JP4264633B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正規のメモリセル(第1セル)と、当該第1セルと同じトランジスタの配置構造を有しているがデータ記憶に用いられない、いわゆるダミーセル(第2セル)と、をセルアレイ内に有する半導体メモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は、プリチャージ回路を有する従来の半導体メモリの一例を示すブロック図である。図8では半導体メモリの各ブロックとブロック間の信号に符号を付しているが、ワード線およびビット線についての符号は、信号と信号配線の双方を示すものである。
図8に例示した半導体メモリは、メモリセルアレイ(MCA)10、ロウデコーダ2、カラム制御回路3、カラム動作回路4、カラムスイッチ回路(C.SW)5、および、ローカルプリチャージ回路(L.PCHG)6を有する。カラム制御回路3は、カラムデコーダ(C.DEC)およびクロックジェネレータ(CLK.GEN)を含む。カラム動作回路4は、グローバルプリチャージ回路(G.PCHG)、書き込み回路(W)およびセンスアンプ等の読み出し回路(R)を含む。
【0003】
特に図示していないが、メモリセルアレイ10内に多数のメモリセルがマトリクス状に配置されている。同一行内のメモリセルは複数のワード線WLの何れかに共通に接続され、同一列内のメモリセルはビット線対(BIT0,BITX0)、(BIT1,BITX1)、…の何れかに共通に接続されている。
カラム制御回路3に、アドレス信号AA、クロックCK、および、動作イネーブル信号OE等が入力される。カラム制御回路3は、これらの信号に基づいてプリチャージ信号PRE、カラム選択信号COL、センスアンプイネーブル信号SAE、および、書き込みイネーブル信号WREを生成する。プリチャージ信号PREはローカルプリチャージ回路6、および、カラム動作回路4内のグローバルプリチャージ回路(G.PCHG)に供給され、カラム選択信号COLはカラムスイッチ回路5に供給され、センスアンプイネーブル信号SAEおよび書き込みイネーブル信号WREはカラム動作回路4に供給される。
【0004】
以下、半導体メモリの動作について、データの書き込みを例に説明する。
データ書き込みサイクルの開始時点で、プリチャージ信号PREに応じて、ローカルプリチャージ回路6およびカラム動作回路4内のグローバルプリチャージ回路が、ローカルビット線対(BITi,BITXi:i=0,1,…)およびグローバルビット線対(GBIT,GBITX)を電源電圧Vdd又は電源電圧に近いハイレベルの電圧にプリチャージしている。このとき、カラムスイッチ回路5の全てのカラムスイッチがオフしている。
【0005】
データ書き込みサイクルが開始すると、まず、アドレス信号AAおよび入力データ信号I等が変化し確定する。また、カラム制御回路3に入力されている動作イネーブル信号OEが“書き込み許可”の状態に変化する。
これにより、カラム制御回路3がアドレス信号AAをデコードし、デコード後のカラム選択信号COLをカラムスイッチ回路5に出力する。カラムスイッチ回路5は、入力したカラム選択信号COLに基づいて特定されるローカルビット線対をグローバルビット線対(GBIT,GBITX)に接続させる。
【0006】
ロウデコーダ2は、カラム制御回路3内のクロックジェネレータにより生成されたロウクロックROWCKにより動作し、カラム制御回路3から入力されるロウアドレス信号RAに応じて複数のワード線WLの何れかを選択し、書き込みに必要な電圧を、選択したワード線に印加する。
【0007】
カラム制御回路3から出力された書き込みイネーブル信号WREに応じてカラム動作回路4内の書き込み回路が動作し、入力データ信号Iに応じてハイレベルまたはローレベルをとる書き込みデータを、強制的に、グローバルビット線対、および、オン状態のカラムスイッチを介してグローバルビット線対に接続された所定のビット線対に設定する。これにより、上記所定のビット線対と活性化されたワード線との交点に位置するメモリセルに、書き込みデータが入力される。その後、ワード線が非活性になると、その時点のビット線対電位により当該メモリセルの記憶データが確定する。
【0008】
図9は、従来のローカルプリチャージ回路の等価回路図である。
図9に示すローカルプリチャージ回路6は、ビット線対ごとに3つのPチャネルトランジスタ、即ち、ビット線対(BITi,BITXi)間に接続されたイコライズ用のトランジスタTeと、第1ビット線BITiと電源電圧Vddの供給線との間に接続されたプリチャージ用のトランジスタTc1と、第2ビット線(ビット補線)BITXiと電源電圧Vddの供給線との間に接続されたプリチャージ用のトランジスタTc2と、を有する。
これら3つのトランジスタTe,Tc1およびTc2に共通のプリチャージ信号線PCLが接続され、動作時にインバータ61によって反転されたプリチャージ信号PREが印加される。このため、プリチャージ信号PREの反転信号がローレベルのとき、全てのビット線対に対応したプリチャージ回路において、3つのトランジスタTe,Tc1およびTc2がオンする。プリチャージ後のビット線対の電位は電源電圧Vddとなる。
【0009】
なお、グローバルプリチャージ回路は、図9と等価な回路構成を有し、複数のビット線対ごとに1つずつ設けられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
セルアレイのロウ数が大きい半導体メモリでは、ビット線およびビット補線が長く、これらに多数のメモリセルが接続されている。このため、ビット線およびビット補線の負荷容量が大きく、この負荷容量を急速に充電するにはローカルプリチャージ回路6およびグローバルプリチャージ回路で使用しているP型チャネルのトランジスタTe,Tc1およびTc2のサイズを大きくする必要がある。その結果、プリチャージ回路の占有面積が大きくなる、さらには、ビット線対の間隔を広げるなどのエリアペナルティを被るという不利益がある。
【0011】
また、とくにグローバルプリチャージ回路は消費電流量の大きいセンスアンプ回路部分(読み出し回路R)の近くにあるため、ローカルプリチャージ回路の能力が低いと、グローバルプリチャージ回路にかかる負荷が大きくなり、プリチャージ開始時に電流供給がセンスアンプ回路部分に集中する。その結果、このセンスアンプ回路部分でIR(Internal Resistance)−dropによる電源電圧V の低下、あるいは、エレクトロマイグレーション等による電源電圧供給線の信頼性低下の問題が発生しやすくなる。これらの影響が無いようにするためには電源配線供給線の幅を大きく取る必要があり、配線のための面積が増加するという不利益を被る。また、電源電圧供給線の幅を大きくするスペースがとれない場合、上記したIR−dropの影響がないように動作タイミングを遅らせることによる動作サイクルタイムの長期化、あるいは誤動作が生じやすくなり、また、エレクトロマイグレーションによる信頼性が低下するという様々な不利益を被る。
【0012】
