JPH0192992A - センスアンプ回路 - Google Patents

センスアンプ回路

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JPH0192992A
JPH0192992A JP62250128A JP25012887A JPH0192992A JP H0192992 A JPH0192992 A JP H0192992A JP 62250128 A JP62250128 A JP 62250128A JP 25012887 A JP25012887 A JP 25012887A JP H0192992 A JPH0192992 A JP H0192992A
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sense amplifier
mos
bit line
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Hiroyuki Yamauchi
寛行 山内
Toshiro Yamada
俊郎 山田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ダイナミックRAM、スタティックRAM等
に用いられるセンスアンプ回路に関するものである。
従来の技術 従来のラッチ型のセンスアンプ回路を第3図。
4図を用いて説明する。第3図は、従来のラッチ型セン
スアンプ回路の等価回路図であり、1,2はそれぞれ第
1N型トランジスタ(以下T1  と呼ぶ)と第2N型
トランジスタ(以下T2と呼ぶ)である。3と6はビッ
ト線対である。4は、アース線である。第3図に示す等
価回路図において、ビット線3とビット線6の電位差Δ
Vをセンスアンプ回路により増幅する動作を説明すると
、まず、T1とT2 に注目した時、ソースは、共通に
アース線に接続されているため、T1 に印加されるゲ
ート・ソース間電圧(以下v9s1と呼ぶ)とT2に印
加されるゲート・ソース間電圧(以下vqs2と呼ぶ)
との差は、次式のようになる、ΔV=IV   −V 
  l    ・・・・・・・・・・・・ (1)gs
l   gg2 つまり、ビット線対3,6の電位差が、T1.T2に印
加されるゲート・ソース間電圧の差となり、T1.T2
に流れる電流11 、12の差となる。電流11.12
が流れれば、これは、ビット線の電荷をアース線に放電
する放電電流であるため、ビット線3の電位vbit 
とビット線6の電位vbitは、次式に示すだけ減少す
る。
′″3 Δvbit=□    ・・・・・・・・・・・・ (
3)(2) 、 (3)式でtは放電時間、C3,Cs
はビット線の容量である。(1) 、 (2) 、 (
3)の関係とWb□=A〜8゜。
Δvblt=Δvgs1  の関係から、明らかの様に
、ビット線対3と6の電位差には正装置が、かかり、電
位差は増幅される。
以上の様な働きをするセンスアンプの性能を決める重要
なものの1つに、感度というものがある。
これは、どの程度微少な電位差まで正しく増幅できるか
というもので、最小電位差を感度と呼んでいる。上記し
たように、ビット線対の電位差が、MOSトランジスタ
T1.T2のゲート・ソース間電圧となりトランジスタ
に流れる電流差となシ、その電流差がビット線対の電位
差を広げていくという事から、次の事が大事である。そ
れは、微少なゲート・ソース間電圧差(vgslとvg
s2の差)が正しく電流の差(11,と1゜の差)とし
てでてくるかという事である。つまり、Vq s 1 
> vg s 2であれば、その差が、どんなに小さく
ても、11) 12の関係が満足されなければならない
ということである。このことを実現するには、Mo5)
ランジスタT1.T2のしきい値電圧、電流駆動カーが
全く同じであるという必要がある。
以上の様な事を実現するために、従来は、第3図、第4
図に示す、結線、レイアウトでセンスアンプ回路を実現
していた。ここで第4図は、実際のセンスアンプ回路の
レイアウト図である。このレイアウトを、等価回路図に
おきかえたものが第3図であるが、この図かられかるよ
うに、電流11.12  はウェハ面上で幾何学的に逆
方向に流れるようになる。
第3図、第4図は、N型Mo3)ランジスタのセンスア
ンプ回路の説明をしたが、P型の方も、アース線4がV
ac線に、Mo3)ランジスタ1゜2がP型MOSトラ
ンジスタ、電流方向が’l’2とも逆方向になる事以外
は、すべてN型Mo8)ランジスタのセンスアンプ回路
と同じである。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、第3図、第4図に示すようなセンスアン
プ回路では、MOSトランジスタT1 に流れる電流1
1とT2 に流れる電流12の方向が逆方向であるため
、以下の問題点がある。
まず、一般に、Mo9)ランジスタのソース・ドレイン
を形成する場合、イオンのチャネリングを防ぐため、イ
オンビームがある角度を持ってウェハーに到達するよう
になっている。したがってゲート電極とソース領域ある
いはドレイン領域の重なり量が、ソース領域とドレイン
領域で非対称になる。この傾向は、イオンビームの角度
がウェハ面に対して垂直な角度から、ずれればずれる程
、が大きくなればなるほど、顕著になってくる。この非
対称性は、他に、ソース・ドレインの形成以外に、ソー
ス・ドレインのチャンネルストップ用のイオン注入等に
よったり、注入マスクとなるゲート電極形状の非対称性
、ゲース側壁酸化膜の形状の非対称性などによっても生
じると考えられる。
