JP2641471B2 - 半導体メモリ - Google Patents

半導体メモリ

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JP2641471B2 JP63012532A JP1253288A JP2641471B2 JP 2641471 B2 JP2641471 B2 JP 2641471B2 JP 63012532 A JP63012532 A JP 63012532A JP 1253288 A JP1253288 A JP 1253288A JP 2641471 B2 JP2641471 B2 JP 2641471B2
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真志 堀口
儀延 中込
正和 青木
清男 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体メモリに係り、特にダイナミツクMO
Sメモリのセンスアンプの高速化に好適な半導体メモリ
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のダイナミックMOSメモリのセンスアンプ駆動方
式を第2図により説明する。
同図において、メモリセルMCは、1個のMOSトランジ
スタ1個のキヤパシタより構成され、これがワード線W
とデータ線対D,の交点に配置されている。データ線お
よびワード線は、それぞれ4分割され、データ線に対し
ては分割ごとにセンスアンプPS,NSを、またワード線に
対しては分割ごとにロウデコーダXDを配置している。こ
こで、XDによりメモリセルとセンスアンプからなるサブ
ブロツクMCA1内のワード線が1本選択されハイ(High)
状態になると、MC内のMOSトランジスタがオンし、キヤ
パシタに電荷の形で蓄えられていた情報がデータ線Dの
電圧変化となつて現われる。一方、メモリセルの付いて
いない方のデータ線の電圧はそのままである。したが
つて、D,間で電圧差が生じる。
この電圧差は、メモリセルキヤパシタとデータ線の容
量の比とデータ線のプリチヤージ電圧の積で決まるが、
一般にこの量は数百ミリボルトと小さい。このため外部
へ出力するために、センスアンプPS,NSで電源電圧レベ
ル(VCC,VSS)まで増幅を行なう。ここでデータ線のプ
リチヤージ電圧は、低消費電力化のために、データ線の
最大振幅の半分とすることが多い。同図のPCはこのため
の回路で、VCC,VSSレベルにまで増幅されたデータ線D,
をシヨートすることにより1/2VCCの電圧を発生させて
いる。センスアンプPSは、この1/2VSSのレベルからデー
タ線High側をVCCに、NSはデータ線Low側をVSSにまで増
幅する。
このとき、センスアンプ共通駆動線DL1,DL2には、デ
ータ線容量を充放電するための電流が流れる。この電流
の大きさは、データ線1本当りの容量と共通駆動線につ
くセンスアンプ(データ線)の数に比例する。
同図で、センスアンプ駆動回路SAD1,SAD2は、電源用
パツドのあるチツプの上下にのみ配置され、そこから共
通駆動線8本が縦にサブブロツクMCA1 4個分を貫いて
配線されている。ここで、MCA1には2分割されたデータ
線群とそれらに付属のセンスアンプ群の共通駆動線がDL
1〜DL4まで4本あるが、そのうち同時に活性化されるの
は、DL1とDL2またはDL3とDL4の1対のみである。これら
は、同時に充放電するデータ線の容量を減らし消費電力
を低減するためと、センスアンプ共通駆動線に流れる電
流を低減しセンスアンプ動作の高速化を図るためであ
る。
なお、これと類似の駆動方式は、例えば、アイ・エス
・エス・シー・シー・ダイジエスト オブテクニカル
ペーパーズ,第18頁から第19頁:2月,1987年(ISSCC DIG
EST OF TECHNICAL PAPERS,P.18−19:Feb.,1987)に記載
されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では、センスアンプの共通駆動線はメモ
リセルアレーのサブブロツク群の上端から下端まで配線
されていた。このため抵抗が大きく、メモリ容量が増加
し共通駆動線に付くデータ線の容量が増加すると著しく
充放電時間が増大した。
