KR100609995B1 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 장치를 공개한다. 본 발명은 메모리 셀 어레이와; 블록 센스 증폭부와; 리드 또는 라이트 동작에 관계없이 전원 전압을 공급받아 항상 동일한 더미 센스 데이터쌍을 발생하는 더미 블록 센스 증폭부와; 상기 더미 센스 데이터쌍을 차동 증폭하여 더미 출력 데이터쌍을 발생하는 더미 메인 센스 증폭부와; 소정 레벨의 제 1 기준 전압과 상기 제 1 기준 전압보다 낮은 레벨의 제 2 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생부와; 상기 더미 출력 데이터쌍과 상기 제 1 및 제 2 기준 전압의 레벨을 비교하여 복수개의 제어신호들을 발생하는 레벨 비교부와; 상기 블록 센스 증폭부로부터의 센스 데이터쌍이 하나씩 인가되는 베이스를 가지는 제 1 및 제 2 접합형 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 접합형 트랜지스터의 컬렉터에 하나씩 연결되어 상기 복수개의 제어신호들에 따라 저항값이 가변되는 제 1 및 제 2 가변 저항부를 구비하여 공정 상에서 발생한 저항값의 변화를 보상하고, 상기 저항값의 변화가 보상된 상태에서 상기 센스 데이터쌍을 차동 증폭하여 출력 데이터쌍을 발생하는 메인 센스 증폭부를 구비하여, 반도체 공정에서 메인 센스 증폭기의 저항값에 변화가 일어났을 때 이를 자동으로 보상하여 메인 센스 증폭기의 이득 변화를 최소화하기 때문에 센싱 마진, 전류 등의 증가나 속도 지연 등으로 인한 메모리 칩의 특성 변화가 방지되는 효과가 있다.The present invention discloses a semiconductor memory device. The present invention relates to a memory cell array; A block sense amplifier; A dummy block sense amplifier configured to receive a power supply voltage and generate the same dummy sense data pair at all times regardless of a read or write operation; A dummy main sense amplifier for differentially amplifying the dummy sense data pairs to generate dummy output data pairs; A reference voltage generator configured to generate a first reference voltage having a predetermined level and a second reference voltage having a lower level than the first reference voltage; A level comparison unit comparing the dummy output data pairs with the levels of the first and second reference voltages to generate a plurality of control signals; First and second junction transistors having a base to which the sense data pairs from the block sense amplifier are applied one by one, and connected to the collectors of the first and second junction transistors one by one to receive resistors according to the plurality of control signals. Comprising a first and a second variable resistor having a variable value to compensate for the change in the resistance value generated in the process, and a differential amplification of the sense data pair in the state that the change in the resistance value is compensated for the main to generate an output data pair It is equipped with a sense amplification unit, and automatically compensates for a change in the resistance value of the main sense amplifier in the semiconductor process, thereby minimizing the change in gain of the main sense amplifier. Therefore, memory due to an increase in sensing margin, current, or speed delay, etc. There is an effect that the characteristic change of the chip is prevented.
Description
도 1은 일반적인 메인 센스 증폭기의 회로도,1 is a circuit diagram of a typical main sense amplifier,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 일부 구성 블록도,2 is a block diagram illustrating some components of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 도시된 메인 센스 증폭기의 회로도이다.3 is a circuit diagram of the main sense amplifier shown in FIG.
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로서, 특히 메인 센스 증폭기를 구비한 반도체 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device having a main sense amplifier.
현재와 같은 대량 생산 체제의 반도체 공정에서는 예기치 못한 공정 변화(process variation)나 그에 상응하는 조건 변화 등으로 인해 메모리 칩의 특성 변화가 발생하게 되는데, 그 중 하나가 반도체 메모리 장치에 구비된 메인 센스 증폭기의 저항값이 변화하여 메인 센스 증폭기의 이득(gain)이 변화하는 것이다.In today's high-volume semiconductor process, unexpected changes in the process (process variation) or corresponding conditions change the characteristics of the memory chip, one of which is the main sense amplifier provided in the semiconductor memory device The resistance value of is changed and the gain of the main sense amplifier is changed.
