of the data from the memory cell, the output of the inverter is connected to the bit line, and the output of the inverter is connected to the bit line during the refresh period. The method according to claim 11, wherein the method is provided. 前記第2及び第3の電位は互いに等しい請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the second and third potentials are equal to each other. 前記第3の電位は前記第2の電位より大きい請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the third potential is greater than the second potential. 前記第1の電位はグランド電位である請求項1に記載の方法。The method of claim 1, wherein the first potential is a ground potential. メモリセルと、A memory cell;
選択トランジスタにより前記メモリセルに接続されるビット線と、A bit line connected to the memory cell by a select transistor;
前記ビット線と第1の電位との間に接続される第1のトランジスタと、センスノードと第2の電位との間に接続される第2のトランジスタと、前記ビット線を前記センスノードに接続する第3のトランジスタとを備える電荷転送制御回路と、A first transistor connected between the bit line and a first potential; a second transistor connected between a sense node and a second potential; and the bit line connected to the sense node A charge transfer control circuit comprising a third transistor that
前記センスノードに接続されるゲートを有する第4のトランジスタと、第3の電位に接続される第5のトランジスタと、前記第5のトランジスタ及び前記第4のトランジスタの間に接続される第6のトランジスタと、出力ノードとを備えるセンスアンプと、A fourth transistor having a gate connected to the sense node; a fifth transistor connected to a third potential; and a sixth transistor connected between the fifth transistor and the fourth transistor. A sense amplifier comprising a transistor and an output node;
前記出力ノードの電位が、前記メモリセルからハイレベルのデータが読み出されたことを示すときは、第4の電位を供給し、前記出力ノードの電位が、前記メモリセルからローレベルのデータが読み出されたことを示すときは、前記第1の電位を供給する書き込み回路と、When the potential of the output node indicates that high level data has been read from the memory cell, a fourth potential is supplied, and the potential of the output node is low level data from the memory cell. When indicating that the data has been read, a writing circuit for supplying the first potential;
を備える半導体装置。A semiconductor device comprising:
更に、Furthermore,
第1の期間において、前記第1のトランジスタにプリチャージ信号を供給して前記ビット線を前記第1の電位にプリチャージし、前記第5のトランジスタにプリチャージ信号を供給して前記出力ノードを前記第3の電位にプリチャージし、In a first period, a precharge signal is supplied to the first transistor to precharge the bit line to the first potential, and a precharge signal is supplied to the fifth transistor to set the output node Precharge to the third potential;
前記第1の期間に続く第2の期間において、電圧設定信号を前記第2のトランジスタに供給して前記センスノードを前記第2の電位に充電し、Supplying a voltage setting signal to the second transistor to charge the sense node to the second potential in a second period following the first period;
前記第2の期間に続く第3の期間において、前記メモリセルに接続されたワード線を活性化して、前記ビット線を用いて前記メモリセルに保持されるデータの読み出しを可能とし、In a third period following the second period, a word line connected to the memory cell is activated to enable reading of data held in the memory cell using the bit line,
前記第3の期間に続く第4の期間において、前記第6のトランジスタを活性するセンス期間制御信号を供給し、前記メモリセルから読み出した前記データがハイレベルのデータであるときは前記出力ノードが前記第1の電位に駆動され、前記メモリセルから読み出した前記データがローレベルのデータであるときは前記出力ノードが前記第3の電位に保たれる、In a fourth period following the third period, a sense period control signal for activating the sixth transistor is supplied, and when the data read from the memory cell is high level data, the output node The output node is driven to the first potential, and when the data read from the memory cell is low level data, the output node is maintained at the third potential.
ように構成された制御回路を備える請求項16に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 16, comprising a control circuit configured as described above.
前記制御回路は、更に、前記第4の期間に続く第5の期間において、前記書き込み回路のトランジスタを活性化して前記供給された第4の電位又は第1の電位を前記ビット線に接続する請求項17に記載の半導体装置。The control circuit further activates a transistor of the write circuit to connect the supplied fourth potential or first potential to the bit line in a fifth period following the fourth period. Item 18. The semiconductor device according to Item 17. 前記第3のトランジスタは、そのゲートに供給される転送制御電圧に応じて活性化される請求項17に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 17, wherein the third transistor is activated according to a transfer control voltage supplied to a gate thereof. 前記第2の期間において、前記ビット線は、前記第1の電位より大きいが前記転送制御電圧より小さい参照電圧に充電される請求項19に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 19, wherein in the second period, the bit line is charged to a reference voltage that is greater than the first potential but less than the transfer control voltage. 前記第3の期間において、前記参照電圧は、前記メモリセルから読み出した前記データがローレベルのデータであるときは第5の電位に低下し、前記メモリセルから読み出した前記データがハイレベルのデータであるときは第6の電位に上昇する請求項20に記載の半導体装置。In the third period, the reference voltage drops to a fifth potential when the data read from the memory cell is low level data, and the data read from the memory cell is high level data. The semiconductor device according to claim 20, wherein the voltage rises to a sixth potential. 前記第4の期間において、前記データがハイレベルのデータであるときは前記センスノードが前記第2の電位に保たれ、前記データがローレベルのデータであるときは前記センスノードが前記第5の電位に駆動される請求項21に記載の半導体装置。In the fourth period, when the data is high level data, the sense node is kept at the second potential, and when the data is low level data, the sense node is the fifth level. The semiconductor device according to claim 21, which is driven by a potential. 前記第4のトランジスタは、前記センスノードが前記第2の電位を有する場合、前記第4の期間にオンし、前記センスノードが前記第5の電位を有する場合、前記第4の期間にオフする請求項22に記載の半導体装置。The fourth transistor is turned on in the fourth period when the sense node has the second potential, and is turned off in the fourth period when the sense node has the fifth potential. The semiconductor device according to claim 22. 前記センスアンプは、シングルエンド型のセンスアンプである請求項16に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 16, wherein the sense amplifier is a single-ended sense amplifier. 前記第2及び第3の電位は互いに等しい請求項16に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 16, wherein the second and third potentials are equal to each other. 前記第2の電位は前記第3の電位より大きい請求項16に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 16, wherein the second potential is higher than the third potential. 前記第1の電位はグランド電位である請求項16に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 16, wherein the first potential is a ground potential.
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