また、この充放電時間を低減するためには、データ線
の分割数を増やすか、またはすべての共通駆動線の幅を
大きくする必要があるが、いずれの場合もチツプサイズ
の大幅な増加はさけられない。
本発明の目的は、上記問題点を解決しメモリ容量が増
加しても遅延時間が小さく、またチツプサイズの増加量
を小さくできるセンスアンプ駆動方式を提供することに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、センスアンプの共通駆動線をメモリセル
アレーのサブブロツク群の中央部で分割し、その中央部
にもセンスアンプ駆動回路を配置し、上記サブブロツク
群の上半分と下半分のセンスアンプ群のうち同時に活性
化されるものをそれぞれ半分以下にすることにより達成
される。
〔作用〕
センスアンプの共通駆動線をメモリセルアレーのサブ
ブロツク群の中央部で分割し、この中央部および上端,
下端にセンスアンプ駆動回路を配置することにより、セ
ンスアンプの共通駆動線1本当りのデータ線の数が半分
になるのでその容量も半分になる。したがつて、電源パ
ツドからセンスアンプ共通駆動線の遠端までの抵抗を、
従来方式の倍にしてもすなわち配線幅を半分にしても同
じ速度が得られる。
以上のように本発明では、共通駆動線の幅は半減でき
る。しかし、それの同じ幅の電源配線をそれと平行に配
線する必要がある。したがつて、もしチツプ全体でN本
の共通駆動線があり、これらが同時に活性化されたな
ら、その幅をW/2とすると共通駆動線の合計がW/2×N,電
源配線もW/2×Nとなつてそれらの合計はW×Nとなり
従来と何らかわらないことになる。
しかし、ここでもしN本のうちの半分だけが活性化さ
れるとすれば、電源配線の幅はN/2本分すなわちW・N/4
で済むことになり、従来よりもW・N/4だけ小さくな
る。さらにN/4だけ活性化されるとすれば、同様にして
3・W・N/8だけ小さくなる。
以上のように本方式ではセンスアンプの活性化率を小
さくする程、電源配線幅を小さくでき、従来方式との差
は大きくなる。
また、本方式では、Nを大きくする程、すなわちデー
タ線分割数を多くするほど従来方式との差は大きくな
る。
一方、高速化は、上記の寸法低減分をセンスアンプ共
通駆動線および給電線の幅にまわすことにより達成され
る。すなわち、配線幅を大きくすることにより達成され
る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
同図において、データ線分割数,ワード線分割数およ
び同時に活性化されるセンスアンプ群の数は前述の第2
図に示す従来例と同じである。
本実施例の特徴は、従来最上部のブロツクから最下部
のブロツクまで接続されていたセンスアンプ共通駆動線
DL1,DL2,DL3,DL4をブロツク群の中央で分割し、DL1,DL3
の下半分(同図DL12,DL32)の上端にPチヤネルトラン
ジスタセンスアンプの駆動回路を、またDL2,DL4の上半
分(同図のDL21,DL41)の下端にNチヤネルトランジス
タセンスアンプの駆動回路を設け、メモリセルアレー中
央に電源配線LVC,LVSを通しそれらの駆動回路へ給電し
たことである。これらの回路は同図で、SAD3と記載され
ている。
これにより、例えばφPD1がLow,φND1がHighになり、
センスアンプ共通駆動線DL11,DL21,DL12,DL22が活性化
されると、それに接続されたセンスアンプPS,NSがそれ
ぞれ2列分活性化される。このとき、DL11にはVCCパツ
ドから最上部のセンスアンプ駆動回路を通して電流が流
入する。一方DL12は、VCCパツドからメモリセルアレー
中央の電源配線LVCさらに中央の駆動回路を通して電流
が流れる。また、DL21,DL22についてはそれぞれ、メモ
リセルアレー中央の駆動回路および最下部の駆動回路か
らVSSパツドを通して電流が流出する。
以上のように、本実施例によればデータ線への充放電
電流は2つの経路に分散されるのでその分センスアンプ
共通駆動線の配線幅を細くできる。また、配線幅を同じ
にしておけばその分高速化される。
以下に、本実施例の効果を定量的に示す。まず、第2
図に示す従来例において、センスアンプ共通駆動線DL1,
DL2,DL3,DL4の配線幅を40μmとする。そうすると、DL