상기한 메인 센스 증폭기의 저항값 변화는 메인 센스 증폭기의 이득에 직접 적인 영향을 미치게 되어 이득이 설정했던 것보다 나빠지거나 더 좋은 쪽으로 바뀌게 되고, 이는 센싱 마진(sensing margin), 전류 등의 증가나 속도 지연 등을 초래하여 메모리 칩의 특성 변화를 가져오게 한다.The change in the resistance value of the main sense amplifier has a direct effect on the gain of the main sense amplifier, so that the gain becomes worse or better than the set value, which is caused by an increase or a speed of sensing margin, current, or the like. This can cause delays, etc., resulting in changes in the characteristics of the memory chip.
그러나, 종래에는 반도체 공정에서 예기치 못한 공정 변화로 인해 메인 센스 증폭기의 저항값이 변화하면 그 값을 보정할 수가 없는 문제점이 있었다.However, conventionally, when the resistance value of the main sense amplifier changes due to an unexpected process change in the semiconductor process, there is a problem in that the value cannot be corrected.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정 상에서 발생한 메인 센스 증폭기의 저항값 변화를 자동으로 보상함으로써 메인 센스 증폭기의 이득 변화를 최소화할 수 있는 반도체 메모리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor memory device capable of minimizing a change in gain of a main sense amplifier by automatically compensating for a change in resistance value of a main sense amplifier generated in a process. have.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 반도체 메모리 장치는 메모리 셀 어레이와; 상기 메모리 셀 어레이로부터 리드되는 데이터를 증폭하여 센스 데이터쌍을 발생하는 블록 센스 증폭부와; 리드 또는 라이트 동작에 관계없이 전원 전압을 공급받아 항상 동일한 더미 센스 데이터쌍을 발생하는 더미 블록 센스 증폭부와; 상기 더미 센스 데이터쌍을 차동 증폭하여 더미 출력 데이터쌍을 발생하는 더미 메인 센스 증폭부와; 소정 레벨의 제 1 기준 전압과 상기 제 1 기준 전압보다 낮은 레벨의 제 2 기준 전압을 발생하는 기준 전압 발생부와; 상기 더미 출력 데이터쌍과 상기 제 1 및 제 2 기준 전압의 레벨을 비교하여 복수개의 제어신호들을 발생하는 레벨 비교부와; 상기 센스 데이터쌍이 하나씩 인가되는 베이스를 가지는 제 1 및 제 2 접합형 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 접합형 트랜지스터의 컬렉터에 하나씩 연결되어 상기 복수개의 제어신호들에 따라 저항값이 가변되는 제 1 및 제 2 가변 저항부를 구비하여 공정 상에서 발생한 저항값의 변화를 보상하고, 상기 저항값의 변화가 보상된 상태에서 상기 센스 데이터쌍을 차동 증폭하여 출력 데이터쌍을 발생하는 메인 센스 증폭부를 구비한 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to the present invention comprises a memory cell array; A block sense amplifier for amplifying data read from the memory cell array to generate a sense data pair; A dummy block sense amplifier configured to receive a power supply voltage and generate the same dummy sense data pair at all times regardless of a read or write operation; A dummy main sense amplifier for differentially amplifying the dummy sense data pairs to generate dummy output data pairs; A reference voltage generator configured to generate a first reference voltage having a predetermined level and a second reference voltage having a lower level than the first reference voltage; A level comparison unit comparing the dummy output data pairs with the levels of the first and second reference voltages to generate a plurality of control signals; First and second junction transistors each having a base to which the sense data pairs are applied one by one, and a first one connected to the collectors of the first and second junction transistors one by one to change resistance values according to the plurality of control signals. And a main sense amplifier configured to compensate for the change in the resistance value generated in the process by a second variable resistor part and to differentially amplify the sense data pair in the state where the change in the resistance value is compensated. It features.
본 발명의 설명에 앞서 일반적인 메인 센스 증폭기의 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Prior to the description of the present invention, the configuration and operation of a general main sense amplifier will be described.
도 1은 일반적인 메인 센스 증폭기의 회로도로서, 상기 메인 센스 증폭기는 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)과, 제 1 내지 제 4 NPN 트랜지스터(Q1∼Q4)와, 제 11 내지 제 16 NMOS 트랜지스터(N11∼N16)로 구성된다.1 is a circuit diagram of a general main sense amplifier, in which the main sense amplifier includes eleventh and twelfth resistors R11 and R12, first to fourth NPN transistors Q1 to Q4, and eleventh to sixteenth NMOS transistors. It consists of (N11-N16).