本発明は、メモリセルと同じトランジスタ構成を有しているがデータ記憶に用いられない、いわゆるダミーセルを有する半導体メモリ装置において、プリチャージ回路による面積増大、動作の低速化、および信頼性低下等を防止することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体メモリ装置は、複数のセルがマトリクス状に配置され、セル間がビット線とワード線により相互接続さているセルアレイを有する。前記セルアレイ内に、データ記憶に用いるメモリセルと、データ記憶に用いられないダミーセルとを有する。
前記メモリセルは、電源電圧の供給線と基準電圧の供給線との間に直列接続されている第1トランジスタおよび第2トランジスタと、前記第1トランジスタおよび第2トランジスタの接続中点とビット線との間に接続されゲートがワード線に接続されている第3トランジスタと、を有する。
前記ダミーセルは、電源電圧の供給線と前記ビット線との間に接続されてゲートがプリチャージ信号線に接続されている第1プリチャージトランジスタと、第1ダミートランジスタおよび第2ダミートランジスタと、を有する。
前記第1トランジスタと前記第1プリチャージトランジスタ、前記第2トランジスタと前記第1ダミートランジスタ、前記第3トランジスタと前記第2ダミートランジスタとの3つの対で、各対を形成する2つのトランジスタが、前記メモリセルと前記ダミーセルで同一のトランジスタサイズを有して同一のセル内位置に配置されている。
前記第1ダミートランジスタと前記第2ダミートランジスタは共に前記第1プリチャージトランジスタに非接続であり、かつ、前記第2ダミートランジスタは前記ワード線と前記ビット線に対して非接続である。
【0015】
本発明の半導体メモリ装置では、データ記憶に用いられるメモリセルと、データ記憶に用いられないダミーセルとは、同じトランジスタ構造、即ちトランジスタの数と配置が同じ構造を有する。ただし、ダミーセルのトランジスタの一部をプリチャージ用に用いる。
具体的に、本発明の半導体メモリ装置では、ダミーセルにおいて、ソースおよびドレインの一方が電源電圧の供給線に接続されている、メモリセル内の第1トランジスタに対応するトランジスタを第1プリチャージトランジスタとして、例えば、メモリセルの第3トランジスタに対応するトランジスタを介することなく直接ビット線に接続している。第1プリチャージトランジスタのゲートにプリチャージ信号線を接続している。
また、ダミーセルにおいて、メモリセルの第3トランジスタに対応する第2ダミートランジスタをビット線とワード線に非接続としている。さらに、メモリセルの第2トランジスタに対応する第1ダミートランジスタと、上記第2ダミートランジスタとを、ダミーセルでは第1プリチャージトランジスタに非接続としている。
【0016】
プリチャージ信号線が活性化されると、ダミーセルの第1プリチャージトランジスタがオンし、電源電圧によりビット線が充電される。ダミーセルは、例えば、ビット線対をツイストする箇所を確保するためにセルアレイ内に分散して配置され、あるいは、セルアレイの最外周部分に設けられていることが多い。このため、ダミーセルをプリチャージに用いると特定の箇所に電流が集中することなく、ビット線充電のための電源電圧供給が行われる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、6トランジスタ構成のセルを有するSRAMを例として、図面を参照して説明する。
【0018】
図1は、本発明の実施の形態に係るSRAMのブロック図である。図1ではSRAMの各ブロックとブロック間の信号に符号を付しているが、ワード線およびビット線についての符号は、信号と信号配線の双方を示すものである。
図1に示すSRAMは、メモリセルアレイ(MCA)1、ロウデコーダ2、カラム制御回路3、カラム動作回路4、カラムスイッチ回路(C.SW)5、および、ビット線イコライズ回路(BL.EQ)7を有する。カラム制御回路3は、カラムデコーダ(C.DEC)およびクロックジェネレータ(CLK.GEN)を含む。カラム動作回路4は、グローバルプリチャージ回路(G.PCHG)、書き込み回路(W)およびセンスアンプ等の読み出し回路(R)を含む。
【0019】
図8に示す場合と同様、カラム制御回路3に、アドレス信号AA、クロックCK、および、動作イネーブル信号OE等が入力される。カラム制御回路3は、これらの信号に基づいてプリチャージ信号PRE、カラム選択信号COL、センスアンプイネーブル信号SAE、および、書き込みイネーブル信号WREを生成する。プリチャージ信号PREはビット線イコライズ回路7、カラム動作回路4内のグローバルプリチャージ回路(G.PCHG)、および、メモリセルアレイ1に供給される。カラム選択信号COLはカラムスイッチ回路5に供給され、センスアンプイネーブル信号SAEおよび書き込みイネーブル信号WREはカラム動作回路4に供給される。
【0020】
メモリセルアレイ1内に多数のセルがマトリクス状に配置されている。同一行内のセルは複数のワード線WLの何れかに共通に接続され、同一列内のセルはビット線対(BIT0,BITX0)、(BIT1,BITX1)、…の何れかに共通に接続されている。
メモリセルアレイ1内のセルは、その大多数を占める“第1のセル”としてのメモリセルと、“第2のセル”としての比較的少数のダミーセルとからなる。
【0021】
図2(A)〜図2(C)に、セル配置の幾つかの態様を示す。
図2(A)において、ダミーセルDCがメモリセルMCの配置領域の周囲に設けられている。このように配置されるダミーセルDCは、半導体プロセスの繰り返しパターン形成の精度が、セルアレイの外周部分と内部とで異なることによるセル特性のばらつきを防止する目的で設けられる。したがって、このセル特性がばらつきの程度に応じて、ダミーセルDCは、メモリセルMCの配置領域の周囲に2重、3重あるいはそれ以上に設けてもよい。
【0022】
図2(B)および図2(C)においては、ダミーセルが、ツイストビット線構造でビット線をツイストさせる領域を確保するために設けられている。ツイストビット線構造とは、ビット線間でノイズを相殺する、或いは、いわゆるミラー効果を低減する目的で、ビット線およびビット補線の行方向の相対位置関係を、列方向の所定数のセルごとに入れ替えるビット線の配線構造をいう。ミラー効果は、ビット線対の一方のラインの電位が上昇し、同時に他方のラインの電位が低下するとき、見かけ上、各ビット線の負荷容量が2倍になる現象である。ミラー効果は誤動作が起きる原因となるし、ミラー効果を前提としたタイミング設計では動作サイクルタイムが長くなり、高速動作を阻害する。図2(B)では、ダミーセルDCが行方向に連続して設けられている。また、図2(C)では、ダミーセルDCが1列おきに飛び飛びに設けられている。
ダミーセルDCが行内で連続して配置される場合は、ダミーセル行のワード線をプリチャージ信号線として利用することができる。例えば、図2(A)に示すセルアレイの最初の行ROW1あるいは最後の行ROW2、または、図2(B)に示すセルアレイの中間の行ROW3およびROW4は何れもダミーセルDCのみからなるので、ワード線をプリチャージ信号線として利用可能である。以下、図2(B)の場合を例として、より詳細な構成を説明する。
【0023】
