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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterspeicherbauelement und
auf ein Verfahren zum Aufbau eines solchen.
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Im
allgemeinen umfassen Maßnahmen
zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit
von Rechnersystemen eine Verbesserung sowohl der Betriebsgeschwindigkeit
der Zentralrechnereinheit (CPU) als auch der Leistungsfähigkeit
von Speicherbauelementen, welche Daten und/oder Programme speichern,
die von der CPU benötigt
werden. Um die Leistungsfähigkeit
von Speicherbauelementen zu steigern, sollte die Bandbreite pro
Zeiteinheit erhöht werden.
Die Bitleitungsdaten einer Speicherzelle werden selektiv über Dateneingabe-/Datenausgabeschaltungen
abhängig
von der Anzahl an Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
zu letzteren übertragen.
Normalerweise hängt
die Menge an in einer gegebenen Zeitspanne aus dem Speicher zu lesenden oder
in ihn zu schreibenden Daten, d. h. die Bandbreite, direkt von der
Anzahl an Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
ab.
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Die
auf die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen einer Halbleiterspeicherbauelementes
geladenen Speicherzellendaten bestimmen die Betriebsgeschwindigkeit
des Bauelementes. Speziell ist die Betriebsgeschwindigkeit durch
die Zeitdauer zwischen dem Abtasten der in der Speicherzelle gespeicherten,
zu lesenden Daten und dem Ausgeben der Daten auf die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
bzw. durch die Zeitdauer bestimmt, die zum Übertragen von zu schreibenden
Daten von den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen zur Speicherzelle
benötigt
wird. Um eine Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit des Halbleiterspeicherbauelementes
zu verhindern, sollte daher die Belastung der Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
möglichst reduziert
werden. Die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen sind mit Spaltenauswahlschaltungen
verbunden, die in der Lage sein sollten, die Belastung der Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
minimal zu halten.
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Die
Patentschrift
DE 690
24 851 T2 offenbart ein Halbleiterspeicherbauelement mit
mehreren Gruppen von Speicherzellen, die mit Wortleitungen und Bitleitungen
verbunden sind, wobei eine Zeilenwahleinrichtung zum gleichzeitigen
Aktivieren mehrerer Wortleitungen in jeder Speicherzellengruppe vorgesehen
ist. Eine den Speicherzellengruppen gemeinsame Spaltenwahleinrichtung
dient zur gleichzeitigen Wahl mehrerer Bitleitungen in jeder Gruppe durch
gleichzeitiges und unabhängiges
Aktivieren mehrerer Spaltenwahlleitungen, um aus jeder Speicherzellengruppe
mehrere Daten auszulesen. Eine Datenwahleinrichtung dient zur Auswahl
von Speicherzellen aus denjenigen Speicherzellen, die durch die
Zeilen- und die
Spaltenwahleinrichtung ausgewählt
sind. An die Datenwahleinrichtung sind einerseits ein außerhalb
eines die Speicherzellengruppen enthaltenden Speicherzellenfeldgebietes
verlaufender gemeinsamer Datenbus und andererseits über eine
Verzögerungseinrichtung
Datenleitungen angekoppelt, die in Bereichen zwischen zugehörigen benachbarten
Speicherzellenblöcken
verlaufen.
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Die
Patentschrift
DE 40
36 091 C2 offenbart einen speziellen Aufbau eines dynamischen
Halbleiterspeichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) vom Typ mit geteilter
Bitleitung und Bitleitungsvorladung, wobei unter anderem auch Bitleitungs-Abtastverstärker und
Leitungstreiber hierfür
sowie ein Bitleitungsentzerrer vorgesehen sind.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Halbleiterspeicherbauelementes mit Spaltenauswahlschaltung sowie
eines Verfahrens zum Aufbau eines entsprechenden Halbleiterspeicherbauelementes
zugrunde, bei dem sich die Belastung von Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
gering halten lässt.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Halbleiterspeicherbauelementes mit
den Merkmalen des Anspruches 1 sowie eines Halbleiterspeicherbauelement-Aufbauverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Obwohl
die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen von mehreren Speicherbänken gemeinsam genutzt
werden, kann deren Belastung gering gehalten werden, da die Signalleitungen
für Spaltenauswahlsignale,
die mit zugehörigen
Auswahlbereichen einer Spaltenauswahlschaltung verbunden sind, in einer
zu Bitleitungen parallelen Richtung angeordnet sind. Zudem können Datenleitungsentzerrer
und Abtastverstärker-Leistungstreiber
in Bitleitungs-Abtastverstärkerbereichen
der Spaltenauswahlschaltung angeordnet werden, so dass sich die
Chipabmessung nicht erhöht.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild eines eine Spaltenauswahlschaltung
enthaltenden Teils eines Halbleiterspeicherbauelementes,
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2 ein
detaillierteres Blockschaltbild eines oberen Teils des Halbleiterspeicherbauelementes
von 1,
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3 eine
detaillierteres Blockschaltbild eines unteren Teils des Halbleiterspeicherbauelementes
von 1,
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4 ein
Schaltbild eines in 2 verwendeten Abtastverstärker-Leistungstreibers,
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5 ein
Schaltbild eines in 2 verwendeten Datenleitungsentzerrers,
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6 eine
schematische Entwurfsansicht des gesamten Halbleiterspeicherbauelementes
mit Spaltenauswahlschaltungen,
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7 ein
Blockschaltbild einer in 6 verwendeten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung,
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8 ein
Schaltbild einer in 7 verwendeten Auswahlsignalerzeugungsschaltung
für eine erste
Bank,
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9 ein
Schaltbild einer in 7 verwendeten Auswahlsignalerzeugungsschaltung
für eine zweite
Bank,
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10 ein
Schaltbild einer in 7 verwendeten Auswahlsignalerzeugungsschaltung
für eine dritte
Bank,
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11 eine
schematische Entwurfsansicht entsprechend 6, jedoch
für ein
modifiziertes Halbleiterspeicherbauelement,
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12 eine
schematische Entwurfsansicht entsprechend 11, jedoch
für ein
weiteres alternatives Halbleiterspeicherbauelement, und
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13 ein
Blockschaltbild eines zu Vergleichszwecken mit 2 gezeigten
Teils eines Halbleiterspeicherbauelementes mit einer Spaltenauswahlschaltung.
