JP3183541B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP3183541B2
JP3183541B2 JP27433291A JP27433291A JP3183541B2 JP 3183541 B2 JP3183541 B2 JP 3183541B2 JP 27433291 A JP27433291 A JP 27433291A JP 27433291 A JP27433291 A JP 27433291A JP 3183541 B2 JP3183541 B2 JP 3183541B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、センス増幅器の配置が
改良された半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】DRAM(Dynamic Rando
m Access Memory)のセンス増幅器は、
選択されたメモリセルに接続されるビット線とダミーセ
ルに接続されるビット線を入力とし、これらのビット線
の僅かな電位差を差動増幅することにより記憶データの
読み出しを行う回路である。従って、センス増幅器は、
メモリセルアレイにおける各1対のビット線ごとに設け
る必要がある。
【0003】DRAMにおける折り返しビット線方式の
場合の各メモリセルとセンス増幅器の配置を図5に示
す。
【0004】メモリセルアレイ11上には、並行する2
本で1対のビット線BL、BLバーがn対分の本数だけ
形成され、m本のワード線WLがこのビット線BL、B
Lバーに直交して形成されている。そして、メモリセル
11aは、各対のビット線BL、BLバーとワード線W
Lの交差部に1つおきに形成されている。
【0005】各対のビット線BL、BLバーは、メモリ
セルアレイ11の側方に形成されたセンス増幅器アレイ
12の各センス増幅器12aにそれぞれ接続されてい
る。従って、各センス増幅器12aは、1対のビット線
BL、BLバーごとに設けられ、この1対のビット線B
L、BLバー上の各ワード線WLとの交差部に形成され
た2列のメモリセル11aの読み出しを行うことにな
り、この2列のメモリセル11aの形成領域Aと同じ幅
(ビット線BL、BLバーに直交する方向の長さ)の領
域に形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年のDR
AMの大容量化によりメモリセルアレイ11も高密度に
形成しなければならなくなり、1対のビット線BL、B
Lバー上の2列のメモリセル11aもその形成領域Aの
幅がますます縮小されている。しかしながら、各センス
増幅器12a上のトランジスタは、微小な電位差を検出
するため、一般のトランジスタよりもチャンネル長を長
くしソース−ドレイン領域の幅も広くして感度を高める
必要がある。即ち、チャンネル長が短い場合には製造プ
ロセスのバラツキによりトランジスタの閾値電圧が変動
するおそれがあり、また、ソース−ドレイン領域の幅が
狭い場合には、センス増幅器12aの入力端子側におけ
る容量のアンバランスが大きくなるため、微小な電位差
を検出できなくなるからである。従って、各センス増幅
器12aの高密度化には限度があり、大容量DRAMで
は、このセンス増幅器12aの感度を維持することが困
難になるという問題が発生していた。
【0007】また、このため、最近の大容量のDRAM
では、図6に示すように、センス増幅器アレイ12、1
3をメモリセルアレイ11の両側方に設ける方式が実施
されている(例えば特開平2−181964号公報)。
この方式によれば、メモリセルアレイ11上のいずれか
1対のビット線BL、BLバーを一方のセンス増幅器ア
レイ12のセンス増幅器12aに接続し、これに隣接す
る1対のビット線BL、BLバーを他方のセンス増幅器
アレイ13のセンス増幅器13aに接続することにな
り、各センス増幅器12a、13aを形成する領域の幅
を2列のメモリセル11aの形成領域Aの幅の2倍まで
広げることができる。従って、メモリセルアレイ11が
高密度化されてこの2列のメモリセル11aの形成領域
Aの幅が縮小されても、各センス増幅器12a、13a
の形成領域は広く確保することができる。
【0008】ところが、上記のようにセンス増幅器アレ
イ12、13をメモリセルアレイ11の両側方に配置す
ると、DRAMのチップ面積中にセンス増幅器アレイ1
