JP2004508654A - 隠れリフレッシュをサポートするデュアルポートセルを有する半導体メモリ - Google Patents
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Abstract
Description
発明の技術分野
本発明は一般的には半導体メモリ、より詳細には、隠れリフレッシュをサポートするデュアルポートメモリセルを採用するダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)に関する。
【0002】
関連技術の記載
半導体メモリデバイスは何年も前から良く知られている。これらデバイスは、典型的には、揮発性メモリデバイス、例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ(dynamic random access memory、DRAM)と、不揮発性メモリ、例えば、静的ランダムアクセスメモリ(static random access memory、SRAM)の2つのタイプのいずれかに大別される。不揮発性メモリは、通常は、いったんメモリセル内にデータが書きこまれると、データを無期限に保存する。これらセルは、セル内に格納された電荷が適当な条件下において無期限に維持されるように設計される。不揮発性メモリは長所として電荷を無期限に格納することができるが、ただし、不揮発性メモリデバイス内のメモリセルは、揮発性メモリ内のメモリセルと比較して、通常はかなり大きく、メモリセルが大きなほど半導体ダイ上の空間を多く消費することとなる。
【0003】
揮発性メモリデバイスでは電荷は非常に短期間しか格納できず、セル内の電荷は定期的にリフレッシュすることを要求される。揮発性メモリは短所として各メモリセル内の電荷をリフレッシュすることを要求されるが、ただし、揮発性メモリデバイス内のメモリセルのサイズは、典型的には、不揮発性メモリ内のセルサイズよりかなり小さい。このようにセルサイズが小さなために、揮発性メモリセルでは、ある与えられたダイ空間内に、同一のダイ空間内に形成可能な不揮発性メモリセルの数と比較して、より多くの数のメモリセルを形成することができる。今日のマイクロコンピュータ用途においては、典型的には、多量のランダムアクセスメモリが要求或いは少なくとも要望される。更に、ますます高速なデータ処理が要望されているために、同一のダイ内にますます多量のランダムアクセスメモリが論理回路と共に組込まれる傾向にある。例えば、最近のマイクロプロセッサは、典型的には、キャッシュとして機能する多量のオン・チップメモリを含む。あるアレイ内のメモリの量の増加すると、そのアレイ内の全メモリセルをリフレッシュするために要求される時間量も増加し、このために、さもなければ「読出し(read)」及び「書込み(write)」動作のために利用できる時間が「盗用(stealing)」されることとなる。
【0004】
様々なキャッシュアーキテクチャにおいてSRAMデバイスの代りにDRAMデバイスを用いることを可能にするシステムを開発するための多くの努力がなされている。これら努力における第一の目的は、システム内により多くのキャッシュメモリをサポートすることと、同時に、コストを削減することに向けられてきた。このようなシステムにおける2つの要件は、DRAMキャッシュが自身のリフレッシュ用件を扱うことができることと、リフレッシュ動作が完全に隠されること、つまり、リフレッシュ動作がユーザに透明となることである。キャッシュの部分をDRAMデバイスを用いて設計しようとする従来の試みは、リフレッシュ動作を隠すという問題を完全に解決するには至っていない。これら研究には、オン・ボードSRAMを利用してDRAMデータの単一の行或いはDRAMデータの複数の行を格納し、データがアドレスされる度に対応する一つ或いは複数の行をリフレッシュのために解放するやり方が含まれる。ただし、これら試みの殆どは、システムを様々な面で制約し、真のランダムアクセスをサポートするとは言えない。
【0005】
本発明は上述の問題を解消或いは少なくとも低減する。
【0006】
発明の概要
本発明は、データを格納するためのメモリセルと、メモリセル内に格納されたデータをリフレッシュするためのリフレッシュ回路を有する集積回路デバイスに向けられる。一つの実施例においては、このデバイスは、メモリ要素、読出し/書込みアクセスデバイス及びリフレッシュアクセスデバイスを有するメモリセルを備える。読出し/書込みアクセスデバイスには読出し/書込みデジットラインが結合され、リフレッシュアクセスデバイスにはリフレッシュデジットラインが結合される。読出し/書込みデジットラインにはセンス増幅器が結合され、読出し/書込みデジットラインには入/出力回路が結合される。リフレッシュデジットラインにはリフレッシュセンス増幅器が結合される。この発明は、集積回路メモリデバイスとして実現することも、他の半導体デバイスと組合せて、単一の半導体チップ上に実現することも、単一の集積回路パッケージ内に実現することも、或いは個別の集積回路パッケージとして実現し、他の電気回路を介して相互接続することもできる。
【0007】
本発明のもう一面によると、集積回路メモリデバイスを動作する方法が開示される。この方法は、メモリセルを第一のデジットラインに結合する過程と、第一のデジットラインを通じてデータをメモリセルに書き込む過程と、第一のデジットラインからメモリセルを切り離す過程と、メモリセルを第ニのデジットラインに結合する過程と、第ニのデジットラインを通じてメモリセル内に格納されているデータをリフレッシュする過程と、第ニのデジットラインからメモリセルを切り離す過程と、メモリセルを第一のデジットラインに結合する過程と、第一のデジットラインを通じてメモリセル内のデータを読み出す過程と、第一のデジットラインからメモリセルを切り離す過程と、定期的に、メモリセルを第ニのデジットラインに結合し、第ニのデジットラインを通じてメモリセル内のデータをリフレッシュし、第ニのデジットラインからメモリセルを切り離す過程と、を含む。
【0008】