1,DL2,DL3,DL4はそれぞれ2本ずつ、合計8本あり、合
計で320μmとなる。次に本実施例であるが、ここでは
共通駆動線は2つに分割されているからそれにつく容量
は半分となりその幅を従来の半分の20μmとしても充放
電速度はかわらない。したがつて、共通駆動線幅の合計
は160μmとなる。
一方、センスアンプ駆動回路SAD3の給電線LVC,LVSの
幅であるがこれは、2本の共通駆動線へ給電するだけな
ので、共通駆動線2本分の幅すなわち40μmでよい。し
たがつて、両者の合計は200μmとなり従来例より120μ
m小さくなる。
なお、上記見積りは原理を明確にするために、共通駆
動線につく容量を集中定数と仮定して行なつたもので従
来例との差は実際よりもやや大きくなつている。上記容
量を分布定数として、計算機シユミレーシヨンを行なつ
た結果では、共通駆動線の幅は上記計算通り20μmとな
つたが、給電線幅は倍の80μmとなり、従来例との差は
80μmとなつた。
この結果を第4図に示す。同図で横軸はセンスアンプ
共通駆動線幅W,縦軸はこの遠端の放電時間tfであり、LV
Sの幅は80μmで固定している。同図よりも放電時間は
W=20μmで従来技術と一致していることがわかる。
上記の寸法低減分はセンスアンプの高速化にまわすこ
ともできる。例えば、共通駆動線幅を8μmふやして28
μm,給電線幅を16μmふやして96μmとすれば、従来例
と寸法は同じになるが、速度は、従来の39.2nsから30.9
nsへと20%速くなる。これは計算機シミユレーシヨンに
よる値である。
本実施例のもう一つの特徴は、センスアンプ駆動回路
SAD3の中の駆動用トランジスタの配置である。すなわ
ち、PチヤネルMOSトランジスタをVCCパツド側へ、また
NチヤネルMOSトランジスタをVSSパツド側へよせたこと
である。このようにすることによつて、VCCおよびVSS
給電線はメモリセルアレーの中央部で交叉することがな
くなるので、交叉させるために必要な配線層のつなぎか
えのための領域が不要になりチツプサイズを小さくでき
る。また同時に、センスアンプ駆動信号φPD1PD2
φND1ND2も交叉しなくなるのでさらにチツプサイズ
を小さくできる。また、電源配線や信号配線は通常抵抗
のもつとも低い層を用いるが、配線を交叉させるとき
は、それより抵抗の高い別の層を用いる必要がある。し
たがつて、配線を交叉しない本方式によれば、配線抵抗
を低減できる高速化が図れる。
第3図は、本発明のもう一つの実施例である。本実施
例の特徴は、同一のセンスアンプ駆動線につくセンスア
ンプPSとNSをXデコーダを境にして入れ換えたことであ
る。また、センスアンプ駆動線DL11,DL12,DL31,DL32の
下端にNチヤネルトランジスタセンスアンプの駆動回路
を、DL21,DL22,DL41,DL42の上端にPチヤネルトランジ
スタの駆動回路を付加したことである。ここでセンスア
ンプの並びが従来と同じサブブロツクをMCA1、逆のもの
をMCA2とする。
これにより、例えばφPD1がLow,φND1がHighになると
センスアンプ共通駆動線DL11,DL12,DL31,DL32がVCCに、
DL21,DL22,DL41,DL42がVSSになるので、前者ではPSのみ
が、または後者ではNSのみが動作し、すなわちサブブロ
ツクMCA1内のセンスアンプのみが動作し、MCA2内のセン
スアンプはゲートーソース間電圧が逆バイアスとなるの
で動作しない。
また、φPD2がLow,φND2がHighとなるときは各駆動線
の電圧は前と逆になるので、今度はMCA2内のセンスアン
プのみが動作する。
以上のように本実施例によれば、各センスアンプ共通
駆動線につくセンスアンプのうち同時に動作するものは
前述の実施例の半分になるので、充放電する容量も半分
になる。したがつて、センスアンプ共通駆動線はさらに
半分にできることになる。
前と同様に低減量を算出すると、各センスアンプ共通
駆動線の幅は10μm,VCC,VSS給電線幅は40μmとなるか
ら合計120μmとなる。これに容量を分布定数したとき
の補正量40μmを加えると160μmとなり従来例にくら
べ160μm小さくすることができる。
ここで、先程と同様に従来例とチツプ寸法が同じにな
るようにすると、センスアンプ共通駆動線幅を26μm,給
電線幅112μmとして充放電時間は27.5nsとなる。これ