2、13が占める面積が広くなりすぎ、チップ面積の増
大を招くという新たな問題が生じる。しかも、DRAM
の容量がさらに増大して64Mビットを超えるようにな
ると、2列のメモリセル11aの形成領域Aの幅もます
ます縮小されるため、センス増幅器12a、13aは、
この2倍の幅の領域を有していても余裕がなくなり、再
び感度の低下の問題が発生するようになって来ている。
【0009】本発明は、上記事情に鑑み、センス増幅器
を2列のメモリセルアレイの形成領域に拘泥することな
く広い幅に形成することにより、メモリセルアレイが高
密度化されてもこのセンス増幅器の感度を維持すること
ができる半導体記憶装置を提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、複数のワード線と複数のビット線との交差部にメモ
リセルが形成され、該複数のビット線の各々が、2本で
1対となるビット線とビット線バーとを有し、各ビット
線が、メモリセルアレイの片側方のセンス増幅器に接続
された半導体記憶装置であって、該メモリセルアレイの
内の2列のメモリセルの形成領域の幅よりも、該センス
増幅器のアレイの内の一つのセンス増幅器の形成領域の
幅の方が広く、該メモリセルアレイが複数に分割され、
該ワード線方向に沿って各メモリセルアレイ間に裏打ち
領域が設けられ、該分割されたメモリセルアレイに対応
する該センス増幅器のアレイの内の少なくとも一つの該
センス増幅器が、該裏打ち領域の側方にはみ出して形成
されており、そのことにより上記目的が達成される。
【0011】
【0012】
【作用】上記構成により、ビット線上の各ワード線との
交差部に形成されたメモリセルの形成領域の幅(ビット
線に直交する方向の長さ)に拘泥することなく各センス
増幅器の形成領域の幅を広げることができるので、この
センス増幅器におけるトランジスタのチャンネル長を十
分に長くしソース−ドレイン領域の幅も十分に広く形成
することができる。
【0013】従って、本発明の半導体記憶装置によれ
ば、大容量化によってメモリセルアレイが高密度に形成
された場合にも、センス増幅器が十分な広さの形成領域
を確保できるため、ビット線上の微小な信号を確実に読
み出すための感度を維持することができるようになる。
また、このようにセンス増幅器の感度を余裕をもって確
保できるようになって、センス増幅器アレイをメモリセ
ルアレイの両側方に形成することなく請求項1に示すよ
うに片側方に形成するだけで足りるようになれば、チッ
プ上でこのセンス増幅器アレイの占有面積が拡大するの
を防止することも可能となる。
【0014】なお、本発明によってセンス増幅器の形成
領域の幅を広げると、メモリセルを幅方向に多数並べて
形成したメモリセルアレイの長さよりも、このセンス増
幅器を幅方向に多数並べて形成したセンス増幅器アレイ
の形成領域の方が長くなる。しかし、センス増幅器アレ
イの形成領域がメモリセルアレイの形成領域からはみ出
した部分は、チップ上の両端部の他の回路領域との関係
で吸収することが可能である。また、メモリセルアレイ
が分割され、各メモリセルアレイ間にワード線の裏打ち
領域が形成されており、この裏打ち領域の側方に、従来
では空き領域となっていた部分までセンス増幅器アレイ
を形成するようにするので、メモリセルアレイからのは
み出し部分を吸収することができるようになる。従っ
て、本発明によって半導体記憶装置のチップ面積が増加
するおそれはほとんどない。
【0015】
【実施例】本発明を実施例について以下に説明する。
【0016】図1及び図2に本発明の実施例を示す。本
実施例は、折り返しビット線方式のDRAMである。こ
のDRAMのチップ上には、図1に示すように、メモリ
セルアレイ1及びセンス増幅器アレイ2並びに図示しな
いその他の回路素子が形成されている。
【0017】メモリセルアレイ1は、1個のMOSトラ
ンジスタと1個のキャパシタによって1ビットのデータ
を記憶するメモリセル1aを多数形成したものである。
また、メモリセルアレイ1上には、並行する2本で1対
となるビット線BL、BLバーがn対分の本数だけ形成
されると共に、m本のワード線WLがこのビット線B
L、BLバーに直交して形成されている。そして、メモ
リセル1aは、これら各対のビット線BL、BLバーと
ワード線WLとの交差部に1つおきに形成されている。
即ち、一方のビット線BLについては、奇数番目のワー
ド線WLとの交差部にのみメモリセル1aが形成され、
他方のビット線BLバーについては、偶数番目のワード