상기 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)은 전원 전압이 인가되는 일단을 가진다.The eleventh and twelfth resistors R11 and R12 have one end to which a power supply voltage is applied.
상기 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)는 제 11 저항(R11)의 타단에 연결된 컬렉터와, 블록 센스 증폭기(도면상 도시되지 않음)로부터의 센스 데이터쌍 중 비반전 센스 데이터(DATA)가 인가되는 베이스를 가진다.The first NPN transistor Q1 includes a collector connected to the other end of the eleventh resistor R11 and a base to which non-inverted sense data DATA is applied among sense data pairs from a block sense amplifier (not shown). Have
상기 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)는 제 12 저항(R12)의 타단에 연결된 컬렉터와, 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 이미터에 연결된 이미터와, 블록 센스 증폭기로부터의 센스 데이터쌍 중 반전 센스 데이터(DATAb)가 인가되는 베이스를 가진다.The second NPN transistor Q2 includes a collector connected to the other end of the twelfth resistor R12, an emitter connected to the emitter of the first NPN transistor Q1, and inverted sense data among sense data pairs from the block sense amplifier. It has a base to which (DATAb) is applied.
상기 제 3 NPN 트랜지스터(Q3)는 제 11 저항(R11)의 타단과 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 공통 연결된 베이스와, 반전 출력단에 연결된 이미터와, 전원 전압이 인가되는 컬렉터를 가진다.The third NPN transistor Q3 has a base commonly connected to the other end of the eleventh resistor R11, the collector of the first NPN transistor Q1, an emitter connected to the inverting output terminal, and a collector to which a power supply voltage is applied.
상기 제 4 NPN 트랜지스터(Q4)는 제 12 저항(R12)의 타단과 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 공통 연결된 베이스와, 비반전 출력단에 연결된 이미터와, 전원 전압이 인가되는 컬렉터를 가진다.The fourth NPN transistor Q4 has a base commonly connected to the other end of the twelfth resistor R12 and the collector of the second NPN transistor Q2, an emitter connected to the non-inverting output terminal, and a collector to which a power supply voltage is applied. .
상기 제 11 NMOS 트랜지스터(N11)는 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터(Q1, Q2)의 공통 이미터에 연결된 드레인과, 기준 전압(Vref)이 인가되는 게이트를 가진다.The eleventh NMOS transistor N11 has a drain connected to a common emitter of the first and second NPN transistors Q1 and Q2 and a gate to which a reference voltage Vref is applied.
상기 제 12 NMOS 트랜지스터(N12)는 제 11 NMOS 트랜지스터(N11)의 소스에 연결된 드레인과, 접지에 연결된 소스와, 센스 증폭기 인에이블 신호(PSA)가 인가되는 게이트를 가진다.The twelfth NMOS transistor N12 has a drain connected to a source of the eleventh NMOS transistor N11, a source connected to ground, and a gate to which a sense amplifier enable signal PSA is applied.
상기 제 13 NMOS 트랜지스터(N13)는 반전 출력단에 연결된 드레인과, 기준 전압(Vref)이 인가되는 게이트를 가진다.The thirteenth NMOS transistor N13 has a drain connected to an inverting output terminal and a gate to which a reference voltage Vref is applied.
상기 제 14 NMOS 트랜지스터(N14)는 제 13 NMOS 트랜지스터(N13)의 소스에 연결된 드레인과, 접지에 연결된 소스와, 센스 증폭기 인에이블 신호(PSA)가 인가되는 게이트를 가진다.The fourteenth NMOS transistor N14 has a drain connected to a source of the thirteenth NMOS transistor N13, a source connected to ground, and a gate to which a sense amplifier enable signal PSA is applied.
상기 제 15 NMOS 트랜지스터(N15)는 비반전 출력단에 연결된 드레인과, 기준 전압(Vref)이 인가되는 게이트를 가진다.The fifteenth NMOS transistor N15 has a drain connected to a non-inverting output terminal and a gate to which a reference voltage Vref is applied.
