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JPS6011395B2 - semiconductor memory - Google Patents
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JPS6011395B2 - semiconductor memory - Google Patents

semiconductor memory

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Publication number
JPS6011395B2
JPS6011395B2 JP54111763A JP11176379A JPS6011395B2 JP S6011395 B2 JPS6011395 B2 JP S6011395B2 JP 54111763 A JP54111763 A JP 54111763A JP 11176379 A JP11176379 A JP 11176379A JP S6011395 B2 JPS6011395 B2 JP S6011395B2
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JP
Japan
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data line
memory
memory cell
layout
data
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JP54111763A
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清男 伊藤
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/401Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells
    • G11C11/403Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells with charge regeneration common to a multiplicity of memory cells, i.e. external refresh
    • G11C11/404Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming cells needing refreshing or charge regeneration, i.e. dynamic cells with charge regeneration common to a multiplicity of memory cells, i.e. external refresh with one charge-transfer gate, e.g. MOS transistor, per cell

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体メモ川こおけるメモリアレーの構成に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the structure of a memory array in a semiconductor memory device.

従来1ケのトランジスタで1ビットを構成するメモリ、
たとえばM○S(Metal−○幻de一Semic−
ond此tor)メモリでは第1図、第2図のような回
路が採用されていた。
Conventional memory consists of one bit with one transistor,
For example, M○S (Metal-○ illusion deichi Semic-
In the memory, circuits such as those shown in FIGS. 1 and 2 were used.

すなわち第1図において、たとえばメモリセルMCoを
読み出す場合には「 ワード線Woとt 他のデータ線
Do に属するダミーワード線DW,に同時にパルスを
印加し、メモリセルMCoとDM.からの読み出し信号
として、2本のデータ線Do、Do に現われる微少な
差動信号出力を、プリアンプPAoのセット信号Set
をオンにすることによってプリァンブPんを動作ごせて
増幅し、Do,Do のいずれか一方のデータ線に現わ
れた電圧を検出して情報“1”,“0”を弁別していた
。ここで差動信号出力が発生する理由は以下の通りであ
る。ダミーセルDM,の容量Coに記憶されている電圧
は、メモリセルCoに記憶されている情報“1”,“0
”に対応した電圧のほぼ中間に設定されるから、ダミー
セルの読み出いこよりデータ線に現われる電圧はメモリ
セルの“1”,“0”読み出しによるデータ線電圧のほ
ぼ中間となる。従って、この中間値と“1”,“0”出
力との差が極性の異なる差動信号出力となる。
That is, in FIG. 1, for example, when reading a memory cell MCo, a pulse is simultaneously applied to a word line Wo and a dummy word line DW belonging to another data line Do, and read signals from memory cells MCo and DM. The minute differential signal output appearing on the two data lines Do and Do is connected to the set signal Set of the preamplifier PAo.
By turning on the preamplifier P, the preamplifier P is activated and amplified, and the voltage appearing on either the Do or Do data line is detected to discriminate between information "1" and "0". The reason why differential signal output is generated here is as follows. The voltage stored in the capacitor Co of the dummy cell DM is equal to the information “1” and “0” stored in the memory cell Co.
”, the voltage that appears on the data line after reading the dummy cell is approximately halfway between the data line voltage when reading “1” and “0” from the memory cell. The difference between the intermediate value and the "1" and "0" outputs becomes a differential signal output with different polarity.

第2図は第1図に示す回路を複数個(例えばここでは6
4ケ)BIチップ内に実装してBIメモリを構成した場
合の幾何学的配置を考慮した回路の概略を示す図である
Figure 2 shows a plurality of circuits shown in Figure 1 (for example, 6 here).
4) It is a diagram schematically showing a circuit in consideration of the geometric arrangement when a BI memory is configured by being mounted in a BI chip.