図3に、メモリセルアレイ1、カラム動作回路4、カラムスイッチ回路5、および、ビット線イコライズ回路7の詳細な構成例を示す。また、図4にメモリセルの回路図、図5にダミーセルの回路図を示す。
メモリセルMCおよびダミーセルDCは、それぞれ、2つのP型チャネルを有するMOSトランジスタM1およびM4と、4つのN型チャネルを有するMOSトランジスタM2,M3,M5およびM6と、を有する。これらのトランジスタM1〜M6が、それぞれ本発明の“第1〜第6トランジスタ”の実施の形態を構成する。
【0024】
図4に示すメモリセルMCにおいて、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2が、電源電圧Vddの供給線と基準電圧、例えば接地電圧GNDの供給線との間に直列接続されている。同様に、第4トランジスタM4と第5トランジスタM5が、電源電圧Vddの供給線と接地電圧GNDの供給線との間に直列接続されている。第1トランジスタM1と第2トランジスタM2との接続中点(第1の記憶ノードND1)が第4トランジスタのゲートおよび第5トランジスタのゲートに接続されている。同様に、第4トランジスタM4と第5トランジスタM5との接続中点(第2の記憶ノードND2)が第1トランジスタのゲートおよび第2トランジスタのゲートに接続されている。第1の記憶ノードND1とビット線BITi(i=0,1,…)との間に第3トランジスタM3が接続されている。同様に、第2の記憶ノードND2とビット補線BITXiとの間に第6トランジスタM6が接続されている。第3および第6トランジスタM3,M6の各ゲートはワード線WLj(j=0,1,…,n)に接続されている。
なお、トランジスタM1とM4は負荷トランジスタ、トランジスタM2とM5はドライバトランジスタ、トランジスタM3とM6はアクセストランジスタとして、それぞれ機能する。
【0025】
図5に示すダミーセルDCは、トランジスタの配置構造、即ちトランジスタの個数および位置はメモリセルMCと共通するが、トランジスタ間あるいはトランジスタと配線との接続関係がメモリセルMCと一部異なる。
ダミーセルDCがメモリセルMCと異なる点としては、第1に、第1トランジスタM1のドレインが、第2および第3トランジスタの接続中点と切り離され、ビット線BLiに直接接続されている。同様に、第4トランジスタM4のドレインが、第5および第6トランジスタの接続中点と切り離され、ビット補線BLXiに直接接続されている。
第2に、第3トランジスタM3のドレインがビット線BLiから切り離され、オープン状態となっている。同様に、第6トランジスタM6のドレインがビット補線BLXiから切り離され、オープン状態となっている。
第3に、第1,第2,第4および第5トランジスタのゲートの接続関係がメモリセルMCと異なる。つまり、メモリセルMCではインバータを構成する2つのトランジスタ(M1とM2、または、M4とM5)のゲートが他のインバータ出力である記憶ノードと相互接続されていたが、ダミーセルDCでは、第1トランジスタM1のゲートと第4トランジスタM4のゲートが共にプリチャージ信号線PCLに接続され、第2および第5トランジスタの各ゲートはオープンとなっている。プリチャージ信号線PCLは、メモリセルMCにおけるワード線WLjと同じレイヤの配線層から構成される。
【0026】
一方、図3にも示すように、ビット線イコライズ回路7は、列ごとに1つ設けられビット線対(BIT0とBITX0、BIT1とBITX1、…)間に接続された複数のP型のイコライズトランジスタTeからなる。カラム制御回路3から出力されるプリチャージ信号PREは、インバータ71を通って反転され、複数のイコライズトランジスタTeのゲート、および、プリチャージ信号線PCLに印加される。
【0027】
ビット線対(BIT0とBITX0、BIT1とBITX1、…)は、ダミーセルDC部分でたすき掛け状に交差(ツイスト)している。ビット線BIT0,BIT1,…が本発明における“第1ビット線”に該当し、ビット補線BITX0,BITX1,…が“第2ビット線”に該当する。
【0028】
カラムスイッチ回路5は、図3に示すように、ビット線およびビット補線のそれぞれに接続されている複数のトランスファゲートTGおよびTGXからなる。トランスファゲートTGおよびTGXのそれぞれは、P型MOSトランジスタとN型MOSトランジスタのソース同士、ドレイン同士を相互接続した構成を有する。各列において、ビット線に接続されたトランスファゲートTGとビット補線に接続されたトランスファゲートTGXのPMOSゲート同士、NMOSゲート同士が接続されている。このNMOSゲートにカラム選択信号COLi(i=0,1,…)が印加される。また、インバータ51を通って反転されたカラム選択信号がPMOSゲートに印加される。
【0029】
カラムスイッチ回路5の反セルアレイ側では、ビット線同士、ビット補線同士が所定数の列を単位としてまとめられ、これにより、グローバルビット線対(GBIT,GBITX)が形成されている。グローバルビット線対(GBIT,GBITX)は、カラム制御回路4に接続されている。
カラム制御回路4内で、グローバルビット線対(GBIT,GBITX)に対し、グローバルプリチャージ回路41と、書き込みおよび読み出し回路(W/R)42とが接続されている。グローバルプリチャージ回路41は、図9と同様な3つのP型トランジスタ構成を有し、プリチャージ信号PREの反転信号により制御される。
【0030】
図6に、書き込み回路の構成例を示す。
書き込み回路Wは、4つのN型トランジスタM7〜M10と、2つのNANDゲート43および44と、インバータ45とを有する。トランジスタM7とM8が電源電圧Vddの供給線と接地電圧GNDの供給線との間に直列接続され、トランジスタM9とM10が電源電圧Vddの供給線と接地電圧GNDの供給線との間に直列接続されている。トランジスタM7とM8との接続中点がグローバルビット線GBITに接続され、トランジスタM9とM10との接続中点がグローバルビット補線GBITXに接続されている。トランジスタM7とM10とのゲート同士が接続され、その接続中点がNANDゲート44の出力に接続されている。同様に、トランジスタM8とM9とのゲート同士が接続され、その接続中点がNANDゲート43の出力に接続されている。2つのNANDゲート43および44の一方の入力に書き込みイネーブル信号WREが入力される。NANDゲート44の他方の入力に入力データ信号Iが入力され、インバータ45を通って反転された入力データ信号IXがNANDゲート43の他方の入力に入力される。
【0031】
このような構成の書き込み回路Wにおいて、トランジスタM7とM9の閾値電圧の大きい方をVthとする。書き込みイネーブル信号WREが“ハイレベル(H)”のときに論理が“ローレベル(L)”の入力データ信号Iが入力されると、グローバルビット線GBITに(Vdd−Vth)のハイレベルの電圧がプリチャージされ、グローバルビット補線GBITXが接地される。逆に、書き込みイネーブル信号WREが“ハイレベル(H)”のときに論理が“H”の入力データ信号Iが入力されると、グローバルビット線GBITが接地され、グローバルビット補線GBITXが(Vdd−Vth)のハイレベルの電圧でプリチャージされる。
【0032】