상기 제 16 NMOS 트랜지스터(N16)는 제 15 NMOS 트랜지스터(N15)의 소스에 연결된 드레인과, 접지에 연결된 소스와, 센스 증폭기 인에이블 신호(PSA)가 인가 되는 게이트를 가진다.The sixteenth NMOS transistor N16 has a drain connected to a source of the fifteenth NMOS transistor N15, a source connected to ground, and a gate to which a sense amplifier enable signal PSA is applied.
상기에서 제 11 및 제 12 NMOS 트랜지스터(N11, N12)와, 제 13 및 제 14 NMOS 트랜지스터(N13, N14)와, 제 15 및 제 16 NMOS 트랜지스터(N15, N16)는 기준 전압(Vref)이 인가되고 센스 증폭기 인에이블 신호(PSA)가 "하이" 레벨로 인에이블되면 정전류원으로 작용한다.The reference voltage Vref is applied to the eleventh and twelfth NMOS transistors N11 and N12, the thirteenth and fourteenth NMOS transistors N13 and N14, and the fifteenth and sixteenth NMOS transistors N15 and N16. And when the sense amplifier enable signal PSA is enabled to a "high" level, it acts as a constant current source.
상기와 같이 구성된 일반적인 메인 센스 증폭기의 작용은 다음과 같다.The operation of the general main sense amplifier configured as described above is as follows.
제 11, 제 13 및 제 15 NMOS 트랜지스터(N11, N13, N15)의 게이트에 기준 전압(Vref)이 인가되어 상기 NMOS 트랜지스터들(N11, N13, N15)이 온된 상태에서 데이터의 리드 동작시 센스 증폭기 인에이블 신호(PSA)가 "하이" 레벨로 인에이블되면 제 12, 제 14 및 제 16 NMOS 트랜지스터(N12, N14, N16)가 온되어 메인 센스 증폭기의 동작이 인에이블된다.A sense amplifier during a data read operation in a state in which the reference voltage Vref is applied to the gates of the eleventh, thirteenth, and fifteenth NMOS transistors N11, N13, and N15 so that the NMOS transistors N11, N13, and N15 are turned on. When the enable signal PSA is enabled at the "high" level, the twelfth, fourteenth and sixteenth NMOS transistors N12, N14, and N16 are turned on to enable the operation of the main sense amplifier.
상기와 같이 메인 센스 증폭기의 동작이 인에이블된 상태에서 블록 센스 증폭기로부터의 센스 데이터쌍(DATA, DATAb)이 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스에 하나씩 인가되면 상기 센스 데이터쌍(DATA, DATAb)의 전압차에 의해 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)을 통해 흐르는 전류들(I11, I12)에 차이가 생기게 되고, 상기 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)과 전류들(I11, I12)에 의한 전압이 데이터쌍(SAS0, SAS0b)으로 발생하게 된다.As described above, when the sense data pairs DATA and DATAb from the block sense amplifier are applied to the bases of the first and second NPN transistors Q1 and Q2 while the operation of the main sense amplifier is enabled, the sense data pairs are applied. The voltage difference between DATA and DATAb causes a difference in the currents I11 and I12 flowing through the eleventh and twelfth resistors R11 and R12, and the eleventh and twelfth resistors R11 and R12. Voltages caused by the currents I11 and I12 are generated in the data pairs SAS0 and SAS0b.
그 후, 상기 데이터쌍(SAS0, SAS0b)에 의해 제 3 및 제 4 NPN 트랜지스터(Q3, Q4) 중 하나가 온되어 반전 및 비반전 출력단을 통해 최종 출력 데이터쌍(SAS, SASb)을 발생하게 된다.Thereafter, one of the third and fourth NPN transistors Q3 and Q4 is turned on by the data pairs SAS0 and SAS0b to generate the final output data pairs SAS and SASb through the inverted and non-inverted output terminals. .