本発明のもう一面によると、半導体メモリセルは、電荷蓄積(メモリ)要素と、電荷蓄積要素に結合され、電荷蓄積要素を読出し/書込みデジットラインに結合するように適合化された第一のアクセストランジスタと、電荷蓄積要素に結合され、電荷蓄積要素をリフレッシュデジットラインに結合するように適合化された第ニのアクセストランジスタとを備える。第一のアクセストランジスタのゲート端子は読出し/書込みワードラインに結合され、第二のアクセストランジスタのゲート端子はリフレッシュワードラインに結合される。
【0009】
本発明のもう一面によると、半導体メモリセルは、基板とこの基板内のS字形活性領域を備える。第一と第二の平行なデジットラインは、このS字形活性領域の、それぞれ、第一と第二の領域と重なる。第一と第二の平行なワードラインは、第一と第二の平行なデジットラインに対して実質的に垂直に延び、S字形活性領域の、それぞれ、第三と第四の領域と重なる。概ね長方形のキャパシタ構造は、S字形活性領域の、第一と第二のワードライン間の第五の領域に対して平行に延び、これと重なる。
【0010】
本発明のさらなる特徴及び長所が付録の図面に示される本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかになるものである。尚、これら図面を通じて、同一のリファレンス符号は原則的に同一のパーツ、要素或いは機能を指す。
【0011】
本発明は様々な修正或いは代替が可能であるが、図面には、これらの内の特定の実施例のみが単に一例として示され、以下に詳細に説明される。ただし、これら特定の実施例の説明は本発明を開示される特定の形態に制限することを意図するものではなく、本発明はクレームによって定義される本発明の精神及び範囲内に入る全ての修正物、均等物及び代替物をカバーするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の幾つかの実施例を以下に説明する。明快さのために、この明細書においては、実際の実現の全ての要素については説明しない。実際の製品を開発するためには、開発者の特定の目標を達成するため、例えば、システム或いは事業と関連する制約を満たすための、様々な実現に固有な決定を行うことが要求され、これら制約は実現によって異なることは勿論である。更に、このような開発のための努力は、複雑で、多くの時間を要することもあり得るが、ただし、それにも関わらず、これらは、当業者にとっては決まりきった従来の手順に過ぎないことも理解できよう。
【0013】
ここに開示される実施例は、キャッシュメモリ用途に対する隠れリフレッシュ動作(hidden refresh operations)をサポートする新たなDRAMアーキテクチャに関する。開示される実施例において用いられるDRAMセルは、1つのキャパシタと2つのアクセストランジスタを備えるデュアルポートDRAMを備える。このDRAMセルは、このキャパシタがこれら2つのアクセストランジスタに対して共通となるように構成される。各アクセストランジスタは、キャパシタと一意なデジットライン(digit line)との間に結合され、これら2つのデジットラインを通じてキャパシタに独立にアクセスできるようにされる。ここに開示されるアーキテクチャにおいて、リフレッシュのためには第二のポートが用いられる。メモリセルのこの第二のポートを介しては、通常の読出し及び書込み動作は許されず、読出し及び書込み動作は、メモリセルの第一のポートを介して遂行される。このため、この第二のポートによって用いられるリフレッシュセンス増幅器(refresh sense amplifier)には、I/Oデバイスは要求されず、このため、この第二のポートと関連するピッチセルオーバヘッド(pitch cell overhead)が最小化され、総面積ペナルティ(overall area penalty)が低減される。
【0014】
図1は、本発明の一つの実施例において採用される一群のダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)セルを示す。説明の前に、実際には、DRAMアレイは、読出し及び書込み動作の際に選択されたセルにアクセスするための行と列にアレイされた多くの類似するセルを含むことに注意する。加えて、複数のこのようなメモリセルを具現するメモリアレイとしては、従来のアドレス復号回路、クロッキング回路、センス増幅器回路、データ及びアドレスバッファ、及びメモリ動作をサポートすることを要求される多くの他の回路(図示せず)が含まれる。更に、本発明は、好ましくは、例えば、マイクロコンピュータと共にオンチップメモリ(on−chip memory)として実現されるが、単独にメモリチップ内に集積化することもできる。例えば、論理回路、プロセッサ回路等の他の回路と共に、例えば、単一の集積回路ダイ内に集積化、或いは単一の集積回路パッケージ内に集積化される場合は、DRAM或いは他のメモリアレイは、本発明を、メモリアレイとオンチップ(on−chip)或いはインパッケージ(in−package)論理或いはプロセッサ回路間の入/出力回路を結合するために用いることで、大きな利益を得ることができる。この結果として、このDRAM或いは他のメモリアレイは、この論理或いはプロセッサ回路によって用いるためのキャッシュメモリを提供することとなる。
【0015】
図2は、本発明を用いるメモリデバイス100が、プロセッサ回路102と共に単一の半導体チップ104内に集積化される構成を示す。チップ104は、信号をチップ104内に導入するため及びこれから取り出すためのリード106を含む。代替として、メモリデバイス100は、半導体チップ内に、プロセッサ回路102とは別個に実現し、これら2つの別個のチップを、単一の集積回路パッケージ104内に一体としてパッケージ化することもできる。この代替においても、リード106によって、信号のパッケージ内への導入及びこれからの取り出しが行われる。他の多様な組合せも可能である。
【0016】
同様に、図3においては、本発明が、一つ或いは複数のバス112を介して他の集積回路デバイスとの相互接続を行うように設計されたメモリデバイス110内で利用される。例えば、DRAMデバイス110は、本発明を採用し、相互接続116を介して、メモリコントローラ114と結合されることに加えて、相互接続バス112を介して、プロセッサ118、可能な他のメモリデバイス120、論理デバイス122、及び周辺デバイス124と結合され、コンピュータシステム130が形成される。このやり方での様々な要素の組合せは周知であり、この構成の一般的な様子が図3に示される。