線WLとの交差部にのみメモリセル1aが形成されてい
る。
【0018】センス増幅器アレイ2は、メモリセルアレ
イ1の片側方にn個のセンス増幅器2aをビット線B
L、BLバーに直交する方向に並べて形成したものであ
り、各センス増幅器2aには、メモリセルアレイ1から
引き出した1対のビット線BL、BLバーがそれぞれ接
続されている。センス増幅器2aは、1対のビット線B
L、BLバー間の僅な電位差を差動増幅することによ
り、メモリセル1aに記憶されたデータを読み出す回路
である。従って、各センス増幅器2aは、それぞれ接続
された1対のビット線BL、BLバー上に形成された2
列のメモリセル1aの読み出しを担当することになる。
なお、実際の読み出しの際には、列アドレスによってセ
ンス増幅器アレイ2上の1個のセンス増幅器2aのみが
選択され、行アドレスによって選択されたワード線WL
とこのセンス増幅器2aに接続されたビット線BL、B
Lバーとの交差部に形成された1対のメモリセル1aに
ついてのみ読み出しが行われる。
【0019】本実施例のDRAMは、大容量であるた
め、メモリセルアレイ1の各メモリセル1aも極めて高
密度に形成され、1対のビット線BL、BLバー上にお
ける2列のメモリセル1aの形成領域Aの幅(ビット線
BL、BLバーに直交する方向の長さ)が極めて狭くな
っている。しかし、センス増幅器アレイ2の各センス増
幅器2aは、2列のメモリセル1aの形成領域Aよりも
広い幅の領域に形成されている。従って、各センス増幅
器2aのトランジスタは、十分に一般のトランジスタよ
りもチャンネル長を長くしソース−ドレイン領域の幅も
広く形成することができるので、微小な電位差を検出す
るための高い感度を維持することができるようになる。
【0020】なお、上記のように2列のメモリセル1a
の形成領域Aの幅とセンス増幅器2aの形成領域の幅が
異なると、これらの並びにずれが生じる。このため、各
ビット線BL、BLバーは、図示のように、メモリセル
アレイ1から適宜屈曲させて引き出すことにより各セン
ス増幅器2aに接続するようにしている。
【0021】また、上記のようにセンス増幅器2aの形
成領域の幅を広げると、このセンス増幅器2aを幅方向
に並べて形成したセンス増幅器アレイ2は、チップ上で
メモリセルアレイ1よりも長い領域に形成されることに
なる。ところで、DRAMが大容量化されると、長くな
ったワード線WLによる遅延がアクセス速度の高速化の
障害となる。そこで、従来から、チップ上のメモリセル
アレイを分割し、各メモリセルアレイ間でワード線WL
の上層に金属配線による裏打ちを行うことにより実効的
な抵抗や寄生容量を小さくしてワード線WLの遅延を抑
える技術が開発されている。従って、本実施例において
も、図2に示すように、メモリセルアレイ1を複数に分
割し、各メモリセルアレイ1間に設けた裏打ち領域4で
ワード線WLに裏打ちを行っている。この裏打ち領域4
は、メモリセルアレイ1間にあるため、メモリセル1a
のダミーパターンや段差緩和パターンが必要となり、チ
ップ上で比較的大きな領域を占有する。特にスタック型
メモリセルを用いている場合には、キャパシタがMOS
トランジスタの上層に形成されるため、メモリセルアレ
イ1の領域と裏打ち領域4との間の段差が大きくなり、
広い段差緩和パターンが必要となる。そして、従来は、
この広い裏打ち領域4の側方が空き領域となって利用さ
れていなかったが、本実施例では、図2に示すように、
各メモリセルアレイ1に対応するセンス増幅器アレイ2
がそれぞれこの裏打ち領域4の側方にまではみ出して形
成されている。従って、上記メモリセルアレイ1とセン
ス増幅器アレイ2の長さのずれは、この裏打ち領域4の
側方で吸収されるので、センス増幅器2aを幅の広い領
域に形成したことによりチップ面積が増加するというお
それもなくなる。
【0022】この結果、本実施例のDRAMでは、高密
度化によって1対のビット線BL、BLバー上における
2列のメモリセル1aの形成領域Aの幅が狭くなって
も、各センス増幅器2aは、この形成領域Aの幅よりも
広く形成することができるので、センス増幅器2aの感
度を高く維持することができる。しかも、センス増幅器
2aが幅の広い領域に形成されることによるセンス増幅
器アレイ2の領域の拡大分は、メモリセルアレイ1間の
裏打ち領域4の側方で吸収されるので、チップ面積が増
加することもない。さらに、従来、センス増幅器の形成
領域を確保するためにメモリセルアレイの両側方にセン