以下、SRAMの動作について、最初のサイクルでデータの書き込みを行い、次のサイクルでデータの読み出しを行う場合を例に説明する。
図7(A)〜図7(H)は、各種の信号の波形を示すタイミングチャートである。
【0033】
図7(H)に示すように、データ書き込みサイクルC1の開始時点でプリチャージ信号PREが“H”であることから、ダミーセルDCのプリチャージ用の第1および第4トランジスタM1,M4、並びに、ビット線イコライズトランジスタTeがオンしている。これにより、ビット線対(BITi,BITXi)が短絡されながら電源電圧Vddにまでプリチャージされている。一方、グローバルビット線対(GBIT,GBITX)は、グローバルプリチャージ回路41によって短絡されながら電源電圧Vddにまでプリチャージされている。このとき、トランスファゲート対(TG,TGX)はオフしている。
【0034】
データ書き込みサイクルC1が開始すると、まず、図7(B)に示すように、アドレス信号AAおよび入力データ信号I等が変化して確定し、また、図7(C)に示すように、カラム制御回路3に入力されている動作イネーブル信号OEが“H”に変化する。
これにより、カラム制御回路3がアドレス信号AAをデコードし、デコード後のカラム選択信号COLiをカラムスイッチ回路5に出力する。カラムスイッチ回路5は、入力したカラム選択信号COLiに基づいて、グローバルビット線対(GBIT,GBITX)に接続されるローカルビット線対を選択する。
【0035】
その後、図7(H)に示すように、時刻T0においてプリチャージ信号PREが“L”に変化し、ビット線対(BITi,BITXi)がフローティング状態となる。
【0036】
ロウデコーダ2は、カラム制御回路3内のクロックジェネレータにより生成されたロウクロックROWCK(図7(A))により動作し、カラム制御回路3から入力されるロウアドレス信号RAに応じて複数のワード線の何れかを選択し、図7(F)に示す書き込みに必要な電圧のパルスPgwを、選択したワード線WLjに印加する。これにより、選択された行のメモリセルMCのセレクトトランジスタ(第1および第4トランジスタM1,M4)がオンする。
【0037】
ロウクロックROWCK(図7(A))の立ち上がりに同期して、カラム制御回路3から出力された書き込みイネーブル信号WREが“H”に変化する。これにより、図6に示す書き込み回路Wが動作し、入力データ信号Iに応じてハイレベル(Vdd−Vth)またはローレベル(GND)をとる書き込みデータを、強制的に、グローバルビット線対(GBIT,GBITX)、オン状態のトランスファゲート対(TG,TGX)を経由して、選択列のビット線対(BITi,BITXi)に設定する。その結果、この選択された列のビット線対と選択された行のワード線との交点に位置するメモリセルMCに対して、その第1および第2の記憶ノードND1,ND2に書き込みデータがオン状態のセレクトトランジスタM1,M4を介して入力される。ワード線WLおよび書き込みイネーブル信号WREが非活性になると、その時点のビット線対電位により当該メモリセルMCの記憶データが確定する。その後、カラムスイッチ回路5が全てのトランスファゲートをオフし、時刻T1においてプリチャージ信号が“H”となって再びプリチャージ状態に戻されると、当該データ書き込みサイクルC1が終了する。
【0038】
データ読み出しサイクルC2では、書き込みイネーブル信号WREは、サイクルC2の期間の間“L”のままである。その代わりに、読み出し回路(R)としてのセンスアンプのイネーブル信号SAEが、図7(G)に示すように、選択されたワード線で読み出しゲートパルスPgrが立ち上がってから十分時間を経た時点で“L”から“H”に立ち上がる。
データ読み出しでは、このセンスアンプの駆動までは、書き込みイネーブル信号WREは“L”なのでビット線対が所定の電圧に強制的に変化されられることはなく、フローティング状態のままである。したがって、読み出しゲートパルスPgrが立ち上がり、選択された行のメモリセルMCにおいてセレクトトランジスタM1,M4がオンすると、第1および第2記憶ノードND1,ND2に蓄積されている電荷量に応じてビット線対に電位変化が生じる。この電位変化は、センスアンプの駆動によって電源電圧Vdd振幅の信号に増幅され、出力データ信号Oとして不図示のI/Oバスに排出される。読み出しゲートパルスPgrおよびセンスアンプイネーブル信号SAEが非活性とされ、プリチャージ信号が“H”となって再びプリチャージ状態に戻されると、当該データ読み出しサイクルC2が終了する。
なお、読み出しでは、ロウクロックROWCK、動作イネーブル信号OE、アドレス信号AAの確定動作、カラムスイッチング、プリチャージ動作などのサイクル前半の動作タイミングは、前述した書き込み時とほぼ同じである。ただし、入力データ信号Iの入力およびその確定動作はない。
【0039】
本発明の実施の形態では、以下の効果を奏する。
第1に、メモリの面積削減およびコストの低減が達成できる。
本実施の形態では、従来は動作に何ら用いられていなかったダミーセルDCのトランジスタ間およびトランジスタと配線間の接続関係をメモリセルMCのそれと変えて、ダミーセルDCをローカルプリチャージ回路として用いている。このプリチャージ回路のトランジスタサイズおよび配置はメモリセルMCのものと同じにできるため、ダミーセルDCのサイズがメモリセルサイズと異なるようなことがない。また、プリチャージ線PCLはワード線WLと同じレイヤから構成している。つまり、セルベースのレイアウト設計において、ダミーセルDCの幾つかのレイヤのパターン形状と、コンタクトの有無とを変更するだけで、ローカルプリチャージ回路の機能をダミーセルDCに実現している。その結果、半導体ウエハプロセスにおいて、フォトマスクおよび工程の追加が一切なく、プロセスコストの増大は生じない。
一方で、従来は列ごとに設けられ3トランジスタ構成であったローカルプリチャージ回路6を、1つのトランジスタからなるビット線イコライズ回路7で置き換えている。従来のローカルプリチャージ回路6は、大きなビット線負荷容量を放電するために、大きなサイズの2つのプリチャージトランジスタと、1つのビット線イコライズ用のトランジスタは不可欠であった。これに対し、本実施の形態では、プリチャージトランジスタが不要で、その分面積が削減され、コスト低減が可能となった。また、ダミーセルDCが比較的多く配置され、1つのダミーセルDCによりプリチャージすべき単位負荷容量が小さい場合などにあっては、ビット線イコライズ用のトランジスタまでも省略することが可能である。
【0040】
第2に、プリチャージ回路がセルアレイ1内に分散配置されるため、プリチャージ開始直後に起こるIR−dropによる誤動作、IR−dropの影響がないように動作タイミングを遅らせることによる動作サイクルタイムの長期化、または、エレクトロマイグレーションによる配線の信頼性低といった様々な不利益が解消される。
【0041】
第3に、メモリ容量が異なる製品、或いは、メモリ容量を顧客の要望に応じて変化可能な、いわゆるパラメトリックセル設計ベースの半導体メモリにあって、上述した第2の効果で述べた種々の不利益が容易に解消できるという利益がある。