【0017】
図1に戻り、本発明の一つの実施例において利用されるメモリセル10は、読出し/書込み電界効果トランジスタ12を含み、このソース11Aとドレーン11Bは、読出し/書込みデジットライン14と、メモリキャパシタ16のメモリノード15との間に直列に接続される。メモリキャパシタ16は、ノード15と、Vcc/2なるリファレンス電圧17との間に接続される。読出し/書込みトランジスタ12は、更に、ゲート13を有するが、これはゲート13に接続された行アドレスワードライン(row address word line)18によって運ばれる信号によって導通状態に駆動される。メモリセル10は、更に、リフレッシュ電界効果トランジスタ20を含み、このソース19Aと19Bは、リフレッシュデジットライン22と、キャパシタ16のメモリノード15との間に直列に接続される。このリフレッシュトランジスタ20は、更に、ゲート21を有するが、これはゲート21に接続されたリフレッシュワードライン(refresh word line)24によって運ばれる信号によって導通状態に駆動される。
【0018】
本発明の一つの好ましい形態においては、読出し/書込み電界効果トランジスタ12とリフレッシュトランジスタ20は、それぞれ、アクセス回路を形成し、モード特性が向上されるようなN−チャネルMOSデバイスとして構成される。勿論、当業者においては、本発明から得られる利益を損なうことなく、他の異なるタイプのトランジスタを利用してメモリアレイを構成することもできる。更に、メモリキャパシタ16には、好ましくは、ウェーハの単位面積当たり高いキャパシタンスを示すタイプの半導体とされる。ただし、メモリキャパシタ16は、任意の適当な技術を用いて構成することも、更に、この構造は、必ずしもキャパシタではないことも考え得る。
【0019】
以下では、2‐トランジスタ、1‐キャパシタDRAMセル10の動作について簡単に説明する。セル10の読出し或いは書込み動作に応答して、このメモリアレイへのアドレスが復号され、行アドレスワードライン18上の行アドレス信号が高値論理レベルに駆動され、読出し/書込みトランジスタ12は導通状態に駆動される。リフレッシュワードライン24は、低値論理レベルにとどまり、こうしてリフレッシュトランジスタ20は非導通状態に維持される。読出し/書込みトランジスタ12が導通状態となった状態で、キャパシタ16が読出し/書込みデジットライン14に結合され、データがメモリセル10から読み出される或いはこれに書込まれる。その後、センス増幅器及び他の適当な回路が読出し/書込みデジットライン14に結合され、適当な読出し或いは書込み動作が達成される。この読出し或いは書込み動作が完了した時点で、行アドレスワードライン18は低値論理レベルとなり、読出し/書込みトランジスタ12はターンオフされ、再び、メモリセル10のキャパシタ16が読出し/書込みデジットライン14から隔離される。図1に概略的に示されるように、複数のメモリセル10、10A、10B等が読出し/書込みデジットライン14とリフレッシュデジットライン22との間に接続され、メモリアレイ内にセルの列が形成される。同様にして、複数のメモリセル34、34A、34B等が読出し/書込みデジットライン30とリフレッシュデジットライン32との間に接続され、メモリアレイ内にもう一つのセルの列が形成される。図1に示すように、読出し/書込みデジットライン14とリフレッシュデジットライン22との間に結合されたメモリセル10は、読出し/書込みワードライン18及びリフレッシュワードライン14を読出し/書込みデジットライン30とリフレッシュデジットライン32との間に結合されたメモリセル34と共有する。デジットラインとワードラインを共有し、アレイを形成するメモリセルのこの構成は当業者において周知である。
【0020】
本発明の一面によると、メモリセル10は、特徴として、セル10内のデータをリフレッシュするために専用に用いられるリフレッシュポート(refresh port)26を有する。リフレッシュポート26は、図1に示すリフレッシュトランジスタ20を介してアクセスされるが、メモリセル10とリフレッシュデジットライン22との間の通信を提供する。リフレッシュライン22にはリフレッシュセンス増幅器(refresh sense amplifier)(図4リファレンス)40が結合される。メモリセル10は、更に、読出し/書込みポート28を有し、これはデータをセル10から読み出すとき或いはこれに書き込むときにアクセスされる。読出し/書込みポート28は、読出し/書込みトランジスタ12を介してアクセスされ、メモリセル10と読出し/書込みデジットライン14との間の通信を提供する。読出し/書込みデジットライン14には、セル10を読み出すためのセンス増幅器(図示せず)、並びにメモリセル10とこのアレイの外側のソース或いは宛先との間でデータを転送するための入/出力回路(図示せず)が結合される。このような目的に対するセンス増幅器及び入/出力回路は当分野において周知であり、当業者においては、本発明を採用する製品を構成する際に、この目的のために適当な回路を容易に実現できるものである。
【0021】
図4に示すように、リフレッシュセンス増幅器40のノード43は、アイソレーショントランジスタ46を介して第一のリフレッシュデジットライン42に結合される。リフレッシュセンス増幅器40のノード45は、アイソレーショントランジスタ48を介して第ニのリフレッシュデジットライン44に結合される。アイソレーショントランジスタ46、48は、図4に示す実施例においては、アイソレーショントランジスタ46、48のゲート46A、48Aの所に適当な電離を加えることで「オン」状態に維持される。アイソレーショントランジスタ46、48はリフレッシュセンス増幅器40の動作を安定化する働きをする。
【0022】