ス増幅器アレイを形成していたものが、本実施例のよう
にメモリセルアレイ1の片側方にのみに形成できるよう
になれば、チップ面積の縮小も可能になる。
【0023】なお、上記実施例は、折り返しビット線方
式のDRAMについて説明したが、オープンビット線方
式等の場合にも同様に実施し得ることは明らかである。
【0024】図3及び図4に本発明の他の実施例を示
す。なお、図1及び図2に示した第1実施例と同様の機
能を有する構成要素には同じ符号を付して説明を省略す
る。
【0025】本実施例は、第1実施例によってもまだセ
ンス増幅器2aの感度が十分に維持できない場合に、セ
ンス増幅器2aの形成領域をさらに拡大し得る実施例を
示すものであり、図3に示すように、メモリセルアレイ
1の両側方にそれぞれセンス増幅器アレイ2、3を形成
している。センス増幅器アレイ2、3は、第1実施例に
おけるセンス増幅器アレイ2と同様の構成である。ただ
し、各センス増幅器2a、3aは、メモリセルアレイ1
上の各対のビット線BL、BLバーと左右で交互に接続
され、いずれか一方のビット線BL、BLバーをセンス
増幅器アレイ2側のセンス増幅器2aに接続した場合に
は、隣接するビット線BL、BLバーがセンス増幅器ア
レイ3側のセンス増幅器3aに接続されている。そし
て、各センス増幅器2a、3aを形成する領域の幅を2
列のメモリセル1aの形成領域Aの幅の2倍よりも広く
しているので、さらにメモリセルアレイ1が高密度化さ
れ2列のメモリセル1aの形成領域Aの幅が縮小されて
も、各センス増幅器2a、3aの形成領域を十分に確保
し高い感度を確実に維持することができる。
【0026】また、本実施例の場合にも、図4に示すよ
うに、メモリセルアレイ1とセンス増幅器アレイ2、3
の長さのずれをメモリセルアレイ1間の裏打ち領域4の
両側方で吸収しているので、センス増幅器2a、3aを
幅の広い領域に形成したことによりチップ面積が増加す
るというおそれがなくなる。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体記憶装置によれば、センス増幅器を2列のメモ
リセルの形成領域に拘泥することなく広い幅に形成する
ことができるので、メモリセルアレイが高密度化されて
もこのセンス増幅器の感度を十分に維持することができ
るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるメモリセルとセンス
増幅器の配置を示す平面図である。
【図2】その実施例におけるメモリセルアレイとセンス
増幅器アレイの配置を模式的に示す平面図である。
【図3】本発明の他の実施例におけるメモリセルとセン
ス増幅器の配置を示す平面図である。
【図4】その実施例におけるメモリセルアレイとセンス
増幅器アレイの配置を模式的に示す平面図である。
【図5】従来例におけるメモリセルとセンス増幅器の配
置を示す平面図である。
【図6】他の従来例におけるメモリセルとセンス増幅器
の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
1 メモリセルアレイ 1a メモリセル 2a センス増幅器 3a センス増幅器 BL ビット線 WL ワード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 11/4097

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のワード線と複数のビット線との交
    差部にメモリセルが形成され、該複数のビット線の各々
    が、2本で1対となるビット線とビット線バーとを有
    し、各ビット線が、メモリセルアレイの片側方のセンス
    増幅器に接続された半導体記憶装置であって、該メモリセルアレイの内の2列のメモリセルの形成領域
    の幅よりも、該センス増幅器のアレイの内の一つの該セ
    ンス増幅器の形成領域の幅の方が広く、 該メモリセルアレイが複数に分割され、該ワード線方向
    に沿って各メモリセルアレイ間に裏打ち領域が設けら
    れ、該分割されたメモリセルアレイに対応する該センス
    増幅器のアレイの内の少なくとも一つの該センス増幅器
    が、該裏打ち領域の側方にはみ出して形成されている、
    半導体記憶装置。
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