この傾向は、ゲート長、ゲート幅が、小さくなればなる
程強くなると考えられ、大規模集積回路に用いられる微
細MOSトランジスタにおいては、解決しなければなら
ない問題である。
ところで、以上の様に、ソース・ドレインのイオン注入
量に非対称性が生ずれば、当然、電流−電圧特性にも非
対称性が生じる。つまり、同じトランジスタであっても
、流れる電流の方向によって、しきい値電圧、電流駆動
カーが違った値を持つことになる。このようになれば、
従来の技術で説明したように、図3に示すようなセンス
アンプ回路では、T、とT2が同じしきい値電圧、電流
駆動カーを持つように、作っても、流れる電流の方向が
逆方向であるため、電流−電圧特性の非対称性により、
例え、T1の方のゲート電圧v9.1の方がT2の方の
ゲート電圧v9,2よりも大きくても、電流駆動力−が
T1  よりもT2の方が大きくなっているとしたら、
放電電流もT2f、流れる電流12の方が、T1 を流
れる電流11 よりも大きくなる可能性があり、ピット
線対3.6の微少な電位差は正しく増幅されず、vgs
I を与えているビット線6の電位の方が、■9.2を
与えているビット線3の電位よりも小さくなり、センス
アンプ回路は誤動作することになる。
センスアンプの感度Sとメモリセルからの読み出しによ
り、ビット線対3,6に生ずる電位差ΔVとの差、M=
Δv−8のMをマージンと呼ぶがその値は、メモリセル
の高集積化による、ビット線容量の増大、セル容量の減
少に伴い、読み出し電圧ΔVが小さくなる傾向にあるこ
とから、ますます小さくなると考えられる。そこでセン
スアンプ回路の高感度化がますます必要であるが、それ
には、センスアンプ回路のトランジスタ対T11T2の
しきい値電圧、電流駆動率qmが、電流方向も考慮して
、全く同じになるように、することが、重要である。し
かし従来のセンスアンプ回路、レイアウトでは、T1.
T2で、電流方向が逆方向であるため、ソース・ドレイ
ンの注入量の非対称による電流・電圧特性の非対称が効
いてきてセンスアンプの感度は、悪化するという問題点
がある。
問題点を解決するための手段 本発明は、メモリセルに結合された第1ビット線と第1
MOSトランジスタのドレイン部を結合し、前記第1ビ
ット線と対をなす第2ピツト線と前記第1MOSトラン
ジスタのゲート部を結合し第2MOSトランジスタのド
レイン部と前記第2ビット線を結合し、前記第2oos
)ランジスタのゲート部と前記第1ビット線を結合し、
前記第1、第2MOSトランジスタのソース部を共通に
電源線と結合してラッチ型のセンスアンプ回路を構成す
るN型あるいはP型MOSトランジスタ対のうち、前記
第1MOSトランジスタ、第2M0Sトランジスタとも
、偶数個の並列接続されたN型あるいはP型MOSトラ
ンジスタで構成されているセンスアンプ回路を提供する
ものである。
作  用 センスアンプ回路を構成する対をなした2つのN型MO
Sトランジスタ回路のうち、第2M0Sトランジスタ回
路、第2MOSトランジスタ回路とも偶数段の並列接続
されたN型MOSトランジスタで構成することにより、
第1Mo5トランジスタ回路を構成している偶数段の並
列接続回路からアース線に流れる放電電流は、偶数段数
だけ存在する。それを、’11#’1□+’13m・・
・11nとする。又、第2M08)ランジスタ回路を構
成している偶数段の並列接続回路からアース線に流れる
放電電流は、同様に、’21#’22m’23*””2
nとなる。ここでnは偶数段数である。
例えば、n = 2の場合を考えると、’11t112
が第1MOSトランジスタ回路に流れる電流なので、ビ
ット線からアース線に流れる電流の和は、111+11
□ である。同様に、第2M08)ランジスタ回路に流
れる電流は、1゜1t’22  なので、ビット線から
アース線に流れる電流の和は、121 + i□2であ
る0ここで・ ’11・112・’21 122のつ3
ハ上での幾何学的な電流方向の関係は以下のようになる
111と12゜は同方向2 ・・・・・・・・・・・・
・・・ (4)11゜と121は同方向  ・・・・・
・・・・・・・・・・ (6)(4) 、 (5) 、
 (6)の関係から、ソースドレインの非対称性により
、電流方向により、しきい値電圧、電流駆動力qmの大
きさが、非対称になっても、(111+11゜)と(’
21”2□)の比較をした場合、111と’21の非対
称性、112と’22の非対称性が生じても、全体で相
殺される。
以上のように、第1Mo5トランジスタ、第2MOSト
ランジスタ回路とも偶数段の並列接続で構成すれば、ト
ランジスタ1対の非対称性は生じても、トランジスタの
偶数対で考えれば非対称性は相殺される。
実施例 第1図、第2図に、本発明の一実施例におけるセンスア
ンプ回路の等価回路図、およびそのレイアウト図を示す
まず、第1図に示すセンスアンプ回路の等価回路図を説
明すると、1,2が並列接続された第1N型MOSトラ
ンジスタ回路。6,7が並列接続された第2N型MOS
トランジスタ回路で、この第1.第2N型MOS)ラン
ジスタ回路が、センスアンプ回路のトランジスタ対を構
成している。
又、3,6はビット線対、4はアース線である。
第2図は、第1図に示したセンスアンプの回路図を実際
に、レイアウトしたマスク図面を示したものである。1
0は、配線に用いるアルミで11はトランジスタのゲー
ト電極に用いるポリシリコン12は、トランジスタのソ
ース・ドレイン部と配線1oとのコンタクト、13は、
活性領域である。
次に、センスアンプ回路の電流を説明すると、第1図に
示すように、トランジスタ1.2,6.7(以下T1.