リフレッシュセンス増幅器40は、リフレッシュセンス増幅器40のノード43と45の間に交差結合された2つのn型トランジスタ56、58を含む。第一の信号ライン68はこれら交差結合されたn型トランジスタ56、58のドレーンに結合される。リフレッシュセンス増幅器40は、更に、これらもリフレッシュセンス増幅器40のノード43と45の間に交差結合された2つのp型トランジスタ52、54を含む。第ニの信号ライン70はこれら交差結合されたp型トランジスタ52、54のソースに結合される。リフレッシュセンス増幅器40のノード43と45との間には等化トランジスタ60が結合される。更に、2つのバイアストランジスタ62、64が直列に接続され、リフレッシュセンス増幅器のノード43と45の間に直列に結合される。等化信号ライン66が等化トランジスタ60及びバイアストランジスタ62、64のゲートに結合される。バイアストランジスタ62、64間の共通ノードは電源ノード63に結合される。代替として、本発明を実現するために、他の構成及び形態のリフレッシュセンス増幅器を用いることもできる。
【0023】
図4に示すリフレッシュセンス増幅器40の動作は以下の通りである。メモリセル10(図4には図示せず)を第一のリフレッシュデジットライン42或いは第ニのリフレッシュデジットライン44のいずれかに結合する前に、ある電位が等化信号ライン66に加えられる。本発明の一つの実施例においては、ライン66に加えられる電位の大きさは、約2.5ボルトとされ、これはフルVcc電位でもある。この電位が等化信号ライン66に、等化トランジスタ60及びバイアストランジスタ62、64の動作によって加えられると、結果としてリフレッシュセンス増幅器40のノード43と45上の電圧電位が等しくなる。リフレッシュセンス増幅器40のノード43と45上の電圧が等化された後に、ライン66上の信号が接地電位に駆動され、等化トランジスタ60とバイアストランジスタ62、64はターンオフされる。次に、メモリセル10(図4には図示せず)が、そのアクセストランジスタ20(図1リファレンス)を介して第一のリフレッシュデジットライン42に結合される。この例においては、メモリセルが第ニのリフレッシュデジットライン44に結合されることはない。(代替として、メモリセル10を第ニのリフレッシュデジットライン44に結合し、メモリセルを第一のリフレッシュデジットライン42には結合しないようにすることもできる)。メモリセル10上に存在する電荷(或いは不在の電荷)は、第一のリフレッシュデジットライン42に結合されると、リフレッシュセンス増幅器40のノード43と45間の均衡を破る。次に、電圧が第一の信号ライン68に加えられ、交差結合されたn型トランジスタ56、58の動作を通じて、ノード43と45との間の電圧差が増加し始める。次に、ライン68上の信号が接地電位に駆動され、その後、第二の信号ライン70上の信号が接地電位から約2.5ボルトなる全Vcc電位に上げられる。この電位がライン70に加えられると、交差結合されたp型トランジスタ52、54の動作を通じて、リフレッシュセンス増幅器40のノード43と45間の電圧差が更に増幅される。次に、メモリセル10のリフレッシュトランジスタ20(図1リファレンス)がターンオフされ、結果として、メモリセル10のキャパシタ16内に全電荷(full charge)が「捕獲(capturing)」され、こうしてメモリセル10がリフレッシュされる。
【0024】
図4に示すリフレッシュデジットライン及びリフレッシュセンス増幅器の構成は、オープンデジットラインアレイアーキテクチャ(open digit line array architecture)である。オープンデジットラインアレイアーキテクチャにおいては、センシングの際に差動センス増幅器に結合されるデジットラインの2半分(two digit line halves)は、このアレイ内を互いに平行に隣接してはルーティングされない。換言すれば、デジットラインの2半分は、このアレイの異なる部分内を延びる。この構成は当業者においては周知であり、従来から、多くのメモリデバイス(例えば、多くのDRAMデバイス)がこの構成を利用している。
【0025】
図5は、折畳みデジットラインアレイアーキテクチャ(folded digit line array architecture)を利用する本発明のもう一つの実施例を示す。折畳みデジットラインアレイアーキテクチャにおいては、デジットラインの2半分は互いに平行に(ほぼ)隣接してアレイされ、これらデジットラインの2半分はセンシングの際にセンス増幅器(例えば、差動ソース増幅器)に結合される。この構成は、しばしば、折畳みビットラインアーキテクチャとも呼ばれ、センシングの際の共通モード雑音効果を低減する。図5のリフレッシュセンス増幅器80の動作は、図4のリフレッシュセンス増幅器40の動作と同一である。図5に示す実施例においては、ペアのリフレッシュデジットライン42A、42Bが、それぞれ、アイソレーショントランジスタ46A、46Bを介して、リフレッシュセンス増幅器80の、それぞれ、ノード45A、43Aに結合される。更に、第二のペアのリフレッシュデジットライン44A、44Bが、それぞれ、アイソレーショントランジスタ48A、48Bを介して、リフレッシュセンス増幅器80の、それぞれ、ノード45A、43Aに結合される。図5に示す実施例においては、リフレッシュ動作が遂行されるとき、第一のペアのリフレッシュデジットライン42A、42Bがリフレッシュセンス増幅器80に結合されるか、第二のペアのリフレッシュデジットライン44A、44Bがリフレッシュセンス増幅器80に結合され、一般に、両方のペアのリフレッシュデジットラインが同時にリフレッシュセンス増幅器80に結合されることはない。
【0026】
図6は、本発明において用いるのに適するデュアルポートDRAMセルのレイアウトを示す。キャパシタ90は、メモリセルのメモリ要素部分を構成し、このメモリ要素は、それぞれ、ノード91所の読出し/書込みデジットライン92或いはノード93所のリフレッシュデジットライン94に結合される。キャパシタ90の具体的構造としては、複数の許容可能な形態をとることができ、例えば、スタック構造、蜘蛛の巣構造、或いは他の従来のキャパシタ構造が考えられる。「キャパシタオーバビットライン(capacitor over bitline)」技術や、「ビットラインオーバキャパシタ(bitline over capacitor)」技術を用いることもできる。読出し/書込みワードライン96は、起動されると、メモリセル90を読出し/書込みデジットライン92に結合し、一方、リフレッシュワードライン98は、起動されると、メモリセル90をリフレッシュデジットライン94に結合する。