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Bei
den gezeigten und nachfolgend beschriebenen Halbleiterspeicherbauelementen
handelt es sich vorzugsweise um sogenannte Rambus-DRAM mit mehreren,
in einer Zeilenrichtung angeordneten Speicherbänken RB0, RB1, ..., RB15 und
mehreren, in einer Spaltenrichtung angeordneten Speicherblöcken DQ0,
... DQ15, die sich eine Gruppe globaler Datenleitungen teilen. Die
Anzahl an globalen Datenleitungen I0 und I0B kann je nach der Speicherarchitektur
des Rambus-DRAM variieren, wobei im folgenden beispielhaft eine
Speicherarchitektur mit vier globalen Datenleitungen I0 und I0B
betrachtet wird.
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Die 1 bis 3 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Dabei zeigt 1 einen
Teil eines Halbleiterspeicherbauelementes 100, der eine
Spaltenauswahlschaltung enthält,
wobei ein oberer und ein unterer Teil des Halbleiterspeicherbauelementes 100 genauer
in den 2 bzw. 3 dargestellt sind.
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Wie
aus 2 ersichtlich, umfasst der obere Teil des Halbleiterspeicherbauelementes 100 eine erste
Bank RB0 und eine benachbarte zweite Bank RB1 sowie eine Dateneingabe- /Datenausgabeschaltung 220 mit
Abtastverstärkern 118 und 119 und
einer Spaltenauswahlschaltung 120 zwischen der ersten und
der zweiten Bank RB0, RB1. Die Spaltenauswahlschaltung 120 wählt eine
vorgegebene Anzahl von Bitleitungspaaren aus einer Mehrzahl von
Bitleitungen der ausgewählten
Bank RB0 oder RB1 aus und weist die ausgewählten Bitleitungspaare einer Anzahl
von globalen Datenleitungspaaren I0 und/I0 zu.
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Die
Anzahl an globalen Datenleitungen I0, /I0 kann variiert werden.
In einer bevorzugten Realisierung wird als übersichtliches Beispiel ein
Paar globaler Datenleitungen I0 und I0B betrachtet, die an 64 Bitleitungspaare
angekoppelt sind. 32 ungradzahlige Bitleitungspaare BLi und /BLi,
mit i = 2n + 1 und n = 0, ..., 31, die eine Hälfte der 64 Bitleitungspaare
BLi und /BLi, mit i = 0, ..., 63, der ersten Bank RB0 bilden, sind
mit dem unteren Teil der ersten Bank RB0 gekoppelt, während die übrigen 32
geradzahligen Bitleitungspaare BL1 und /BLi, mit i = 2n und n =
0, ..., 31, mit dem oberen Teil der ersten Bank RB0 gekoppelt sind.
Im Gegensatz dazu sind 32 geradzahlige Bitleitungspaare BL1 und
/BLi, mit i = 2n und n = 0, ..., 31, welche eine Hälfte der
64 Bitleitungspaare BL1 und /BLi, mit i = 0, ..., 63, der zweiten
Bank RB1 bilden, mit dem unteren Teil der zweiten Bank RB1 gekoppelt,
während
die übrigen
32 ungeradzahligen Bitleitungspaare BLi und /BLi, mit i = 2n + 1
und n = 0, ..., 31, mit dem oberen Teil der zweiten Bank RB1 gekoppelt
sind.
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32
ungeradzahlige Bitleitungspaare BL1 und /BLi, i = 2n + 1 und n =
0, ..., 31, der ersten Bank RB0 und 32 ungeradzahlige Bitleitungspaare
BL1 und /BLi, i = 2n + 1 und n = 0, ..., 31, der zweiten Bank RB1
sind jeweils mit NMOS-Abtastverstärkern N-S/A bzw. PMOS-Abtastverstärkern P-S/A
gekoppelt und teilen sich selbige. Die Abtastverstärker 118 und 119 umfassen
die NMOS-Verstärker N-S/A
und PMOS-Verstärker
P-S/A, tasten Bitleitungsdaten der ausgewählten Bank ab und übertragen
die abgetasteten Bitleitungsdaten zur Spaltenauswahlschaltung 120.
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Ein
Abtastverstärker-Massesignal
LAB mit einem Massespannungspegel und ein Abtastverstärker-Leistungssignal
LA mit einem Leistungsspannungspegel werden den Abtastverstärkern 118 bzw. 119 zugeführt, wobei
das Abtastverstärker-Massesignal LAB mit
der Massespannung des NMOS-Abtastverstärkers N-S/A verbunden ist,
während
das Abtastverstärker-Leistungssignal LA
mit der Leistungsspannung des PMOS-Verstärkers P-S/A verbunden ist.