한편, 반도체 공정에서 예기치 못한 공정 변화나 그에 상응하는 조건 변화 등으로 인해 메인 센스 증폭기의 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)의 저항값이 설정했던 값보다 낮아지면 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)을 통해 흐르는 전류들(I11, I12)이 설정했던 경우보다 증가하여 데이터쌍(SAS0, SAS0b)의 전압 레벨이 증가되고, 그에 따라 최종 출력 데이터쌍(SAS, SASb)의 이득이 작아지게 된다. 반면, 메인 센스 증폭기의 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)의 저항값이 설정했던 값보다 높아지면 제 11 및 제 12 저항(R11, R12)을 통해 흐르는 전류들(I11, I12)이 설정했던 경우보다 감소하여 데이터쌍(SAS0, SAS0b)의 전압 레벨이 감소되고, 그에 따라 최종 출력 데이터쌍(SAS, SASb)의 이득이 커지게 된다. 이러한 메인 센스 증폭기의 이득 변화는 속도 지연의 한 요인이 된다.Meanwhile, when the resistance values of the eleventh and twelfth resistors R11 and R12 of the main sense amplifier are lower than the preset value due to an unexpected process change or a corresponding condition change in the semiconductor process, the eleventh and twelfth resistors ( The voltages of the data pairs SAS0 and SAS0b are increased by increasing the currents I11 and I12 flowing through R11 and R12, so that the gain of the final output data pairs SAS and SASb is smaller. You lose. On the other hand, when the resistance of the eleventh and twelfth resistors R11 and R12 of the main sense amplifier is higher than the set value, the currents I11 and I12 flowing through the eleventh and twelfth resistors R11 and R12 are set. As a result, the voltage level of the data pairs SAS0 and SAS0b is decreased, thereby increasing the gain of the final output data pairs SAS and SASb. The gain change of this main sense amplifier is one factor of the speed delay.
상기와 같이 반도체 공정에서 메인 센스 증폭기의 저항값이 설정했던 값과 달라지게 되면 메인 센스 증폭기의 이득이 변화하여 센싱 마진, 전류 등의 증가나 속도 지연 등으로 인해 메모리 칩의 특성 변화가 초래되는데, 종래에는 공정 상에서 발생한 메인 센스 증폭기의 저항값 변화를 보정할 수가 없었다.As described above, when the resistance value of the main sense amplifier in the semiconductor process is different from the set value, the gain of the main sense amplifier changes, resulting in a change in characteristics of the memory chip due to an increase in sensing margin, current, or speed delay. In the related art, the change in resistance value of the main sense amplifier generated in the process cannot be corrected.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 일부 구성 블록도로서, 상기 반도체 메모리 장치는 메모리 셀 어레이(도면상 도시되지 않음)와, 블록 센스 증폭기(10)와, 더미 블록 센스 증폭기(20)와, 더미 메인 센스 증폭기(30)와, 기준 전압 발생기(40)와, 레벨 비교기(50)와, 메인 센스 증폭기(60)를 구비하고 있다.2 is a block diagram illustrating some components of a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention, wherein the semiconductor memory device includes a memory cell array (not shown), a
상기 블록 센스 증폭기(10)는 메모리 셀 어레이로부터 리드되는 데이터를 증 폭하여 센스 데이터쌍(DATA, DATAb)을 발생한다.The
상기 더미 블록 센스 증폭기(20)는 전원이 인가되면 리드 또는 라이트 동작에 관계없이 전원 전압을 공급받아 항상 동일한 더미 센스 데이터쌍(DDATA, DDATAb)을 발생한다.When power is applied, the dummy