図中白丸印がメモリセル、悪丸印がダミーセルである。
たとえば、前記のようにしてデ−タ線Doに現われた信
号を外部に取り出すには、アドレス信号Aoによってト
ランジスタQoをオンにして、データ線Doの信号をメ
インアンプMAに入力して増幅し、データ出力Do山と
して、チップ外にとり出す。さてこのような構成での欠
点は次の点に要約される。すなわち■データ線Do,D
o に現われた差動の信号の片方のみをメインアンプM
Aで増幅することになるので高速性の点で劣る。■片方
の信号をとり出すためにDo,Do の電気的不平衛が
生じやすく誤動作の原因となる。
In the figure, white circles are memory cells, and bad circles are dummy cells.
For example, in order to take out the signal appearing on the data line Do as described above, the transistor Qo is turned on by the address signal Ao, and the signal on the data line Do is input to the main amplifier MA and amplified. It is taken out from the chip as the data output Do pile. Now, the drawbacks of such a configuration can be summarized as follows. In other words, ■Data lines Do, D
Main amplifier M outputs only one side of the differential signal appearing at
Since it is amplified by A, it is inferior in terms of high speed. ■Since one signal is taken out, electrical imbalance between Do and Do is likely to occur, causing malfunction.

■電気的特性を平衡させるべきデータ線Do,Doが、
チップ内で幾何学的に近接してないために、D。,Do
に不平衡雑音が結合しやすく、プリアンプをオンにし
た場合に誤動作の原因となる。これらの欠点により、高
速にして、高安定なLSI〆モリの設計には従釆限界が
あった。本発明の一つの目的は、高集積化が可能なメモ
リの素子レイアウト方式を提供することにある。このた
めに、本発明の一つの実施例は、ダイナミック・ランダ
ム・アクセス・メモリのメモリセルを構成するアクセス
・トランジスタの内、隣接するワード線に属する前記ト
ランジスタのドレィン領域を共通の拡散領域としたもの
である。
■The data lines Do, Do whose electrical characteristics should be balanced are
D due to lack of geometrical proximity within the chip. ,Do
unbalanced noise is likely to couple with the preamplifier, causing malfunction when the preamplifier is turned on. Due to these drawbacks, there are limits to the design of high-speed, highly stable LSI memory. One object of the present invention is to provide a memory element layout method that allows high integration. To this end, one embodiment of the present invention makes the drain regions of the access transistors belonging to adjacent word lines a common diffusion region among the access transistors constituting the memory cells of the dynamic random access memory. It is something.

以下実施例で詳細に説明する。第3図は、その回路例を
示すものである。
This will be explained in detail in Examples below. FIG. 3 shows an example of the circuit.

すなわち差動読み出し信号が現われるデータ線対Do,
Do を図中のように近接して平行に配置し、かつワー
ド線Wo〜W斑,DWo,DW,の各々1本とD。,D
。の交点の中で、一方の交点のみにメモリセルを接続す
る。あるメモリセル(たとえばMC筋)読み出す場合に
は、そのセルが接続されていないデータ線Doに接続さ
れているダミーセルDM。を同時に読み出して、データ
線○o,Doに現われた差動電圧をプリアンプPAoで
有効に利用する。またプリアンプPへで増幅された差動
信号は、デコーダの出力であるアドレス信号Aoの印加
によってトランジスタQo,Qoを通り差動のアンプM
Aに入力し、再び差動で増幅される。このように本発明
では、第2図の場合とはまったくDo,Do の電気的
平衡度は何ら阻害されることはない。第4図は、Do,
Doの電気的平衡度を保つたままでのメモリセル(8ビ
ット)の接続法の概略図である。図中a,b,cはDo
,Doにそれぞれ1ケおき、2ケおき、4ケおきにメモ
リセルを接続する方法である。第5図a、第6図はシリ
コンゲートプロセスを用いて第4図b,cを実現するレ
イアウト例である。第5図bは第5図aのAA′部の断
面図である。
That is, the data line pair Do, where differential read signals appear,
Do are arranged close to each other in parallel as shown in the figure, and one each of word lines Wo to W, DWo, DW, and D. ,D
. A memory cell is connected to only one of the intersections. When reading a certain memory cell (for example, MC line), a dummy cell DM is connected to a data line Do to which that cell is not connected. are simultaneously read out, and the differential voltage appearing on the data lines ○o and Do is effectively used by the preamplifier PAo. Further, the differential signal amplified by the preamplifier P passes through the transistors Qo and Qo by applying the address signal Ao, which is the output of the decoder, to the differential amplifier M.
A and is amplified differentially again. As described above, in the present invention, the electrical balance between Do and Do is not disturbed in any way as compared to the case of FIG. Figure 4 shows Do,
FIG. 2 is a schematic diagram of a method of connecting memory cells (8 bits) while maintaining electrical balance of Do. In the figure, a, b, and c are Do
, Do are connected to every other memory cell, every second memory cell, and every fourth memory cell, respectively. 5A and 6 are layout examples for realizing FIGS. 4B and 4C using a silicon gate process. FIG. 5b is a cross-sectional view of section AA' in FIG. 5a.