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4 zeigt
eine Realisierung eines Abtastverstärker-Leistungstreibers 116,
wie er in 3 verwendet ist. Wie aus 4 ersichtlich,
erzeugt der Abtastverstärker-Leistungstreiber 116 ein
PMOS-Abtastfreigabesignal LAPG, das die Zuführung einer Leistungsversorgungsspannung
VCCA zum PMOS-Abtastverstärker P-S/A
veranlasst. In gleicher Weise erzeugt der Leistungstreiber 116 auch
ein NMOS-Abtastfreigabesignal LANG, das die Zuführung der Massespannung VSSA
zum NMOS-Abtastverstärker N-S/A
veranlasst. Diese beiden Signale werden in Abhängigkeit davon erzeugt, ob
ein Bankauswahlsignal PCBSEL1 auf hohem Logikpegel liegt und ein
Abtastfreigabesignal PS, das die Bitleitungsabtastung steuert, auf
hohem Logikpegel liegt. Die Leistungsversorgungsspannung VCCA und
die Massespannung VSSA werden der Leistungsspannung LA des PMOS-Abtastverstärkers P-S/A
bzw. der Massespannung LAB des NMOS-Abtastverstärkers N-S/A in Abhängigkeit
von der Aktivierung des PMOS-Abtastfreigabesignals auf niedrigen
Logikpegel und des NMOS-Abtastfreigabesignals LANG auf hohen Logikpegel
zugeführt.
Des weiteren beaufschlagt der Abtastverstärker-Leistungstreiber 116, wenn
keine Abtastverstärkung
erfolgt, die Leistungsspannung LA des PMOS-Abtastverstärkers P-S/A und
die Massespannung LAB des NMOS-Abtastverstärkers N-S/A über einen
Entzerrer 117, der auf ein Entzerrersignal LAEQ des Abtastverstärker-Leistungstreibers 116 anspricht,
mit einer Vorladungsspannung VBL, die der halben Leistungsspannung VCCA
entspricht.
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Die
Spaltenauswahlschaltung 120 von 2 wählt aus
den 64 Bitleitungspaaren der zwischen benachbarten Bänken RB0
und RB1 ausgewählten Bank
ein den Abtastverstärkern 118 und 119 zugewiesenes
Bitleitungspaar aus. Im gezeigten Beispiel wählt die Spaltenauswahlschaltung 120 ein
Bitleitungspaar aus der zweiten Bank RB1 aus.
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Wie
aus 2 weiter ersichtlich, weist die Spaltenauswahlschaltung 120 erste,
zweite und einen dritten Auswahlteil 122, 124 und 126 auf.
Die ersten Auswahlteile 122 verbinden die 32 Bitleitundspaare
des oberen Teils der zweiten Bank RB1 mit ersten Datenleitungspaaren
FDL in Reaktion auf das Bankauswahlsignal PCBSEL1, das die Auswahl
der zweiten Bank RB1 anzeigt. Die ersten Auswahlteile 122 beinhalten
erste NMOS-Transistoren
TAi, i = 0, ..., 63, von denen jeder mit einer Gate-Elektrode an das
Bankauswahlsignal PCBSEL1, mit einer Source-Elektrode an eine Bitleitung BLi, i
= 2n + 1 und n = 0, ..., 31, und mit einer Drain-Elektrode an eine
erste Datenleitung FDL angeschlossen ist. Das Bankauswahlsignal
PCBSEL1 wird hierbei von einer Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung
bereitgestellt, die weiter unten genauer beschrieben wird. Kurz
gesagt wählt
das Bankauswahlsignal PCBSEL1 Bitleitungen, die mit dem oberen Teil
der zweiten Bank RB1 zu verbinden sind, in Abhängigkeit von einem Spaltenadressenpuffersignal
und von Bankadressen aus. Signalleitungen für das Bankauswahlsignal PCBSEL1
sind in den ersten Auswahlteilen 122 und im dritten Auswahlteil 126 in
einer Richtung senkrecht zu den Bitleitungen der zweiten Bank RB1 angeordnet,
d. h. in der Richtung parallel zu Wortleitungen.
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Die
zweiten Auswahlteile bzw. -bereiche 124 verbinden von den
ersten Datenleitungspaaren FDL, die von den ersten Auswahlbereichen 122 bedient werden,
diejenigen ersten Datenleitungspaare, die zu den Spaltenauswahlsignalen
CSLi, i = 0, ..., 31, gehören,
mit zweiten Datenleitungspaaren SDL in Abhängigkeit von den Spaltenauswahlsignalen
CSLi, i = 0, ..., 31, welche die Adressen der Bitleitungen der zweiten
Bank RB1 angeben. Die zweiten Auswahlbereiche 124 beinhalten
zweite NMOS-Transistoren TBi,
i = 0, ..., 63, von denen jeder mit einer Gate-Elektrode an ein zugehöriges Spaltenauswahlsignal
CSLi, i = 0, ..., 31, mit einer Source-Elektrode an eine erste Datenleitung
FDL und mit einer Drain-Elektrode an eine zweite Datenleitung SDL
angeschlossen ist.
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Die
zweiten Datenleitungspaare SDL werden hierbei als lokale Datenleitungen
bezeichnet. Ein Datenleitungsentzerrer 114 ist mit den
zweiten Datenleitungspaaren SDL verbunden. Der in 5 detaillierter
gezeigte Datenleitungsentzerrer 114 kann identisch zu dem
Entzerrer 117 des Abtastverstärker-Leistungstreibers 116 von 4 sein.
Der Datenleitungsentzerrer 114 beaufschlagt das zweite
Datenleitungspaar SDL mit einer Vorspannung VBL in Abhängigkeit
von einem hohen Logikpegel des Entzerrersignals LAEQ oder vom PMOS-Abtastfreigabesignal
LAPG des Abtastverstärker-Leistungstreibers 116 gemäß 4.