상기 더미 메인 센스 증폭기(30)는 더미 블록 센스 증폭기(20)로부터의 더미 센스 데이터쌍(DDATA, DDATAb)을 차동 증폭하여 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)을 발생한다.The dummy main sense amplifier 30 differentially amplifies the dummy sense data pairs DDATA and DDATAb from the dummy
상기 기준 전압 발생기(40)는 미리 설정된 레벨의 제 1 및 제 2 기준 전압(V1, V2)을 발생한다. 여기서, 제 1 기준 전압(V1)은 미리 정해진 메인 센스 증폭기(60)의 출력 레벨보다 높은 레벨로 설정되고, 제 2 기준 전압(V2)은 미리 정해진 메인 센스 증폭기(60)의 출력 레벨보다 낮은 레벨로 설정된다. 예를들어 메인 센스 증폭기(60)의 출력 레벨전압이 2.5V로 정해진다면 제1 기준전압(V1)은 3V가 발생되도록 하고, 제2 기준전압(V2)은 2V가 발생되도록 하면 된다.The
상기 레벨 비교기(50)는 더미 메인 센스 증폭기(30)로부터의 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)과 기준 전압 발생기(40)로부터의 제 1 및 제 2 기준 전압(V1, V2)의 레벨을 비교하여 제 1 내지 제 3 제어신호(G1∼G3)를 발생한다.The
상기 메인 센스 증폭기(60)는 블록 센스 증폭기(10)로부터의 센스 데이터쌍(DATA, DATAb)이 하나씩 인가되는 베이스를 가지는 제 1 및 제 2 NMOS 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 NMOS 트랜지스터의 컬렉터에 하나씩 연결되어 레벨 비교기(50)로부터의 제 1 내지 제 3 제어신호(G1∼G3)에 따라 저항값이 가변되는 제 1 및 제 2 가변 저항부를 구비하여 공정 상에서 발생한 저항값의 변화를 보상하고, 상기 저항값의 변화가 보상된 상태에서 상기 센스 데이터쌍(DATA, DATAb)을 차 동 증폭하여 출력 데이터쌍(SAS, SASb)을 발생한다.The
도 3은 도 2에 도시된 메인 센스 증폭기의 회로도로서, 상기 메인 센스 증폭기(60)는 도 1에 도시된 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 제 11 저항(R11) 대신 제 1 가변 저항부(61)가 연결되고, 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 제 12 저항(R12) 대신 제 2 가변 저항부(62)가 연결되어 구성된다.3 is a circuit diagram of the main sense amplifier illustrated in FIG. 2, wherein the
상기 제 1 가변 저항부(61)는 도 2에 도시된 레벨 비교기(50)로부터의 제 1 내지 제 3 제어신호(G1∼G3)에 따라 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 저항값을 가변시킨다. 상기 제 1 가변 저항부(61)는 전원 전압이 인가되는 일단을 가지는 제 1 저항(R1)과, 상기 제 1 저항(R1)의 타단에 연결된 일단을 가지는 제 2 저항(R2)과, 상기 제 2 저항(R2)의 타단에 연결된 일단을 가지는 제 3 저항(R3)과, 상기 제 1 및 제 2 저항(R1, R2) 사이에 연결된 드레인과 제 1 제어신호(G1)가 인가되는 게이트와 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결된 소스를 가지는 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)와, 상기 제 2 및 제 3 저항(R2, R3) 사이에 연결된 드레인과 제 2 제어신호(G2)가 인가되는 게이트와 상기 제 1 NMOS 트랜지스터(N1)의 소스에 연결된 소스를 가지는 제 2 NMOS 트랜지스터(N2)와, 상기 제 3 저항(R3)의 타단에 연결된 드레인과 제 3 제어신호(G3)가 인가되는 게이트와 상기 제 1 및 제 2 NMOS 트랜지스터(N1, N2)의 소스에 연결된 소스를 가지는 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)로 구성된다.The first
상기 제 2 가변 저항부(62)는 도 2에 도시된 레벨 비교기(50)로부터의 제 1 내지 제 3 제어신호(G1∼G3)에 따라 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 저항값을 가변시킨다. 상기 제 2 가변 저항부(62)는 전원 전압이 인가되는 일단을 가지는 제 4 저항(R4)과, 상기 제 4 저항(R4)의 타단에 연결된 일단을 가지는 제 5 저항(R5)과, 상기 제 5 저항(R5)의 타단에 연결된 일단을 가지는 제 6 저항(R6)과, 상기 제 4 및 제 5 저항(R4, R5) 사이에 연결된 드레인과 제 1 제어신호(G1)가 인가되는 게이트와 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 연결된 소스를 가지는 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)와, 상기 제 5 및 제 6 저항(R5, R6) 사이에 연결된 드레인과 제 2 제어신호(G2)가 인가되는 게이트와 상기 제 4 NMOS 트랜지스터(N4)의 소스에 연결된 소스를 가지는 제 5 NMOS 트랜지스터(N5)와, 상기 제 6 저항(R6)의 타단에 연결된 드레인과 제 3 제어신호(G3)가 인가되는 게이트와 상기 제 4 및 제 5 NMOS 트랜지스터(N4, N5)의 소스에 연결된 소스를 가지는 제 6 NMOS 트랜지스터(N6)로 구성된다.The second