つまり、従来は、メモリ容量が大きくなるとビット線負荷容量も増大し、それに応じてプリチャージ回路の能力を高める必要があった。このような状況下でエリアペナルティを最小限にするには、設計において能力が異なるプリチャージ回路を幾つも用意する必要があったし、そうでない場合は、想定される最大能力のプリチャージ回路を搭載することによってプリチャージ能力のオーバーヘッドがあり、その分、エリアペナルティも大きい場合があった。
これに対し、本実施の形態では、上記第2の効果を発揮させるために1つのダミーセルが負担するビット線の単位負荷容量に上限が決まり、これにミラー効果やノイズ低減等を加味すると、1列内でダミーセルを配置すべきセル間隔は容易に求まる。したがって、メモリ容量が変化しても、この条件さえ守られれば、エリアペナルティを余り被ることなくIR−dropやエレクトロマイグレーションによる影響の防止を容易に達成でき、設計が楽であるという利益が得られる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、メモリセルと同じトランジスタ構成を有しているがデータ記憶に用いられない、いわゆるダミーセルを有する半導体メモリ装置において、プリチャージ回路による面積増大、動作の低速化、および信頼性低下等を防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るSRAMのブロック図である。
【図2】(A)〜(C)は、本発明が適用可能なセルアレイのセル配置の幾つかの態様を示す図である。
【図3】メモリセルアレイ、カラム動作回路、カラムスイッチ回路、および、ビット線イコライズ回路の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。
【図4】メモリセルの回路図である。
【図5】ダミーセルの回路図である。
【図6】書き込み回路の回路図である。
【図7】(A)〜(H)は、各種の信号の波形を示すタイミングチャートである。
【図8】プリチャージ回路を有する従来の半導体メモリの一例を示すブロック図である。
【図9】従来のローカルプリチャージ回路の回路図である。
【符号の説明】
1…セルアレイ、MC…第1セルとしてのメモリセル、DC…第2セルとしてのダミーセル、M1〜M6…第1〜第6トランジスタ、BIT…第1ビット線としてのビット線、BITX…第2ビット線としてのビット補線、WL0〜WLn,WLi…ワード線、PCL…プリチャージ信号線、PRE…プリチャージ信号
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a normal memory cell (first cell) and a so-called dummy cell (second cell) that has the same transistor arrangement structure as the first cell but is not used for data storage are arranged in the cell array. The present invention relates to a semiconductor memory device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional semiconductor memory having a precharge circuit. In FIG. 8, reference numerals are given to each block of the semiconductor memory and signals between the blocks, but the reference numerals for the word lines and the bit lines indicate both signals and signal wirings.
8 includes a memory cell array (MCA) 10, a row decoder 2, a column control circuit 3, a column operation circuit 4, a column switch circuit (C.SW) 5, and a local precharge circuit (L.PCHG). ) 6. The column control circuit 3 includes a column decoder (C.DEC) and a clock generator (CLK.GEN). The column operation circuit 4 includes a global precharge circuit (G.PCHG), a write circuit (W), and a read circuit (R) such as a sense amplifier.
[0003]
Although not particularly shown, a large number of memory cells are arranged in a matrix in the memory cell array 10. Memory cells in the same row are commonly connected to any of a plurality of word lines WL, and memory cells in the same column are commonly connected to any of bit line pairs (BIT0, BITX0), (BIT1, BITX1),. Has been.
An address signal AA, a clock CK, an operation enable signal OE, and the like are input to the column control circuit 3. The column control circuit 3 generates a precharge signal PRE, a column selection signal COL, a sense amplifier enable signal SAE, and a write enable signal WRE based on these signals. The precharge signal PRE is supplied to the local precharge circuit 6 and the global precharge circuit (G.PCHG) in the column operation circuit 4, the column selection signal COL is supplied to the column switch circuit 5, and the sense amplifier enable signal SAE. The write enable signal WRE is supplied to the column operation circuit 4.