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Die
Steuerung des Datenleitungsentzerrers 114 durch das Entzerrersignal
LAEQ oder das PMOS-Abtastfreigabesignal LAPG stimmt mit dem Betrieb
der Abtastverstärker 118 und 119 gemäß 2 in
Abhängigkeit
vom Entzerrersignal LAEQ und vom PMOS-Abtastfreigabesignal LAPG überein. Dies
bedeutet, dass beim Betrieb der Abtastverstärker 118 und 119,
wenn eine Vorspannung VBL an die Leistungsspannung LA und die Massespannung
LAB der Abtastverstärker 118 und 119 in
Abhängigkeit vom
hohen Logikpegel des Entzerrersignals LAEQ angelegt wird oder die
Leistungsversorgungsspannung VCCA in Abhängigkeit vom hohen Logikpegel des
PMOS-Abtastfreigabesignals LAPG nicht an die Leistungsspannung LA
des Abtastverstärkers 118 angelegt
wird, die zweiten Datenleitungen mit einer Vorladungsspannung in
Abhängigkeit
vom Entzerrersignal LAEQ oder vom PMOS-Abtastfreigabesignal LAPG vorgespannt
werden, so dass der Betrieb der Abtastverstärker 118 und 119 stoppt.
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Der
dritte Auswahlbereich 126 verbindet das jeweils durch den
zweiten Auswahlbereich 124 ausgewählte, zweite Datenleitungspaar
SDL mit dem Dateneingabe-/Datenausgabeleitungspaar I0, /I0 in Abhängigkeit
vom Bankauswahlsignal PCBSEL1. Der dritte Auswahlbereich 126 beinhaltet
dritte NMOS-Transistoren TCi, i = 0, 1, von denen jeder mit einer
Gate-Elektrode an das Bankauswahlsignal PCBSEL1, mit einer Source-Elektrode
an die zweite Datenleitung SDL und mit einer Drain-Elektrode an die
Dateneingabe-/Datenausgabeleitung I0, /I0 angeschlossen ist.
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Somit übertragen
in der Spaltenauswahlschaltung 120 die ersten NMOS-Transistoren
TAi, i = 0, ..., 63, der ersten Auswahlbereiche 122 die
Daten der Bitleitungen der zweiten Bank RB1 über die ersten Datenleitungspaare
FDL jeweils zu den zweiten NMOS-Transistoren TBi, i = 0, ..., 63,
der zweiten Auswahlbereiche 124 in Abhängigkeit von dem an die Gate-Elektroden
der ersten NMOS-Transistoren TAi, i = 0, ..., 63, der ersten Auswahlbereiche 122 angelegten
Bankauswahlsignal PCBSEL1. Jeder der zweiten NMOS-Transistoren TB1,
i = 0, ..., 63, der zweiten Auswahlbereiche 124 wählt eines
der ersten Datenleitungspaare FDL in Abhängigkeit von dem an jede Gate-Elektrode
angelegten Spaltenauswahlsignal CSLi, i = 0, ..., 31, aus und überträgt die Daten des
ausgewählten
ersten Datenleitungspaares über die
zweiten Datenleitungen SDL zu den dritten NMOS-Transistoren TCi,
i = 0, 1, des dritten Auswahlbereiches 126. Die dritten
NMOS-Transistoren TCi, i = 0, 1, des dritten Auswahlbereichs 126 übertragen
die Daten des zweiten Datenleitungspaares SDL zum Dateneingabe-/Datenausgabeleitungspaar I0,
/I0 in Abhängigkeit
von dem an die Gate-Elektroden angelegten Bankauswahlsignal PCBSEL1.
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In
der Spaltenauswahlschaltung 120 weist die an die zweite
Bank RB1 angeschlossene Dateneingabe-/Datenausgabeleitung I0 eine Übergangslast
von nur zwei dritten NMOS-Transistoren auf, die mit dem oberen bzw.
unteren Teil der zweiten Bank RB1 verbunden sind. Die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
I0 und /I0 können
die Übergangsbelastung
auf diese Weise selbst dann minimal halten, wenn sie von mehreren
Bänken
gemeinsam genutzt werden.
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Des
weiteren sind die zweiten Auswahlbereiche 124 der Spaltenauswahlschaltung 120 mit
den Spaltenauswahlsignalen CLSi, i = 0, ..., 31, verbunden, die
parallel zu den Bitleitungen angeordnet sind. Da der dritte Auswahlbereich 126 nur
zwei dritte NMOS-Transistoren TC0 und TC1 aufweist, bleibt ein gewisses
Gebiet in einer horizontalen Richtung des dritten Auswahlbereichs 126 übrig. In
genau diesem Gebiet können
der Abtastverstärker-Leistungstreiber 116 und
der Datenleitungsentzerrer 114 angeordnet werden, so dass
sich die Chipabmessung deutlich reduzieren lässt. Dieser Vorteil wird weiter
unten unter Bezugnahme auf 13 im
Detail beschrieben, die ein zum Ausführungsbeispiel von 2 korrespondierendes
Vergleichsbeispiel zeigt. Eine Beschreibung des unteren Teils des
Halbleiterspeicherbauelementes von 3 kann entfallen,
da der Betrieb dieses unteren Teils demjenigen des oberen Teils
von 2 entspricht, der oben erläutert wurde.
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6 veranschaulicht
einen Gesamtentwurf der Felder eines Halbleiterspeicherbauelementes
mit der Spaltenauswahlschaltung gemäß 2. Wie aus 6 ersichtlich,
umfasst hierbei ein Halbleiterspeicherbauelement 200 mehrere
Speicherblöcke 202, 204,
einen Zeilendecoder 206, eine Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung 130,
einen Spaltendecoder 208 und eine nicht gezeigte Schnittstellen-Logikeinheit,
die ein Protokoll für
Kommunikationsvorgänge
mit einem externen Kommunikationskanal bereitstellt.
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Jeder
von den Speicherblöcken 202, 204 umfaßt 16 Bänke RBi,
i = 0, ..., 15, die in einer Zeilenrichtung angeordnet sind, 16
DQi-Blöcke,
i = 0, ..., 15, in Spaltenrichtung, die sich mit jeder Bank RBi überschneiden,
und mehrere Sub-Blöcke
aus den Überlappungen
der 16 RBi-Bänke
und DQi-Blöcke.