は、従来例より30%速い。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によればセンスアンプの共通駆
動線につく容量を低減できるので、その分配線幅を低減
できる。その量は、従来例にくらべて第1図に示す実施
例で80μm、第3図に示す実施例160μmとなる。これ
は、チツプ寸法の2%〜3%に相当する。
また、共通駆動線および給電線の幅の合計を同じにし
たならセンスアンプ動作速度は20%〜30%程度速くな
る。
なお、本発明によれば前述のようにデータ線の分割数
をふやす程、また同時に活性化されるセンサアンプ数を
減らす程センサアンプ駆動線および給電線の幅を小さく
できるので上記効果はさらに大きくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第3図は本発明の実施例、第2図は従来例
のそれぞれ回路図、第4図は本発明の効果を示す放電特
性図である。 MC……メモリセル、MCA1,MCA2……メモリセルアレー、P
S……Pチヤネルトランジスタセンスアンプ、NS……N
チヤネルトランジスタセンスアンプ、PC……プリチヤー
ジ回路、SAD1,SAD2,SAD3……センスアンプ駆動回路、XD
……ロウデコーダ、YD……カラムデコーダ、φPD1
PD2……Pチヤネルトランジスタセンスアンプ駆動信
号、φND1ND2……Nチヤネルトランジスタセンスア
ンプ駆動信号、D,……データ線、W……ワード線、DL
1,DL2,DL3,DL4,DL11,DL12,DL21,DL22,DL31,DL32,DL41,D
L42……センスアンプ共通駆動線、LVC,LVS……センスア
ンプ駆動回路給電線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 27/108 (72)発明者 中込 儀延 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 青木 正和 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 清男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−246092(JP,A) 特開 昭59−2365(JP,A) 特開 昭61−241964(JP,A) 特開 昭58−142544(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】チップの上端部に配置され第1の電位に接
    続される第1のパッドと、上記チップの下端部に配置さ
    れ第2の電位に接続される第2のパッドと、上記第1の
    パッドと上記第2のパッドとの間に設けられそれぞれが
    メモリセルアレーと該メモリセルアレーに接続されたセ
    ンスアンプ群とを有する第1、第2、第3及び第4のブ
    ロックとを有し、上記第1及び第2のブロックが上記チ
    ップの上端に配置され上記第3図及び第4図のブロック
    が上記チップの下端に配置された半導体メモリにおい
    て、上記第1のパッドと上記第1及び第2のブロックと
    の間の第1の領域に配置され上記第1及び第2のブロッ
    クの上記センスアンプ群を駆動する第1の駆動回路と、
    上記第1及び第2のブロックと上記第3及び第4のブロ
    ックとの間の第2の領域に配置され上記第1、第2、第
    3及び第4のブロックの上記センスアンプ群を駆動する
    第2の駆動回路と、上記第2のパッドと上記第3及び第
    4のブロックとの間の第3の領域に配置され上記第3及
    び第4のブロックの上記センスアンプ群を駆動する第3
    の駆動回路と、上記第1の領域に設けられ上記第1のパ
    ッドと上記第1の駆動回路との間を接続する第1の配線
    と、上記第3の領域に設けられ上記第2のパッドと上記
    第3の駆動回路とを接続する第2の配線と、上記第1の
    ブロックと上記第2のブロックとの間に設けられ上記第
    1のパッドと上記第2の駆動回路とを接続する第3の配
    線と、上記第3のブロックと上記第4のブロックとの間
    に設けられ上記第2のパッドと上記第2の駆動回路とを