아울러, 도면상 도시된 바는 없으나 더미 메인 센스 증폭기(30)는 도 3에 도시된 메인 센스 증폭기(60)와 유사한 회로 구성을 가진다. 즉, 더미 메인 센스 증폭기(30)의 경우 도 3에 도시된 제 12, 제 14 및 제 16 NMOS 트랜지스터(N12, N14, N16)의 게이트에 센스 증폭기 인에이블 신호(PSA) 대신 전원 전압이 인가되고, 제 1 및 제 3 제어신호(G1, G3) 대신 접지 전압이 인가되고, 제 2 제어신호(G2) 대신 전원 전압이 인가되어 제 1 및 제 2 저항(R1, R2)에 의해 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 저항값이 결정되고, 제 4 및 제 5 저항(R4, R5)에 의해 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 저항값이 결정된 상태에서 리드 또는 라이트 동작에 관계없이 항상 일정한 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)을 발생하도록 구성되어 있다.In addition, although not shown in the drawing, the dummy main sense amplifier 30 has a circuit configuration similar to that of the
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 반도체 메모리 장치에 전원이 인가되면 더미 블록 센스 증폭기(20)가 더미 센스 데이터쌍(DDATA, DDATAb)을 발생하여 더미 메인 센스 증폭기(30)에 출력하고, 상기 더미 메인 센스 증폭기(30)는 입력받은 더미 센스 데이터쌍(DDATA, DDATAb)을 차동 증폭하여 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)을 발생하여 레벨 비교기(50)에 출력한다.First, when power is applied to the semiconductor memory device, the dummy
그 후, 레벨 비교기(50)는 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)의 전압 레벨을 기준 전압 발생기(40)로부터의 제 1 및 제 2 기준 전압(V1, V2)의 레벨과 비교한다. 이 때, 반도체 공정에서 예기치 못한 공정 변화나 그에 상응하는 조건 변화 등으로 인해 저항값 변화가 발생한 경우에는 더미 메인 센스 증폭기(30)에서 발생되는 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)의 전압 레벨이 제 1 기준 전압(V1)의 레벨보다 높아지거나 제 2 기준 전압(V2)의 레벨보다 낮아지게 되고, 저항값 변화가 발생하지 않은 경우에는 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)의 전압 레벨이 제 1 기준 전압(V1)과 제 2 기준 전압(V2) 사이의 레벨이 된다.The
따라서, 레벨 비교기(50)는 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)의 레벨이 제 1 기준 전압(V1)의 레벨보다 높으면 "하이" 레벨로 인에이블된 제 1 제어신호(G1)와 "로우" 레벨의 제 2 및 제 3 제어신호(G2, G3)를 발생하여 메인 센스 증폭기(60)에 출력하고, 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)의 레벨이 제 2 기준 전압(V2)의 레벨보다 낮으면 "하이" 레벨로 인에이블된 제 3 제어신호(G3)와 "로우" 레벨의 제 1 및 제 2 제어신호(G1, G2)를 발생하여 메인 센스 증폭기(60)에 출력하고, 더미 출력 데이터쌍(DSAS, DSASb)의 레벨이 제 1 기준 전압(V1)과 제 2 기준전압(V2) 사이의 레벨이면 "하이" 레벨로 인에이블된 제 2 제어신호(G2)와 "로우" 레벨의 제 1 및 제 3 제어신호(G1, G3)를 발생하여 메인 센스 증폭기(60)에 출력한다.Accordingly, the
그 결과, 제 1 제어신호(G1)가 "하이" 레벨로 인가되는 경우에는 메인 센스 증폭기(60)의 제 1 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N1, N4)가 온되어 제 1 저항(R1)에 의해 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 저항값이 결정되고 제 4 저항(R4)에 의해 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 저항값이 결정되며, 제 2 제어신호(G2)가 "하이" 레벨로 인가되는 경우에는 제 2 및 제 5 NMOS 트랜지스터(N2, N5)가 온되어 제 1 및 제 2 저항(R1, R2)에 의해서 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 저항값(R1+R2)이 결정되고 제 4 및 제 5 저항(R4, R5)에 의해서 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 저항값(R4+R5)이 결정되며, 제 3 제어신호(G3)가 "하이" 레벨로 인가되는 경우에는 제 3 및 제 6 NMOS 트랜지스터(N3, N6)가 온되어 제 1 내지 제 3 저항(R1∼R3)에 의해서 제 1 NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 저항값(R1+R2+R3)이 결정되고 제 4 내지 제 6 저항(R4∼R6)에 의해서 제 2 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 저항값(R4+R5+R6)이 결정된다.As a result, when the first control signal G1 is applied at the "high" level, the first and fourth NMOS transistors N1 and N4 of the