Jeder Sub-Block
SB weist 512 Wortleitungen und 256 Bitleitungen auf. Außerdem weist
jeder Speicherblock 202, 204 Dateneingabe- /Datenausgabeschaltungen 220 auf,
von denen jeder eine Spaltenauswahlschaltung 120 gemäß 2 enthält, welche
die Bitleitungen im Sub-Block SB mit Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
verbindet, wobei die Sub-Blöcke
SB eines DQi-Blocks,
i = 0, ..., 15, vier Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen I0i n,
i = 0, ..., 3 und n = 0, ..., 31, gemeinsam nutzen.
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Der
zwischen den Speicherblöcken 202 und 204 angeordnete
Zeilendecoder 206 decodiert Zeilenadressen RA[6:2] von
extern eingegebenen Zeilenadressen RA[8:0], um 128 Wortleitungsfreigabesignale
NWEi zu erzeugen, und er decodiert die niedrigstwertigen Adressen
RA[1:0], um vier nicht gezeigte Wortleitungstreibersignale zu generieren.
Eine der 512 Wortleitungen in einem Sub-Block SB wird in einem Sub-Wortleitungstreiber
SWD in Abhängigkeit von
vier Wortleitungstreibersignalen ausgewählt, die mit einem der Wortleitungsfreigabesignale
NWEi verbunden sind. Das partitionierende Treiberverfahren, bei
dem der Zeilendecoder 206 und der Sub-Wortleitungstreiber
SWD dazu verwendet werden, die nicht gezeigte Wortleitung WL zu
aktivieren, kann die Verzögerung
aufgrund eines unvermeidlichen Anwachsens der Belastung der Wortleitungen
mit steigender Speicherkapazität
minimal halten.
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Des
weiteren empfangen Schnittpunkte CJT, an denen sich Bereiche des
Sub-Wortleitungstreibers SWD und des Bitleitungsabtastverstärkers schneiden,
Steuersignale, wie z. B. ein nicht gezeigtes Entzerrersignal LAEQ,
nicht gezeigte Abtastfreigabesignale LAPG und LANG und Bankauswahlsignale PCBSELi,
i = 0, ..., 15, die von einer Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung 130 erzeugt
werden, welche im folgenden näher
erläutert
wird.
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Die
Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung 130 generiert das
Bankauswahl PCBSELi, i = 0, ..., 15, zu dem Zweck, die mit der Spaltenauswahlschaltung 120 gemäß 2 zu
verbindenden Bänke RBi,
i = 0, ..., 15, auszuwählen.
Das Bankauswahlsignal PCBSE Li, i = 0, ..., 15, dient dazu, die Spaltenauswahlschaltung 120,
die von benachbarten Bänken
RB0 und RB1 gemeinsam genutzt wird, mit der ausgewählten Bank
zu verbinden.
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7 veranschaulicht
eine Realisierung der Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung 130 genauer.
Wie daraus ersichtlich, empfängt
die Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung 130 eine Spaltenadresse
CA0, ein Spaltenadresspuffersignal PYAL sowie eine erste bis vierte
Bankadresse CBSEL<0>, CBSEL<1>, CBSEL<2> und CBSEL<3>, um ein Bankauswahlsignal
PCBSELi, i = 0, ..., 15, zu generieren, um damit eine von einer
Anzahl von z. B. 16 Bänken
auszuwählen.
Im Detail umfasst die Bankauswahlsignalerzeugungsschaltung 130 einen ersten,
zweiten und dritten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 132, 134 und 136.
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Der
erste Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 132 generiert
ein erstes bis viertes Bankdecodiersignal BDCA01<i>,
i = 0, ..., 3, in Abhängigkeit
vom Spaltenadresspuffersignal PYAL sowie der ersten und zweiten
Bankadresse CBSEL<0> und CBSEL<1>. Im Detail decodiert
hierbei, wie aus 8 ersichtlich, der erste Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 132 die
erste und zweite Bankadresse CBSEL<0> und CBSEL<1>, um ein erstes bis viertes
Vor-Bankdecodiersignal p_BDCA01<i>, i = 0, ..., 3, zu
erzeugen, von denen eines auf niedrigem Logikpegel liegt. Das erste
bis vierte Vor-Bankdecodiersignal p_BDCA01<i>,
i = 0, ..., 3, werden in Abhängigkeit
vom Spaltenadresspuffersignal PYAL als erstes bis viertes Bankdecodiersignal
BDSA01<i>, i = 0, ...3, übertragen.
Hierbei entsprechen das erste bis vierte Bankdecodiersignal jeweils
dem Inversen des ersten bis vierten Vor-Bankdecodiersignals p_BDCA01<i>, i = 0, ..., 3.
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9 zeigt
detaillierter den zweiten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 134 von 7.
Wie daraus ersichtlich, entspricht er weitgehend dem ersten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 132 von 8,
mit Ausnahme der Bankadres sen. Statt der ersten und zweiten Bankadresse CBSEL<0> und CBSEL<1> von 8 decodiert
der zweite Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 134 die
dritte und vierte Bankadresse CBSEL<2> und
CBSEL<3> in Abhängigkeit
vom Spaltenadresspuffersignal PYAL, um ein fünftes bis achtes Bankdecodiersignal
BDCA23<i>, i = 0, ..., 3, zu
erzeugen. Die Beschreibung des Teils des zweiten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreises
von 9 mit derselben Struktur wie im ersten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis
von 8 braucht hier nicht nochmals wiederholt werden.