【0027】
図6に示す実施例においては、図示されるように、メモリセルは、約4要素サイズ×4要素サイズの空間を要求し、このため16平方要素サイズのメモリセルとなる。このメモリセルが、図6において4つの点線100内に示される。この文脈においては、「要素サイズ(fueture size)」は、概ね、例えば、ワードライン或いはデジットラインの幅、或いは2つの隣接するワードライン或いは2つの隣接するデジットライン間の間隔の幅に等しい。図6から容易にわかるように、キャパシタ90は、隣接するワードライン、例えば、ワードライン96、98の間に形成及び配置される。図6の実施例においては、N+活性領域102、104は、このアレイを通じてS字形に湾曲する。例えば、N+活性領域102はコンタクト91、93と交差し、N+活性領域104はコンタクト106、108と交差する。アクセストランジスタ(例えば、図1のトランジスタ12、20)は、ワードライン(例えば、ワードライン96、98)がN+活性領域(例えば、N+活性領域102、104)と重なる点に配置される。S字形活性領域の、読出し/書込みデジットライン92とリフレッシュデジットライン94を交互に配置し、更に、読出し/書込みワードライン96とリフレッシュワードライン98を交互に配置する、この構成では、大きな容量値を有する大きなメモリセルを製造することができる。セル面積と容量値を大きくできるために、リフレッシュ動作の際に大きな電荷をリフレッシュデジットラインに送ることができ、オープンデジットラインアレイアーキテクチャと関連する雑音の問題を克服するのに役立つ。
【0028】
本発明の一つの実施例においては、半導体メモリセルは、電荷蓄積(メモリ)要素16と、この電荷蓄積要素16に結合された、電荷蓄積要素16を読出し/書込みデジットライン14に結合するように適合化された第一のアクセストランジスタ12を備える。この電荷蓄積要素16には、更に、第二のアクセストランジスタ20が結合され、これは、電荷蓄積要素16をリフレッシュデジットライン22に結合するように適合化される。第一のアクセストランジスタ12のゲート13は、読出し/書込みワードライン18に結合され、第ニのアクセストランジスタ20のゲート21は、リフレッシュワードライン24に結合される。
【0029】
本発明のもう一つの実施例においては、半導体メモリセルは、基板110と、この基板110内のS字形活性領域102を備える。第一のデジットライン92は第二のデジットライン94と平行に設けられ、これら第一と第二の平行なデジットライン92、94は、S字形活性領域102の、それぞれ、第一と第二の領域112、114と重なる。第一のワードライン96は第二のワードライン98と平行に設けられ、これら第一と第二の平行なワードライン96、98は、第一と第二のデジットライン92、94に対して実質的に垂直に延びる。更に、これら第一と第二の平行なワードライン96、98は、S字形活性領域102の、それぞれ、第三と第四の領域116、118と重なる。概ね長方形のキャパシタ構造90は、このS字形活性領域102の第一と第二のワードライン96と98の間の第五の領域120に対して平行に設けられ、これと重なる。第一のコンタクト91は、第一のデジットライン92とS字形活性領域102の第一の領域112との間を延びる。第ニのコンタクト93は、第ニのデジットライン94とS字形活性領域102の第ニの領域114との間を延びる。前述のように、キャパシタ構造90を第一と第二のデジットライン92、94の上に設けることも、逆に、第一と第二のデジットライン92、94をキャパシタ構造90の上に設けることもできる。これも前述したように、キャパシタ構造90は、スタック構造とすることも、蜘蛛の巣構造とすることも、任意の他の適当なキャパシタ構造とすることもできる。S字形活性領域102は、示される実施例においては、N+S字形活性層を備える。
【0030】
上に開示される特定の実施例は単なる例示にすぎず、本発明は、異なるが均等となるようなやり方にて修正或いは実施することもできる。更に、本発明は、ここに開示された構造或いはデザインの細部に制限されるものではなく、クレームによってのみ制限されるものである。こうして、上に開示の特定の実施例は変更及び修正が可能であり、これら全てのバリエーションが本発明の精神及び範囲内に含まれるものと解され、保護されるべき発明はもっぱらクレームに記述による。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の一つの実施例において採用されるダイナミックランダムアクセスメモリセルの略図である。
【図2】
単一半導体チップ上に他の集積回路と一体化して実現される本発明のもう一つの実施例を示す。
【図3】
本発明を採用するDRAMデバイスがその内部に用いられるコンピュータシステムを示す。
【図4】
オープンデジットラインアレイアーキテクチャが採用される本発明の一つの実施例の一部分を示す。
【図5】
折畳みビットラインアーキテクチャが採用される本発明のもう一つの実施例の一部分を示す。
【図6】
デュアルポートDRAMセルが採用される一例としてのチップレイアウトの一部分を示す。
【符号の説明】
10 メモリセル
12 読読出し/書込み電界効果トランジスタ
16 メモリキャパシタ
20 リフレッシュ電界効果トランジスタ
34 メモリセル
40 リフレッシュセンス増幅器
46 アイソレーショントランジスタ
48 アイソレーショントランジスタ
52、54 p型トランジスタ
56、58 n型トランジスタ
60 等化トランジスタ
62、64 バイアストランジスタ
63 電源ノード
80 リフレッシュセンス増幅器
90 キャパシタ
100 メモリデバイス
102、104 N+活性エリア
102 プロセッサ回路
104 単一の半導体チップ
114 メモリコントローラ
118 プロセッサ
120 メモリデバイス
122 論理デバイス
124 周辺デバイス
130 コンピュータシステム