[0004]
Hereinafter, the operation of the semiconductor memory will be described by taking data writing as an example.
At the start of the data write cycle, the local precharge circuit 6 and the global precharge circuit in the column operation circuit 4 perform local bit line pairs (BITi, BITXi: i = 0, 1,... In response to the precharge signal PRE. ) And the global bit line pair (GBIT, GBITX) to the power supply voltage VddAlternatively, it is precharged to a high level voltage close to the power supply voltage. At this time, all the column switches of the column switch circuit 5 are off.
[0005]
When the data write cycle starts, first, the address signal AA, the input data signal I and the like change and are determined. Further, the operation enable signal OE input to the column control circuit 3 changes to a “write permission” state.
As a result, the column control circuit 3 decodes the address signal AA and outputs the decoded column selection signal COL to the column switch circuit 5. The column switch circuit 5 connects the local bit line pair specified based on the input column selection signal COL to the global bit line pair (GBIT, GBITX).
[0006]
The row decoder 2 operates in accordance with the row clock ROWCK generated by the clock generator in the column control circuit 3 and selects any of the plurality of word lines WL according to the row address signal RA input from the column control circuit 3. A voltage necessary for writing is applied to the selected word line.
[0007]
The write circuit in the column operation circuit 4 operates in response to the write enable signal WRE output from the column control circuit 3, and the write data that takes the high level or the low level in accordance with the input data signal I is forcibly changed to the global The bit line pair is set to a predetermined bit line pair connected to the global bit line pair via the column switch in the ON state. As a result, write data is input to the memory cell located at the intersection of the predetermined bit line pair and the activated word line. Thereafter, when the word line is deactivated, the storage data of the memory cell is determined by the bit line pair potential at that time.
[0008]
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a conventional local precharge circuit.
The local precharge circuit 6 shown in FIG. 9 includes three P-channel transistors for each bit line pair, that is, an equalizing transistor Te connected between the bit line pair (BITi, BITXi), the first bit line BITi, Power supply voltage VddPrecharging transistor Tc1 connected between the first and second supply lines, second bit line (bit complementary line) BITXi, and power supply voltage VddAnd a precharging transistor Tc2 connected between the first and second supply lines.
A common precharge signal line PCL is connected to these three transistors Te, Tc1 and Tc2, and the precharge signal PRE inverted by the inverter 61 during operation is applied. For this reason, when the inverted signal of the precharge signal PRE is at a low level, the three transistors Te, Tc1 and Tc2 are turned on in the precharge circuits corresponding to all the bit line pairs. The potential of the bit line pair after precharging is the power supply voltage VddIt becomes.
[0009]
The global precharge circuit has a circuit configuration equivalent to that shown in FIG. 9, and one global precharge circuit is provided for each of a plurality of bit line pairs.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In a semiconductor memory having a large number of rows in a cell array, bit lines and bit complementary lines are long, and a large number of memory cells are connected to these. Therefore, the load capacity of the bit line and the bit complementary line is large, and P-channel transistors Te, Tc1 and Tc2 used in the local precharge circuit 6 and the global precharge circuit are used to quickly charge the load capacity. It is necessary to increase the size. As a result, there is a disadvantage that the area occupied by the precharge circuit is increased, and further, an area penalty is incurred, such as increasing the interval between the bit line pairs.
[0011]
In particular, since the global precharge circuit is located near the sense amplifier circuit portion (read circuit R) that consumes a large amount of current, if the local precharge circuit has low capability, the load on the global precharge circuit increases. At the start of charging, the current supply is concentrated on the sense amplifier circuit portion. As a result, the power supply voltage V by IR (Internal Resistance) -drop in this sense amplifier circuit portion.d dOr a problem of reduced reliability of the power supply voltage supply line due to electromigration or the like. In order to eliminate these influences, it is necessary to increase the width of the power supply wiring supply line, which disadvantageously increases the area for wiring. In addition, when there is not enough space to increase the width of the power supply voltage supply line, the operation cycle time is prolonged or malfunction is likely to occur by delaying the operation timing so as not to be affected by the above-described IR-drop. It suffers from various disadvantages that reliability due to electromigration is reduced.
[0012]
The present invention provides a semiconductor memory device having a so-called dummy cell that has the same transistor configuration as that of a memory cell but is not used for data storage. Thus, the precharge circuit increases the area, operation speed, and reliability decreases. It is to prevent.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention relates toHalfA conductor memory device has a plurality of cells arranged in a matrix.And a cell array in which cells are interconnected by bit lines and word lines. In the cell array,Used for data storagememoryCell and, DeNot used for data storagedummyWith cellTo do.
The memory cellAre connected in series between a power supply voltage supply line and a reference voltage supply line.TransistorAnd a second transistor;AboveFirstTransistorAnd a third transistor connected between the connection midpoint of the second transistor and the bit line and having a gate connected to the word line.To do.
  SaiddummycellIncludes a first precharge transistor connected between a power supply voltage supply line and the bit line and having a gate connected to the precharge signal line, and a first dummy transistor and a second dummy transistor.
Two transistors forming each pair of three pairs of the first transistor and the first precharge transistor, the second transistor and the first dummy transistor, the third transistor and the second dummy transistor, The memory cell and the dummy cell have the same transistor size and are arranged at the same in-cell position.
Both the first dummy transistor and the second dummy transistor are not connected to the first precharge transistor, and the second dummy transistor is not connected to the word line and the bit line.
[0015]
  Semiconductor memory of the present inventionapparatusIs used for data storageMemory cellAnd not used for data storageDummy cellAnd have the same transistor structure, that is, the same number and arrangement of transistors. However,dummyA part of the cell transistor is used for precharging.
  Specifically,Semiconductor memory device of the present inventionThendummyIn the cell, one of the source and drain is connected to the supply line for the power supply voltageIn the memory cellCorresponding to the first transistorAs the first precharge transistor, for example, a memory cellThird transistorTransistor corresponding toConnect directly to the bit line without going throughing.FirstPrechargeA precharge signal line is connected to the gate of the transistor.
  Also,dummyIn the cellMemory cellThird transistorSecond dummy transistor corresponding toIs not connected to the bit line and the word line. further,memorycellIn the dummy cell, the first dummy transistor corresponding to the second transistor and the second dummy transistor areFirstPrechargeThe transistor is not connected.