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10 zeigt
genauer den dritten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 136 von 7. Dieser
umfasst einen Bankdecodierteil 138 zum Verknüpfen der
ersten bis achten Bankdecodiersignale BDCA01<i> und
BDCA23<i>, i = 0, ..., 3, der
Spaltenadresse CA0 und der invertierten Spaltenadresse /CA0. Der
Bankdecodierteil 138 beinhaltet 17 Bankdecoder 140, 141,
..., 156, und jeder Bankdecoder verknüpft vier von dem ersten bis
achten Bankauswahlsignal BCSA01<i> und BDCA23<i>, i = 0, ..., 3, und
empfängt
selektiv die Spaltenadresse CA0 oder die inverse Spaltenadresse
/CA0, um Bankauswahlsignale PCBSELi, i = 0, ..., 16, zu erzeugen.
Jeder Bankdecoder 140, 141, ..., 156 weist
zwei NAND-Gatter G1 und G2 mit je drei Eingängen sowie ein NAND-Gatter
G3 mit zwei Eingängen
auf, welches die Ausgangssignale der beiden NAND-Gatter G1 und G2
mit den drei Eingängen
empfängt.
Jeder Bankdecoder führt
somit eine ODER-Verknüpfung der
von den NAND-Gattern G1 und G2 mit den drei Eingängen decodierten Ausgangssignale
durch.
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Vier
von dem ersten bis achten Bankauswahlsignal BDCA01<i> und BDCA<i>, i = 0, ..., 3, sind
paarweise zwei benachbarten Bankdecodern 140, 141,
..., 156 zugeordnet. Die benachbarten Bankdecoder 140, 141,
..., 156 erzeugen dann Bankauswahlsignale PCBSELi, i =
0, ..., 16, auf hohem Logikpegel in Abhängigkeit von der Spaltenadresse CA0
oder der invertierten Spaltenadresse /CA0. Beispielhaft werden nachfolgend
der zweite und dritte Bankdecoder 141 und 142 zur
Erzeugung der Bankaus wahlsignale PCBSEL1 und PCBSEL2 erläutert, welche
den oberen bzw. unteren Teil der zweiten Bank RB1 von 1 auswählen.
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Um
die zweite Bank RB1 von 2 auszuwählen, wird nur die zweite Bankadresse
CBSEL<1> auf hohem Logikpegel
dem ersten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 132 gemäß 7 bereitgestellt,
während
die anderen Bankadressen CBSEL<0>, CBSEL<2> und CBSEL<3> dem ersten und zweiten
Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreis 132 und 134 auf
niedrigem Logikpegel zugeführt
werden. Dementsprechend erzeugen letztere gemäß 7 ein zweites
und fünftes
Bankauswahlsignal BDCA01<1> bzw. BDCA23<0> auf hohem Logikpegel.
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Der
zweite Bankdecoder 141 des dritten Bankauswahlsignalerzeugungsschaltkreises 136 empfängt das
erste Bankauswahlsignal BDCA01<0>, das fünfte Bankauswahlsignal BDCA23<0> und die Spaltenadresse
CA0 über
das NAND-Gatter G1 mit den drei Eingängen und empfängt das
zweite Bankauswahlsignal BDCA01<1>, das fünfte Bankauswahlsignal
BDCA23<0> und die Spaltenadresse
CA0 über
das NAND-Gatter G2 mit den drei Eingängen. Der dritte Bankdecoder 142 empfängt das
zweite Bankauswahlsignal BDCA01<1>, das fünfte Bankauswahlsignal BDCA23<0> und die inverse Spaltenadresse
/CA0 über
das NAND-Gatter G1 mit den drei Eingängen und empfängt das
dritte Bankauswahlsignal BDCA01<2>, das fünfte Bankauswahlsignal BDCA23<0> und die inverse Spaltenadresse
/CA0 über
das NAND-Gatter G2 mit den drei Eingängen.
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Um
daher die zweite Bank RB1 von 1 auszuwählen, werden
dem zweiten und dem dritten Bankdecoder 141 und 142 das
decodierte zweite Bankauswahlsignal BDCA01<1> auf
hohem Logikpegel und das fünfte
Bankauswahlsignal BDCA23<0> zugeführt. Hierbei
gelangt das Gatter G2 mit den drei Eingängen des zweiten Bankdecoders 141 wegen
des invertierten Spaltenauswahlsignals /CA0 zum Auswählen des
oberen Teils der zweiten Bank RB1 von 1 auf niedrigen
Logikpegel, so dass das Bankauswahlsignal PCBSEL1 auf hohem Logikpegel
gelangt. Das Bankauswahlsignal PCBSEL1 auf hohen Logikpegel wählt den
oberen Teil der zweiten Bank RB1 von 2 aus. Umgekehrt gelangt
das Gatter G1 mit den drei Eingängen
des dritten Bankdecoders 142 wegen des Spaltenauswahlsignals
CA0 zum Auswählen
des oberen Teils der zweiten Bank RB1 von 1 auf niedrigen
Logikpegel, und das Bankauswahlsignal PCBSEL2 gelangt auf hohen
Logikpegel. Das Bankauswahlsignal PCBSEL2 auf hohem Logikpegel wählt den
unteren Teil der zweiten Bank RB1 von 3 aus.
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Nochmals
bezugnehmend auf 6 ist daraus ersichtlich, dass
der Spaltendecoder 208 eine extern eingegebene Spaltenadresse
CA[5:1] decodiert, um Spaltenauswahlsignale CSLk, k = 0, ..., 31, zu
erzeugen. Das jeweilige Spaltenauswahlsignal CSLk, k = 0, ..., 31,
wird der Spaltenauswahlschaltung 120 gemäß den 2 und 3 in
einer Richtung parallel zu den Bitleitungen bereitgestellt, wie
in 1 dargestellt. Der Betrieb der Spaltenauswahlschaltung 120 gemäß den 2 und 3 hinsichtlich
des Empfangs der Spaltenauswahlsignale CSLk, k = 0, ..., 31, und
der Bankauswahlsignale PCBSEL1 und PCBSEL2 auf hohem Pegel wurde
bereits erläutert.