Claims (54)
- メモリ要素、読出し/書込みアクセスデバイス、及びリフレッシュアクセスデバイスを有するメモリセルと、
前記読出し/書込みアクセスデバイスに結合された読出し/書込みデジットラインと、
前記リフレッシュアクセスデバイスに結合されたリフレッシュデジットラインと、
前記読出し/書込みアクセスデバイスに結合された読出し/書込みアクセスラインと、
前記フレッシュアクセスデバイスに結合されたリフレッシュアクセスラインと、
前記読出し/書込みデジットラインに結合されたセンス増幅器と、
前記読出し/書込みデジットラインに結合された入/出力回路と、
前記リフレッシュデジットラインに結合された第一のノードを有するリフレッシュセンス増幅器と、を備えることを特徴とする集積回路デバイス。 - 前記メモリセルがダイナミックランダムアクセスメモリセルを備えることを特徴とする請求項1記載の集積回路デバイス。
- 前記メモリセルが、約4要素(feature)サイズの幅と約4要素サイズの長さを有することを特徴とする請求項2記載の集積回路デバイス。
- 前記リフレッシュセンス増幅器が、1対の交差結合された電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項2記載の集積回路デバイス。
- 前記メモリセルが第一のメモリセルであり、前記リフレッシュデジットラインが第一のリフレッシュデジットラインであり、前記リフレッシュアクセスラインが第一のリフレッシュアクセスラインであり、更に、
メモリ要素、読出し/書込みアクセスデバイス、及びリフレッシュアクセスデバイスを有する第二のメモリセルと、
前記第二のメモリセルのフレッシュアクセスデバイスに結合された第二のリフレッシュデジットラインと、
前記第二のメモリセルのフレッシュアクセスデバイスに結合された第二のリフレッシュアクセスラインと、を備え、
前記第二のリフレッシュデジットラインが前記リフレッシュセンス増幅器の第二のノードに結合されることを特徴とする請求項1記載の集積回路デバイス。 - 前記第一と第二のメモリセルがダイナミックランダムアクセスメモリセルを備えることを特徴とする請求項5記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のメモリセルの各々が約4要素サイズの幅と約4要素サイズの長さを有することを特徴とする請求項6記載の集積回路デバイス。
- 前記リフレッシュセンス増幅器が、1対の交差結合された電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項6記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインがオープンデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項8記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインが折畳みデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項8記載の集積回路デバイス。
- 更に、前記第一のリフレッシュデジットラインと前記リフレッシュセンス増幅器の第一のノードとの間に結合された第一のアイソレーショントランジスタと、
前記第ニのリフレッシュデジットラインと前記リフレッシュセンス増幅器の第二のノードとの間に結合された第ニのアイソレーショントランジスタと、を備えることを特徴とする請求項8記載の集積回路デバイス。 - 各メモリセルがメモリ要素、読出し/書込みポート、及びリフレッシュポートを有する複数のメモリセルを備えるアレイと、
各々が前記複数のメモリセルの少なくとも一つの前記読出し/書込みポートに結合された複数の読出し/書込みデジットラインと、
各々が前記複数のメモリセルの少なくとも一つの前記リフレッシュポートに結合された複数のリフレッシュデジットラインと、
前記複数の読出し/書込みデジットラインに結合され、データを前記複数のメモリセルから読み出す或いはこれに書き込むように適合化された読出し/書込み回路と、
前記複数のリフレッシュデジットラインに結合され、前記複数のメモリセル内に格納されているデータをリフレッシュするように適合化されたリフレッシュ回路と、を備えることを特徴とする集積回路デバイス。 - 前記複数のメモリセルが、複数のダイナミックランダムアクセスメモリセルを備えることを特徴とする請求項12記載の集積回路デバイス。
- 前記複数のメモリセルの各々が、約4要素サイズの幅と約4要素サイズの長さを有することを特徴とする請求項13記載の集積回路デバイス。
- 前記リフレッシュ回路が、少なくとも1つの対の交差結合された電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項12記載の集積回路デバイス。
- 前記複数のフレッシュデジットラインの第一のフレッシュデジットラインが前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第一のノードに結合され、前記複数のフレッシュデジットラインの第ニのフレッシュデジットラインが前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第ニのノードに結合されることを特徴とする請求項15記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインがオープンデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項16記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインが折畳みデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項16記載の集積回路デバイス。
- 更に、前記第一のリフレッシュデジットラインと前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第一のノードとの間に結合された第一のアイソレーショントランジスタと、