[0016]
  When the precharge signal line is activated,dummyThe first of the cellPrechargeThe transistor is turned on and the bit line is charged by the power supply voltage.dummyFor example, the cells are often distributed and arranged in the cell array in order to secure a portion where the bit line pair is twisted, or provided in the outermost periphery of the cell array. For this reason,dummyWhen the cell is used for precharging, the power supply voltage for charging the bit line is supplied without concentration of current at a specific location.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an SRAM having a cell having a 6-transistor structure as an example.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram of an SRAM according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, symbols are assigned to each block of the SRAM and signals between the blocks, but the symbols for the word lines and the bit lines indicate both the signals and the signal wirings.
1 includes a memory cell array (MCA) 1, a row decoder 2, a column control circuit 3, a column operation circuit 4, a column switch circuit (C.SW) 5, and a bit line equalize circuit (BL.EQ) 7. Have The column control circuit 3 includes a column decoder (C.DEC) and a clock generator (CLK.GEN). The column operation circuit 4 includes a global precharge circuit (G.PCHG), a write circuit (W), and a read circuit (R) such as a sense amplifier.
[0019]
As in the case shown in FIG. 8, the address signal AA, the clock CK, the operation enable signal OE, and the like are input to the column control circuit 3. The column control circuit 3 generates a precharge signal PRE, a column selection signal COL, a sense amplifier enable signal SAE, and a write enable signal WRE based on these signals. The precharge signal PRE is supplied to the bit line equalize circuit 7, the global precharge circuit (G.PCHG) in the column operation circuit 4, and the memory cell array 1. The column selection signal COL is supplied to the column switch circuit 5, and the sense amplifier enable signal SAE and the write enable signal WRE are supplied to the column operation circuit 4.
[0020]
A large number of cells are arranged in a matrix in the memory cell array 1. Cells in the same row are commonly connected to any of a plurality of word lines WL, and cells in the same column are commonly connected to any of bit line pairs (BIT0, BITX0), (BIT1, BITX1),. Yes.
The cells in the memory cell array 1 are composed of memory cells as “first cells” occupying the majority and relatively few dummy cells as “second cells”.
[0021]
2A to 2C show several modes of cell arrangement.
In FIG. 2A, dummy cells DC are provided around the arrangement area of the memory cells MC. The dummy cells DC arranged in this way are provided for the purpose of preventing variations in cell characteristics due to the difference in the accuracy of repeated pattern formation in the semiconductor process between the outer peripheral portion and the inside of the cell array. Therefore, depending on the degree of variation in the cell characteristics, the dummy cells DC may be provided in double, triple or more around the area where the memory cells MC are arranged.
[0022]
In FIG. 2B and FIG. 2C, dummy cells are provided in order to secure a region for twisting the bit line in the twisted bit line structure. The twisted bit line structure means that the relative positional relationship between the bit line and the bit complementary line in the row direction is determined for each predetermined number of cells in the column direction in order to cancel noise between the bit lines or reduce the so-called mirror effect. The wiring structure of the bit line to be replaced with. The mirror effect is a phenomenon that apparently doubles the load capacity of each bit line when the potential of one line of the bit line pair rises and at the same time the potential of the other line decreases. The mirror effect causes a malfunction, and the timing design based on the mirror effect increases the operation cycle time and hinders high-speed operation. In FIG. 2B, dummy cells DC are provided continuously in the row direction. In FIG. 2C, the dummy cells DC are provided every other column.
When the dummy cells DC are continuously arranged in the row, the word line of the dummy cell row can be used as a precharge signal line. For example, the first row ROW1 or the last row ROW2 of the cell array shown in FIG. 2A or the middle rows ROW3 and ROW4 of the cell array shown in FIG. Can be used as a precharge signal line. Hereinafter, a more detailed configuration will be described using the case of FIG. 2B as an example.
[0023]
FIG. 3 shows a detailed configuration example of the memory cell array 1, the column operation circuit 4, the column switch circuit 5, and the bit line equalize circuit 7. FIG. 4 shows a circuit diagram of the memory cell, and FIG. 5 shows a circuit diagram of the dummy cell.
Each of memory cell MC and dummy cell DC includes MOS transistors M1 and M4 having two P-type channels and MOS transistors M2, M3, M5 and M6 having four N-type channels. These transistors M1 to M6 constitute the “first to sixth transistors” of the present invention, respectively.
[0024]
In the memory cell MC shown in FIG. 4, the first transistor M1 and the second transistor M2 are connected to the power supply voltage VddAre connected in series with a supply line of a reference voltage, for example, a ground voltage GND. Similarly, the fourth transistor M4 and the fifth transistor M5 are connected to the power supply voltage VddAnd a ground voltage GND supply line are connected in series. A connection midpoint (first storage node ND1) between the first transistor M1 and the second transistor M2 is connected to the gate of the fourth transistor and the gate of the fifth transistor. Similarly, a connection midpoint (second storage node ND2) between the fourth transistor M4 and the fifth transistor M5 is connected to the gate of the first transistor and the gate of the second transistor. A third transistor M3 is connected between the first storage node ND1 and the bit line BITi (i = 0, 1,...). Similarly, a sixth transistor M6 is connected between the second storage node ND2 and the bit complement line BITXi. The gates of the third and sixth transistors M3 and M6 are connected to the word line WLj (j = 0, 1,..., N).
Transistors M1 and M4 function as load transistors, transistors M2 and M5 function as driver transistors, and transistors M3 and M6 function as access transistors, respectively.
[0025]
The dummy cell DC shown in FIG. 5 has a transistor arrangement structure, that is, the number and position of the transistors in common with the memory cell MC.
The difference between the dummy cell DC and the memory cell MC is that, first, the drain of the first transistor M1 is disconnected from the connection midpoint of the second and third transistors and directly connected to the bit line BLi. Similarly, the drain of the fourth transistor M4 is disconnected from the midpoint of connection of the fifth and sixth transistors and directly connected to the bit complement line BLXi.
Second, the drain of the third transistor M3 is disconnected from the bit line BLi and is in an open state. Similarly, the drain of the sixth transistor M6 is disconnected from the bit complement line BLXi and is in an open state.