Daraus ergibt sich, dass die Spaltenauswahlsignale CSLk, k = 0,
..., 31, der Spaltenauswahlschaltung 120 der 2 und 3 256
Bitleitungspaare jedes Sub-Blockes SB adressieren, in welchem zum jeweiligen
Zeitpunkt von den 256 Bitleitungspaaren vier Bitleitungen ausgewählt werden.
Daher sind für das
Halbleiterspeicherbauelement 200 gleichzeitig Eingaben
und Ausgaben über
vier Bitleitungspaare zu und von einem Sub-Block SB eines DQ-Blocks DQi,
i = 0, ..., 15, über
die Spaltenauswahlschaltung 120 mit vier Dateneingabe-/Datenausgabeleitungspaaren
I0i_n, i = 0, ..., 3 und n = 0, ..., 31, möglich. Das Halbleiterspeicherbauelement 200 kann
somit jeweils vier Bitleitungsdaten zu und von jedem der DQ-Blöcke DQi,
i = 0, ..., 15, der zwei Speicherblöcke 202 und 204 eingeben
bzw. ausgeben und somit ein x128-Dateneingabe-/Datenausgabeverfahren durchführen.
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Bei
dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist eine jeweilige Bank B0 einen von demjenigen der Bank RB0 von 6 verschiedenen
Aufbau auf. Die Bank RB0 von 6 teilt
sich die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen I0i, i = 0, ... 3,
mit anderen Bänken
RB1, RB2, ..., RB15 desselben DQ-Blocks DQi, i0 = , ..., 15, während sich
die Bank B0 von 11 die Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
nicht mit anderen Bänken
B1, ..., Bn teilt und separate globale Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen
GIOi_n, i = 0, ..., 3 und n gleich der Anzahl von Bänken, besitzt.
Die Bank RB0 von 6 ist in einer Spaltenrichtung
in Sub-Blöcke
SB unterteilt, von denen jeder 256 Bitleitungen aufweist. Im Gegensatz
dazu umfasst die Bank B0 von 11 eine Mehrzahl
von Sub-Blöcken
SB, die dadurch entstehen, dass die Bank B0 sowohl in einer Zeilenrichtung als
auch in einer Spaltenrichtung aufgeteilt wird. Die übrigen Bänke B1,
..., Bn besitzen dieselbe Struktur wie die Bank B0 und können in
Form einer Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sein.
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Zwischen
den Sub-Blöcken
SB der Bank B0 von 11 sind in Spalten Sub-Wortleitungstreiber SWD
angeordnet, während
in Zeilen zwischen den Sub-Blöcken
SB, in Bitleitungs-Abtastverstärkerbereichen
zum Abtasten von Bitleitungsdaten, Datenleitungsentzerrer EQ zum
Entzerren lokaler Datenleitungen LI0s sowie Schaltbereiche MUX zum
Verbinden der lokalen Datenleitungen LI0s mit der globalen Dateneingabe-/Datenausgabeleitung
GIOi_n, i = 0, ..., 3 und n gleich der Anzahl von Bänken, angeordnet sind.
Die lokalen Datenleitungen LIOs entsprechen im wesentlichen den
zweiten Datenleitungen SDL der Spaltenauswahlschaltung 120 von 2,
und die globalen Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen GIOi_n entsprechen
im wesentlichen den Dateneingabe-/Datenausgabeleitungen I0 von 2.
Außerdem
sind die Datenleitungsentzerrer EQ dieselben wie der Datenleitungsentzerrer 114 von 2,
und die Schaltbereiche MUX entsprechen den dritten Datenauswahlbereichen 126 von 2.
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Im
Halbleiterspeicherbauelement 300 mit dem Layout von 11 sind
in den Leitungs-Abtastverstärkerbereichen
das Entzerrersignal LAEQ und das PMOS-Abtastfreigabesignal LAPG
des Abtastverstärker-Leistungstreibers 116 gemäß 4 vorgesehen.
Die Datenleitungsentzerrer EQ und die Schaltbereiche MUX können daher
in die Bitleitungs-Abtastverstärkerbereiche
implementiert sein, ohne dass es notwendig ist, eine Steuersignalleitung hinzuzufügen.
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12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit einem Layout, das im wesentlichen demjenigen von 11 entspricht.
Jedoch sind in 12 Datenleitungsentzerrer in
den zu 6 beschriebenen Schnittpunkten CJT angeordnet,
während
die Datenleitungsentzerrer EQ von 11 in
den Bitleitungs-Abtastverstärkerbereichen
angeordnet sind. Außerdem
sind in den Schnittpunkten CJT nicht gezeigte Abtastverstärker-Leistungstreiber
LA/LAB angeordnet. Dies bedeutet, dass das Anordnen der Schaltbereiche
MUX, welche die Betriebsgeschwindigkeit des Halbleiterspeicherbauelementes
beeinflussen, in den Bitleitungs-Abtastverstärkerbereichen für einen
Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Halbleiterspeicherbauelementes 300 von
Vorteil ist. Hingegen können
die Datenleitungsentzerrer EQ und die Abtastverstärker-Leistungstreiber
LA/LAB, die nur einen geringeren Einfluß auf die Betriebsgeschwindigkeit
haben, in den Schnittpunkten CJT angeordnet werden, da das Entzerrersignal
LAEQ, das vom Abtastverstärker-Leistungstreiber
LA/LAB 116 gemäß 4 bereitgestellt
wird, als ein Steuersignal für
die Datenleitungsentzerrer EQ verwendet werden kann.