前記第ニのリフレッシュデジットラインと前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第二のノードとの間に結合された第ニのアイソレーショントランジスタと、を備えることを特徴とする請求項16記載の集積回路デバイス。 - メモリセルを第一のデジットラインに結合する過程と、
前記第一のデジットラインを通じてデータを前記メモリセルに書き込む過程と、
前記第一のデジットラインから前記メモリセルを切り離す過程と、
前記メモリセルを第ニのデジットラインに結合する過程と、
前記第ニのデジットラインを通じて前記メモリセル内に格納されているデータをリフレッシュする過程と、
前記第ニのデジットラインから前記メモリセルを切り離す過程と、
前記メモリセルを前記第一のデジットラインに結合する過程と、
前記第一のデジットラインを通じて前記メモリセル内のデータを読み出す過程と、
前記第一のデジットラインから前記メモリセルを切り離す過程と、
定期的に、前記メモリセルを前記第ニのデジットラインに結合し、前記第ニのデジットラインを通じて前記メモリセル内に格納されているデータをリフレッシュし、前記第ニのデジットラインから前記メモリセルを切り離す過程と、を含むことを特徴とする集積回路メモリデバイスを動作する方法。 - 前記メモリセルがダイナミックランダムアクセスメモリセルを備えることを特徴とする請求項20記載の方法。
- 前記第ニのデジットラインを通じて前記メモリセル内に格納されているデータをリフレッシュする過程が:
前記第ニのデジットラインをリフレッシュセンス増幅器に結合する過程と、
前記メモリセル内に格納されている電荷をセンシングする過程と、
前記第ニのデジットラインを通じて前記メモリセル内に電荷を再充電する過程と、を含むことを特徴とする請求項20記載の方法。 - 前記第ニのデジットラインを通じて前記メモリセル内に格納されているデータをリフレッシュする過程が:
前記第ニのデジットラインをリフレッシュセンス増幅器の第一のノードに結合する過程と、
前記リフレッシュセンス増幅器の第ニのノードにリファレンスデジットラインを結合する過程と、
前記第ニのデジットラインと前記リファレンスデジットラインとの間の電位差をセンシングする過程と、
前記電位差を増幅する過程と、
前記第ニのデジットラインを通じて前記メモリセル内に電荷を印加する過程と、を含むことを特徴とする請求項20記載の方法。 - 各々がメモリ要素、読出し/書込みポート、及びリフレッシュポートを有する複数のメモリセルを備えるアレイと、
各々が前記複数のメモリセルの少なくとも一つの前記読出し/書込みポートに結合された複数の読出し/書込みデジットラインと、
各々が前記複数のメモリセルの少なくとも一つの前記リフレッシュポートに結合された複数のリフレッシュデジットラインと、
前記複数の読出し/書込みデジットラインに結合され、データを前記複数のメモリセルから読み出す或いはこれに書き込むように適合化された読出し/書込み回路と、
前記複数のリフレッシュデジットラインに結合され、前記複数のメモリセル内に格納されているデータをリフレッシュするように適合化されたリフレッシュ回路と、
前記読出し/書込み回路に結合され、前記読出し/書込み回路との間でデータをやり取りするように適合化されたバスと、
前記バスに結合され、データを前記アレイに送信或いはこれから受信するように適合化されたプロセッサと、を備えることを特徴とするシステム。 - 前記複数のメモリセルが複数のダイナミックランダムアクセスメモリセルを備えることを特徴とする請求項24記載のシステム。
- 各ダイナミックランダムアクセスメモリセルが、各々、約4要素サイズの幅と約4要素サイズの長さを有することを特徴とする請求項25記載のシステム。
- 前記リフレッシュ回路が少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項24記載のシステム。
- 前記複数のフレッシュデジットラインの第一のフレッシュデジットラインが前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第一のノードに結合され、前記複数のフレッシュデジットラインの第ニのフレッシュデジットラインが前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第ニのノードに結合されることを特徴とする請求項27記載のシステム。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインがオープンデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項28記載のシステム。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインが折畳みデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項28記載のシステム。
- 更に、前記第一のリフレッシュデジットラインと前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第一のノードとの間に結合された第一のアイソレーショントランジスタと、
前記第ニのリフレッシュデジットラインと前記少なくとも一つのペアの交差結合された電界効果トランジスタの第二のノードとの間に結合された第ニのアイソレーショントランジスタと、を備えることを特徴とする請求項28記載のシステム。 - 各々がメモリ要素、読出し/書込みポート、及びリフレッシュポートを有する複数のメモリセルを備えるアレイと、
各々が前記複数のメモリセルの少なくとも一つの前記読出し/書込みポートに結合された複数の読出し/書込みデジットラインと、
各々が前記複数のメモリセルの少なくとも一つの前記リフレッシュポートに結合された複数のリフレッシュデジットラインと、
前記複数の読出し/書込みデジットラインに結合され、データを前記複数のメモリセルから読み出す或いはこれに書き込むように適合化された読出し/書込み回路と、
前記複数のリフレッシュデジットラインに結合され、前記複数のメモリセル内に格納されているデータをリフレッシュするように適合化されたリフレッシュ回路と、