図中、ポリシリコンで形成された記憶容量形成電極cp
は、第1図のような、メモリセル内の記憶容量Coを形
成するためのものである。400,41川まシリコン基
板600内に形成され、トランジスタQを形成するため
のドレィンとソース(又はソースとドレイン)であり4
20は41川こ対応して、Coを形成するためのドレイ
ン(又はソース)である。
In the figure, a storage capacitor forming electrode cp made of polysilicon
is for forming the storage capacitance Co in the memory cell as shown in FIG. 400, 41 are formed in the silicon substrate 600 and are the drain and source (or source and drain) for forming the transistor Q.
20 corresponds to 41 and is a drain (or source) for forming Co.

記憶容量形成電極Cpおよびワード線W斑,W59、等
はポリシリコンで形成され、データ線D,等はアルミニ
ウムで形成されている。データ線D,等とワード線W5
9等は絶縁膜2001こより分離されている。1001
まデータ線Do,Do等と拡散層400とのコンタクト
部である。
The storage capacitor forming electrode Cp and the word line W, W59, etc. are formed of polysilicon, and the data line D, etc. are formed of aluminum. Data line D, etc. and word line W5
9 and the like are separated from the insulating film 2001. 1001
It is also a contact portion between the data lines Do, Do, etc. and the diffusion layer 400.

記憶容量Coの形成は、N−チャネルMOSでは、cp
に高電圧を加えると、その直下に形成されるチャネルと
cp間の容量がCoとなる。
In N-channel MOS, the storage capacity Co is formed by cp
When a high voltage is applied to , the capacitance between the channel formed directly below and CP becomes Co.

第5図を用いて動作を簡単に説明すると、ワード線たと
えばW6oにパルス電圧を印加するとトランジスタQ(
第1図MCo内のQに相当)はオンとなり、Coの記憶
電圧はデータ線Doの容量とCoで分圧された形でDo
に電圧が現われることになる。一方、これと対になるデ
ータ線Doには、トランジスタQが存在しないから、出
力は現われない。Doに現われる出力は、前述したよう
にダミーセル(図中省略)からの出力だけとなる。なお
第5図から明らかなようにDoとD,におけるコンタク
ト部の拡散層間の距離を中間にAI配線が存在するため
に、大にできる。そのためDo,D.間のパンチスルー
が避けられる利点もある。さらに第3図の他の利点はプ
リァンプPへのレイアウトが従来に比べ容易となること
である。すなわち従来の第1図、第2図では、互いに一
直線上にレイアウトされているDo,Doの中間に、メ
モリセルよりもはるかに占有面積大でしかも回路構成の
複雑なPAoをレイアウトしなければならず、データ線
のピッチを考えるとこれはきわめて困難であった、しか
し第3図では、データ線のピッチ方向に対して、従来の
ほぼ2倍のレイアウト上の面積的余裕がでてくるので、
レイアウトがきわめて容易となる。またプリアンプPA
oの配置は第3図のようにMA側でもよいし、あるいは
Do,Do 上の池端(W63側)でもよい。
To briefly explain the operation using FIG. 5, when a pulse voltage is applied to the word line, for example, W6o, the transistor Q (
(corresponding to Q in MCo in Figure 1) is turned on, and the memory voltage of Co is divided by the capacitance of data line Do and Co.
A voltage will appear. On the other hand, since the transistor Q does not exist on the data line Do paired with this, no output appears. The output appearing at Do is only the output from the dummy cell (not shown), as described above. As is clear from FIG. 5, the distance between the diffusion layers of the contact portions Do and D can be increased due to the presence of the AI wiring in the middle. Therefore, Do, D. It also has the advantage of avoiding punch-throughs in between. Another advantage of FIG. 3 is that the layout for the preamplifier P is easier than in the past. In other words, in the conventional Figures 1 and 2, PAo, which occupies a much larger area than the memory cell and has a more complex circuit configuration, must be laid out between Do and Do, which are laid out in a straight line with each other. First, considering the pitch of the data lines, this was extremely difficult, but in Figure 3, there is almost twice as much space in the layout as in the conventional layout in the direction of the data line pitch.
Layout becomes extremely easy. Also preamplifier PA
o may be placed on the MA side as shown in FIG. 3, or on the pond edge (W63 side) above Do, Do.