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13 zeigt
als ein Vergleichsbeispiel zur Spaltenauswahlschaltung 120 von 2 ein
Halbleiterspeicherbauelement 10 mit einer Spaltenauswahlschaltung 20.
Letztere wählt,
wie im Fall der Spaltenauswahlschaltung 120 von 2,
von 32 Bitleitungspaaren der ausgewählten Bank ein Bitleitungspaar aus.
Jedoch beinhaltet das Halbleiterspeicherbauelement 10 von 13 des
weiteren trennende Bereiche 12 und 14. Außerdem weist
die Spaltenauswahlschaltung 20 4:1-Spaltenauswahlbereiche 31,
..., 38 und einen 8:1-Spaltenauswahlbereich 40 auf,
im Gegensatz zur Spaltenauswahlschaltung 120 von 2 mit
den ersten, den zweiten und dem dritten Auswahlbereich 122, 124 und 126.
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Die
trennenden Bereiche 12 und 14 des Halbleiterspeicherbauelementes 10 weisen NMOS-Transistoren
auf, die mit Gate-Elektroden
an Bankauswahlsignale PCBSELi angeschlossen sind und die ausgewählte Bank
mit der Spaltenauswahlschaltung 20 verbinden. Die trennenden
Bereiche 12 und 14 sind zwischen der von den benachbarten Bänken RB0
und RB1 gemeinsam genutzten Spaltenauswahlschaltung 20 und
dem unteren und oberen Teil der jeweiligen benachbarten Bänke RB0
und RB1 angeordnet und verbinden die ausgewählte Bank mit der Spaltenauswahlschaltung 20 und
trennen die nicht ausgewählte
Bank von der Spaltenauswahlschaltung 20. Mit anderen Worten
werden die NMOS-Transistoren des trennenden Bereiches 12, der über dem
oberen Teil der zweiten Bank RB1 angeordnet ist, leitend geschaltet,
wenn das Bankauswahlsignal PCBSEL2_U zum Auswählen des oberen Teils der zweiten
Bank RB1 aktiviert wird, so dass die ungeradzahligen Bitleitungspaare
BLi und /BLi, i = 2n + 1 und n = 0, ..., 31, der zweiten Bank RB1
mit der Spaltenauswahlschaltung 20 verbunden werden.
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Die
Spaltenauswahlschaltung 20 weist acht 4:1-Spaltenauswahlteile 31,
..., 38 und einen 8:1-Spaltenauswahlteil 40 auf.
Jeder 4:1-Spaltenauswahlteil 31, ..., 38 wählt von
vier Zeilenbitleitungspaaren in Abhängigkeit von ersten Spaltenauswahlsignalen
CSLF0, CSLF1, CSLF2 bzw. CSLF3, die an erste Spaltenauswahltransistoren
TFi, i = 0, ..., 7, angelegt werden, ein Bitleitungspaar aus und
ordnet es dem 8:1-Spaltenauswahlteil 40 zu. Letzterer wählt von den
Ausgangssignalen der acht 4:1-Spaltenauswahlteile 31, ..., 38 in
Abhängigkeit
von zweiten Spaltenauswahlsignalen CSLS0, CSLS1, ..., CSLS7, die jeweils
an zweite Spaltenauswahltransistoren TSi_1 und TSi_2, i = 0, ...,
7, angelegt werden, ein Ausgangssignal aus und transferiert das
ausgewählte Ausgangssignal
zu einem Dateneingabe-/Datenausgabeleitungspaar I0, /I0.
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Die
mit dem oberen und unteren Teil der zweiten Bank RB1 in der Spaltenauswahlschaltung 20 verbundene
Dateneingabe-/Datenausgabeleitung I0
ist jedoch mit einer hohen Übergangsbelastung von
den 16 zweiten Spaltenauswahltransistoren TSi_1 und TSi_2, i = 0,
..., 7, beaufschlagt. Das bedeutet, dass es durch die Verwendung
der Spaltenauswahlschaltung 120 gemäß 2 im Vergleich
zur Spaltenauswahlschaltung 20 von 13 möglich ist, die Übergangsbelastung
zu minimieren.
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Außerdem stellt
das Halbleiterspeicherbauelement 10 von 13 die
Spaltenauswahlschaltung 20 mit den ersten und zweiten Spaltenauswahlsignalen
CSLFi und CSLSj, i = 0, ..., 3 und j = 0, ..., 7, in eine Richtung
senkrecht zu den Bitleitungen und parallel zu den Wortleitungen
bereit. Für
eine solche Architektur müssen
jedoch die Linien der ersten und zweiten Spaltenauswahlsignale CSLFi
und CSLSj, i = 0, ..., 3 und j = 0, ..., 7, in den Schnittpunktbereichen CJT
angeordnet sein, wie zum Halbleiterspeicherbauelement 200 von 6 beschrieben,
was die Schnittpunktfläche
erhöht.
Als Folge hiervor vergrößern sich
die Bereiche der Sub-Wortleitungstreiber SWD, was die Chipabmessung
vergrößert.
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Des
weiteren sind dadurch, dass durch die zweiten Spaltenauswahltransistoren
TSi_1 und TSi_2, i = 0, ..., 7, in den 8:1-Spaltenauswahlbereichen 40 Bauraum des
Halbleiterspeicherbauelementes belegt wird, der Datenleitungsentzerrer 114 und der
Abtastverstärker-Leistungstreiber 116,
wie in 6 gezeigt, in den Schnittpunkten CJT angeordnet
und nicht in der Spaltenauswahlschaltung 120, wie dies
bei der Spaltenauswahlschaltung 120 von 2 der
Fall ist, was die Chipabmessung weiter erhöht. Das erfindungsgemäße Halbleiterspeicherbauelement
hat somit gegenüber
dem Halbleiterspeicherbauelement von 13 den
Vorteil einer geringeren Abmessung.