前記読出し/書込み回路に結合され、データを前記読出し/書込み回路に送信或いはこれから受信するように適合化されたプロセッサとを備え、前記データが前記複数のメモリセルから読み出される或いはこれに書きこまれることを特徴とする集積回路デバイス。 - 前記アレイと前記プロセッサが単一の半導体チップ上に形成されることを特徴とする請求項32記載の集積回路デバイス。
- 前記アレイと前記プロセッサが単一の半導体回路パッケージ内に含まれることを特徴とする請求項32記載の集積回路デバイス。
- 前記複数のメモリセルが複数のダイナミックランダムアクセスメモリセルを備えることを特徴とする請求項32記載の集積回路デバイス。
- 各ダイナミックランダムアクセスメモリセルの各々が約4要素サイズの幅と約4要素サイズの長さを有することを特徴とする請求項35記載の集積回路デバイス。
- 前記リフレッシュ回路が少なくとも一つのペアの交差結合された電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項32記載の集積回路デバイス。
- 前記複数のフレッシュデジットラインの第一のフレッシュデジットラインが前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第一のノードに結合され、前記複数のフレッシュデジットラインの第ニのフレッシュデジットラインが前記少なくとも一つの対の交差結合された電界効果トランジスタの第ニのノードに結合されることを特徴とする請求項37記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインがオープンデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項38記載の集積回路デバイス。
- 前記第一と第二のリフレッシュデジットラインが折畳みデジットラインアレイアーキテクチャとして構成されることを特徴とする請求項38記載の集積回路デバイス。
- 更に、前記第一のリフレッシュデジットラインと前記少なくとも一つのペアの交差結合された電界効果トランジスタの第一のノードとの間に結合された第一のアイソレーショントランジスタと、
前記第ニのリフレッシュデジットラインと前記少なくとも一つのペアの交差結合された電界効果トランジスタの第二のノードとの間に結合された第ニのアイソレーショントランジスタと、を備えることを特徴とする請求項38記載の集積回路デバイス。 - 電荷蓄積(メモリ)要素と、
前記電荷蓄積要素に結合され、前記電荷蓄積要素を読出し/書込みデジットラインに結合するように適合化された第一のアクセストランジスタと、
前記電荷蓄積要素に結合され、前記電荷蓄積要素をリフレッシュデジットラインに結合するように適合化された第ニのアクセストランジスタと、を備え、
前記第一のアクセストランジスタのゲート端子が読出し/書込みワードラインに結合され、前記第二のアクセストランジスタのゲート端子がリフレッシュワードラインに結合されることを特徴とする半導体メモリセル。 - 前記電荷蓄積要素がキャパシタを備えることを特徴とする請求項42記載の半導体メモリセル。
- 前記電荷蓄積要素が第一と第二の端子を含み、第一の端子が前記第一のアクセストランジスタと前記第二のアクセストランジスタに結合され、第二の端子が電圧源に結合されることを特徴とする請求項42記載の半導体メモリセル。
- 基板と、
前記基板内のS字形(serpentine)活性領域と、
前記S字形活性領域の、それぞれ、第一と第二の領域と重なる第一と第二の平行なデジットラインと、
前記第一と第二の平行なデジットラインに対して実質的に垂直に延び、前記S字形活性領域の、それぞれ、第三と第四の領域と重なる第一と第二の平行なワードラインと、
前記S字形活性領域の、前記第一と第二のワードライン間の、第五の領域に対して平行に延びこれと重なる概ね長方形のキャパシタ構造と、を備えることを特徴とする半導体メモリセル。 - 前記キャパシタ構造が前記第一と第二のデジットラインの上に設けられることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
- 前記第一と第二のデジットラインが前記キャパシタ構造の上に設けられることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
- 前記キャパシタ構造がスタック構造を備えることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
- 前記キャパシタ構造がくし形構造を備えることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
- 前記S字形活性領域がN+型のS字形活性領域を備えることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
- 前記キャパシタ構造が部分的に前記第一と第二のワードランイと重なり、前記第一と第二のデジットラインを越えて延在することを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
- 更に、
前記第一のワードラインと前記S字形活性領域の第三の領域とが重なる領域を備える第一のアクセストランジスタと、
前記第ニのワードラインと前記S字形活性領域の第四の領域とが重なる領域を備える第ニのアクセストランジスタと、を備えることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。 - 更に、
前記第一のデジットラインと前記S字形活性領域の第一の領域との間を延び第一のコンタクトと、
前記第ニのデジットラインと前記S字形活性領域の第ニの領域との間を延び第ニのコンタクトと、を備えることを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。 - 前記メモリセルが約4要素サイズの幅と約4要素サイズの長さを有することを特徴とする請求項45記載の半導体メモリセル。
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