T2.T3.T4と呼ぶ)に流れる電流は、T1 に流
れる電流11  とT3に流れる電流13は、ウェハ上
で幾何学的に同一方向、T2に流れる電流i とT に
流れる電流i4は、同一方向である。又、トランジスタ
1.2,8.7は、すべて、同じ大きさのチャンネル長
、チャンネル幅をもつように設計されていて、製造条件
も同じである。
そこで、トランジスタ1.2,6,7の電流−電圧特性
は、ソースとドレインの非対称性つまり、ウェハ上の幾
何学的な電流方向以外では、同じ特性を示すものと考え
られる。
次に、本実施例の効果について述べる。
第1.第2図に示す本発明の実施例においては、センス
アンプ回路のトランジスタ対の第1N型MOSトランジ
スタ回路を構成しているT1とT2に流レル電流の和(
11+12)と、第2N型MOSトランジスタ回路を構
成しているT3とT4に流れる電流の和(i3+i4)
に、注目した場合、11とi3が同一方向の電流のため
同一特性を示す。
又、12と14が同一方向の電流のため同一特性を示す
と考えられ、全体の電流−電圧特性、つまり(11+ 
i。)と(13+14)の電流−電圧特性は、電流方向
による非対称性が相殺され、同一特性になると考えられ
、センスアンプ回路の高感度化が可能になった。
発明の効果 本発明によれば、ラッチ型のセンスアンプ回路を構成す
るN型あるいは、P型MOSトランジスタ対の、第1.
第2MOSトランジスタ回路とも偶数段の並列接続され
たN型、あるいは、P型MOSトランジスタで構成され
ているため、第1M08)ランジスタ回路に流れる偶数
ケの電流と、第2MOSトランジスタ回路に流れる偶数
ケの電流とを比較した場合、第1M08)ランジスタ回
路に流れる電流とウェハ上で幾何学に同一方向の電流が
必ず、第2MOSトランジスタ回路にも流れるため、全
体として、第1M08)ランジスタ回路に流れる電流の
和と、第2M0Sトランジスタ回路に流れる電流の和と
の電流−電圧特性は、電流側々の電流方向による非対称
性が相殺されるため、同一特性になシ、結果として、セ
ンスアンプ回路の高感度化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるセンスアンプ回路の
回路図、第2図は同回路のレイアウトを示すマスクパタ
ーン図、第3図は従来のセンスアンプ回路の回路図、第
4図は同回路のレイアウトを示すマスクパターン図であ
る。 1.2・・・・・・並列接続されたMOSトランジスタ
、6.7・・・・・・並列接続されたMo8)ランジス
タ、3.6・・・・・・ビット線対、4・・・・・・ア
ース線。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 1o−AL 第2図       +1−P5 2−CW f3−・−oD 12− CW 1クー 00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. メモリセルに結合された第1ビット線と、第1MOSト
    ランジスタのドレイン部を結合し、前記第1ビット線と
    対をなす第2ビット線と前記第1MOSトランジスタの
    ゲート部を結合し、第2MOSトランジスタのドレイン
    部と前記第2ビット線を結合し、前記第2MOSトラン
    ジスタのゲート部と前記第1ビット線を結合し、前記第
    1、第2MOSトランジスタのソース部を共通に電源線
    と結合してラッチ型のセンスアンプ回路を構成するN型
    あるいはP型MOSトランジスタ対のうち、前記第1M
    OSトランジスタ、第2MOSトランジスタとも、偶数
    個の並列接続されたN型あるいはP型MOSトランジス
    タで構成されているセンスアンプ回路。
JP62250128A 1987-10-02 1987-10-02 センスアンプ回路 Pending JPH0192992A (ja)

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