W63側にPへを配置すると第3図のごとき、片端にの
みレイアウトの比較的困難な制御回路(PAo,Qoな
ど)が集中するこはなくなる。場合によってはプリアン
プをデータ線上のMA側とW63とで交互に配置するこ
ともできる。このように本発明によればレイアウトの自
由度を大幅に増すことができる。また第5図、第6図で
は、ワード線がポリSiの例であるが、ワード線がAI
の場合にも同様にレイアウト可能で、またAIゲートの
場合にも同様である。
By arranging P on the W63 side, control circuits whose layout is relatively difficult (PAo, Qo, etc.) are not concentrated at one end as shown in FIG. 3. In some cases, preamplifiers may be alternately arranged on the MA side and W63 on the data line. As described above, according to the present invention, the degree of freedom in layout can be greatly increased. Furthermore, in FIGS. 5 and 6, the word line is made of poly-Si, but the word line is made of AI.
A similar layout is possible in the case of , and the same is true in the case of an AI gate.

また本例では1ケのトランジスタで1ビットを構成する
例であったが、データ対線から差動に信号を取り出すた
めに、ワード線との2交点の一方にのみメモリセルを接
続し、かつダミーセルを利用した第3図、第4図の考え
方を応用すれば、すべてのメモリは1に適用できること
は明らかである。
Also, in this example, one bit is configured with one transistor, but in order to extract signals differentially from the data pair lines, a memory cell is connected only to one of the two intersections with the word line, and It is clear that all memories can be applied to 1 by applying the concept shown in FIGS. 3 and 4 using dummy cells.

第3図において、CD,CDはデータの書込み、謙出し
のための共通のデータ線である。以上から高速、高安定
動作のメモリは1が実現できることになる。
In FIG. 3, CD and CD are common data lines for writing and outputting data. From the above, a memory with high speed and highly stable operation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図は1ケのトランジスタで1ビットを構成
する従来のメモリ構成、第3図はデータ対線の片側から
だけ読み出し信号が出力する本発明の実施例、第4図は
メモリセルの結線法、第5図、第6図はSiゲートを例
にしたレイアウトの実施例である。 Do,Do ,D.・・・・・・データ線、Wo・・・
W既・・・…ワード線、DWo,DW.・・・…ダミー
セルのワード線、MCo,MC.・・・…メモリセル、
DMo,DM,…・・・ダミーセル、Co・・・・・・
記憶容量、Qメモリセル内トランジスタ、WD……ワー
ドドライバ、Qo,Q〜Q母・・・・・・データ線選択
用トランジスタ、Ao〜ん3・・・・・・アドレス信号
、PAo〜PA63・・・・・・プリァンプ、MA……
メインアンプ、Set……セット信号、CP・・・・・
・Co形成用電極。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図
Figures 1 and 2 show a conventional memory configuration in which one bit is configured with one transistor, Figure 3 shows an embodiment of the present invention in which a read signal is output from only one side of a pair of data lines, and Figure 4 shows a memory configuration. 5 and 6 show an example of a layout using a Si gate as an example. Do, Do, D. ...Data line, Wo...
W Already... Word line, DWo, DW. ...Dummy cell word line, MCo, MC. ...memory cell,
DMo, DM, dummy cell, Co...
Storage capacity, transistor in Q memory cell, WD...word driver, Qo, Q~Q mother...transistor for data line selection, Ao~3...address signal, PAo~PA63... ...Preamp, MA...
Main amplifier, Set...Set signal, CP...
・Electrode for Co formation. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 1つの列に対応するデータ線と、前記列に隣接する
列に対応するデータ線とを組として差動型センス・アン
プの入力端子に結合されるようにした、FETを含むメ
モリ・セルを複数個行列に配置した半導体メモリにおい
て、同一のデータ線に属し、かつ隣り合うワード線に属
するメモリ・セルのFETのドレインもしくはソースが
共通であることを特徴とする半導体メモリ。
1. A memory cell including a FET, in which a data line corresponding to one column and a data line corresponding to a column adjacent to the column are coupled as a set to an input terminal of a differential sense amplifier. 1. A semiconductor memory in which a plurality of semiconductor memories are arranged in rows and columns, and the drains or sources of FETs of memory cells belonging to the same data line and adjacent word lines are common.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE JOURNAL OF SOLID STATE CIRCUITS=1973 *

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