상기한 과정은 메인 센스 증폭기(60)의 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터(Q1, Q2)의 컬렉터 저항값이 설정했던 값보다 커져서 출력 데이터쌍(SAS, SASb)의 이득이 높아진 경우에는 제 1 및 제 4 NMOS 트랜지스터(N1, N4)를 온시켜 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터(Q1, Q2)의 컬렉터 저항값을 감소시키고, 제 1 및 제 2 NPN 트랜지 스터(Q1, Q2)의 컬렉터 저항값이 설정했던 값보다 작아져서 출력 데이터쌍(SAS, SASb)의 이득이 낮아진 경우에는 제 3 및 제 6 NMOS 트랜지스터(N3, N6)를 온시켜 제 1 및 제 2 NPN 트랜지스터(Q1, Q2)의 컬렉터 저항값을 증가시킴으로써 공정 변화로 인한 메인 센스 증폭기(60)의 이득 변화를 자동으로 최소화시키는 과정이다.The above process is performed when the collector resistor values of the first and second NPN transistors Q1 and Q2 of the
상기와 같은 과정을 통해 메인 센스 증폭기(60)의 이득이 결정된 상태에서 상기에서 설명된 바와 같은 데이터의 리드 동작이 수행되면 공정 변화로 인한 저항값 변화가 발생되었다 하더라도 메인 센스 증폭기(60)에서 발생되는 출력 데이터쌍(SAS, SASb)의 이득은 변하지 않게 된다.When the read operation of the data as described above is performed while the gain of the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치는 반도체 공정에서 예기치 못한 공정 변화나 그에 상응하는 조건 변화 등으로 인해 메인 센스 증폭기(60)에 구비된 저항들(R1∼R6)의 저항값이 변한다 하더라도 메인 센스 증폭기(60)의 이득은 변하지 않으므로 종래 기술과 같이 센싱 마진, 전류 등의 증가나 속도 지연 등이 초래되지는 않는다.Accordingly, in the semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, the resistance values of the resistors R1 to R6 included in the
아울러, 도 2에는 설명의 편의를 위하여 블록 센스 증폭기와 메인 센스 증폭기가 하나씩만 도시되어 있지만 통상적으로 반도체 메모리 장치는 복수개의 블록 센스 증폭기들과 복수개의 메인 센스 증폭기들을 가지고 있으므로 레벨 비교기(50)에서 발생되는 제 1 내지 제 3 제어신호(G1∼G3)는 모든 메인 센스 증폭기들에 인가되어 공정 변화로 인한 저항값 변화를 보상한다.In addition, although only one block sense amplifier and one main sense amplifier are shown in FIG. 2 for convenience of description, since the semiconductor memory device typically includes a plurality of block sense amplifiers and a plurality of main sense amplifiers, the
이와 같이 본 발명에 의한 반도체 메모리 장치는 반도체 공정에서 예기치 못한 공정 변화나 그에 상응하는 조건 변화 등으로 인해 메인 센스 증폭기의 저항값에 변화가 일어났을 때 이를 자동으로 보상하여 메인 센스 증폭기의 이득 변화를 최소화하기 때문에 센싱 마진, 전류 등의 증가나 속도 지연 등으로 인한 메모리 칩의 특성 변화가 방지되는 효과가 있다.
As described above, the semiconductor memory device according to the present invention automatically compensates for a change in the resistance value of the main sense amplifier due to an unexpected process change or a corresponding condition change in the semiconductor process to compensate for the gain change of the main sense amplifier. This minimizes the change in memory chip characteristics due to increased sensing margins, currents, or speed delays.
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