    接続する第4の配線とを有することを特徴とする半導体
    メモリ。
  2. 【請求項2】上記第1及び第2のブロックの上記センス
    アンプ群と上記第3及び第4のブロックの上記センスア
    ンプ群のうち同時に活性化するセンスアンプの数をそれ
    ぞれ半分以下とすることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の半導体メモリ。
  3. 【請求項3】上記第3の配線と上記第4の配線とを上記
    第2の領域で交差しないように設けることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項又は第2項の何れかに記載の半導
    体メモリ。
  4. 【請求項4】上記第1、第2、第3及び第4のブロック
    の上記センスアンプ群の各センスアンプはPチャンネル
    MOSトランジスタからなる第1のセンスアンプとNチャ
    ンネルMOSトランジスタからなる第2のセンスアンプと
    を有し、上記第1の駆動回路は上記第1の配線に接続さ
    れ上記第1の及び第2の上記センスアンプ群の上記第1
    のセンスアンプを駆動する第1の回路を有し、上記第2
    の駆動回路は上記第3の配線に接続され上記第3及び第
    4のブロックの上記センスアンプ群の上記第1のセンス
    アンプを駆動する第2の回路と上記第4の配線に接続さ
    れ上記第1及び第2の上記センスアンプ群の上記第2の
    センスアンプを駆動する第3の回路とを有し、上記第3
    の駆動回路は上記第2の配線に接続され上記第3及び第
    4の上記センスアンプ群の上記第2のセンスアンプを駆
    動する第4の回路を有することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項乃至第3項の何れかに記載の半導体メモリ。
  5. 【請求項5】上記第1の回路は上記第1の配線と上記第
    1及び第2のブロックの上記第1のセンスアンプとの間
    にそのソース・ドレイン経路が設けられたPチャンネル
    MOSトランジスタを有することを特徴とする特許請求の
    範囲第4項に記載の半導体メモリ。
  6. 【請求項6】上記第2の回路は上記第3の配線と上記第
    3及び第4のブロックの上記第1のセンスアンプとの間
    にソース・ドレイン経路が設けられたPチャンネルMOS
    トランジスタを有することを特徴とする特許請求の範囲
    第4項又は第5項の何れかに記載の半導体メモリ。
  7. 【請求項7】上記第3の回路は上記第4の配線と上記第
    1及び第2のブロックの上記第2のセンスアンプとの間
    にそのソース・ドレイン経路が設けられたNチャンネル
    MOSトランジスタを有することを特徴とする特許請求の
    範囲第4項乃至第6項の何れかに記載の半導体メモリ。
  8. 【請求項8】上記第4の回路は上記第2の配線と上記第
    3及び第4のブロックの上記第2のセンスアンプとの間
    にそのソース・ドレイン経路が設けられたNチャンネル
    MOSトランジスタを有することを特徴とする特許請求の
    範囲第4項乃至第7項の何れかに記載の半導体メモリ。
  9. 【請求項9】その一端が上記第1の回路に接続されその
    他端が上記第3の回路に接続され上記第1及び第2のブ
    ロックのセンスアンプ群を駆動するセンスアンプ駆動線
    を有し、該センスアンプ駆動線に上記第1のセンスアン
    プと上記第2のセンスアンプとを接続することを特徴と
    する特許請求の範囲第4項乃至第8項の何れかに記載の
    半導体メモリ。
  10. 【請求項10】その一端が上記第2の回路に接続されそ
    の他端が上記第4の回路に接続され上記第3及び第4の
    ブロックのセンスアンプ群を駆動するセンスアンプ駆動
    線を有し、該センスアンプ駆動線に上記第1のセンスア
    ンプと上記第2のセンスアンプとを接続することを特徴
    とする特許請求の範囲第4項乃至第9項の何れかに記載
    の半導体メモリ。
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