Third, the gate connection of the first, second, fourth and fifth transistors is different from that of the memory cell MC. That is, in the memory cell MC, the gates of the two transistors (M1 and M2 or M4 and M5) constituting the inverter are interconnected with the storage node which is another inverter output, but in the dummy cell DC, the first transistor Both the gate of M1 and the gate of the fourth transistor M4 are connected to the precharge signal line PCL, and the gates of the second and fifth transistors are open. Precharge signal line PCL is formed of the same wiring layer as word line WLj in memory cell MC.
[0026]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the bit line equalize circuit 7 is provided with a plurality of P-type equalize transistors provided for each column and connected between bit line pairs (BIT0 and BITX0, BIT1 and BITX1,...). It consists of Te. The precharge signal PRE output from the column control circuit 3 is inverted through the inverter 71 and applied to the gates of the plurality of equalizing transistors Te and the precharge signal line PCL.
[0027]
The bit line pairs (BIT0 and BITX0, BIT1 and BITX1,...) Cross (twist) in a dummy manner at the dummy cell DC portion. The bit lines BIT0, BIT1,... Correspond to the “first bit line” in the present invention, and the bit complementary lines BITX0, BITX1,.
[0028]
As shown in FIG. 3, the column switch circuit 5 includes a plurality of transfer gates TG and TGX connected to the bit line and the bit complementary line, respectively. Each of the transfer gates TG and TGX has a configuration in which the sources and drains of the P-type MOS transistor and the N-type MOS transistor are interconnected. In each column, the PMOS gates and NMOS gates of the transfer gate TG connected to the bit line and the transfer gate TGX connected to the bit complement line are connected. A column selection signal COLi (i = 0, 1,...) Is applied to the NMOS gate. A column selection signal inverted through the inverter 51 is applied to the PMOS gate.
[0029]
On the counter cell array side of the column switch circuit 5, bit lines and bit complementary lines are grouped in units of a predetermined number of columns, thereby forming a global bit line pair (GBIT, GBITX). The global bit line pair (GBIT, GBITX) is connected to the column control circuit 4.
In the column control circuit 4, a global precharge circuit 41 and a write / read circuit (W / R) 42 are connected to the global bit line pair (GBIT, GBITX). The global precharge circuit 41 has three P-type transistor configurations similar to those in FIG. 9, and is controlled by an inverted signal of the precharge signal PRE.
[0030]
FIG. 6 shows a configuration example of the writing circuit.
The write circuit W includes four N-type transistors M7 to M10, two NAND gates 43 and 44, and an inverter 45. Transistors M7 and M8 are connected to the power supply voltage VddAre connected in series between the supply line of the ground voltage GND and the supply line of the ground voltage GND, and the transistors M9 and M10 are connected to the power supply voltage VddAnd a ground voltage GND supply line are connected in series. The midpoint of connection between the transistors M7 and M8 is connected to the global bit line GBIT, and the midpoint of connection between the transistors M9 and M10 is connected to the global bit complementary line GBITX. The gates of the transistors M7 and M10 are connected to each other, and the midpoint of connection is connected to the output of the NAND gate 44. Similarly, the gates of the transistors M8 and M9 are connected to each other, and the connection midpoint is connected to the output of the NAND gate 43. A write enable signal WRE is input to one input of the two NAND gates 43 and 44. The input data signal I is input to the other input of the NAND gate 44, and the input data signal IX inverted through the inverter 45 is input to the other input of the NAND gate 43.
[0031]
In the write circuit W having such a configuration, the larger threshold voltage of the transistors M7 and M9 is set to Vth. When the input data signal I whose logic is “low level (L)” is input when the write enable signal WRE is “high level (H)”, the global bit line GBIT has (Vdd-Vth) high level voltage is precharged, and the global bit complementary line GBITX is grounded. On the contrary, when the input data signal I having the logic “H” is input when the write enable signal WRE is “high level (H)”, the global bit line GBIT is grounded and the global bit complement line GBITX is set to (Vdd-Vth) is precharged with a high level voltage.
[0032]
Hereinafter, the operation of the SRAM will be described by taking as an example a case where data is written in the first cycle and data is read in the next cycle.
7A to 7H are timing charts showing waveforms of various signals.
[0033]
As shown in FIG. 7H, since the precharge signal PRE is “H” at the start of the data write cycle C1, the first and fourth transistors M1, M4 for precharging the dummy cell DC, and The bit line equalizing transistor Te is on. As a result, the power supply voltage V while the bit line pair (BITi, BITXi) is short-circuited.ddHas been precharged. On the other hand, the global bit line pair (GBIT, GBITX) is short-circuited by the global precharge circuit 41 while the power supply voltage VddHas been precharged. At this time, the transfer gate pair (TG, TGX) is off.
[0034]
When the data write cycle C1 starts, first, as shown in FIG. 7B, the address signal AA, the input data signal I, etc. are changed and determined, and as shown in FIG. The operation enable signal OE input to the circuit 3 changes to “H”.
Thereby, the column control circuit 3 decodes the address signal AA and outputs the decoded column selection signal COLi to the column switch circuit 5. The column switch circuit 5 selects a local bit line pair connected to the global bit line pair (GBIT, GBITX) based on the input column selection signal COLi.
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 7H, at time T0, the precharge signal PRE changes to “L”, and the bit line pair (BITi, BITXi) enters a floating state.
[0036]
The row decoder 2 operates according to a row clock signal ROWCK (FIG. 7A) generated by a clock generator in the column control circuit 3 and a plurality of word lines in accordance with a row address signal RA input from the column control circuit 3. And a pulse Pgw having a voltage necessary for writing shown in FIG. 7F is applied to the selected word line WLj. As a result, the select transistors (first and fourth transistors M1, M4) of the memory cells MC in the selected row are turned on.
[0037]
In synchronization with the rise of the row clock ROWCK (FIG. 7A), the write enable signal WRE output from the column control circuit 3 changes to “H”. As a result, the write circuit W shown in FIG. 6 operates, and the high level (Vdd−Vth) or low level (GND), the write data is forcibly passed through the global bit line pair (GBIT, GBITX) and the on-state transfer gate pair (TG, TGX). Set to pair (BITi, BITXi). As a result, write data is turned on at the first and second storage nodes ND1 and ND2 for the memory cell MC located at the intersection of the bit line pair of the selected column and the word line of the selected row. It is input via the state select transistors M1 and M4. When the word line WL and the write enable signal WRE are deactivated, the data stored in the memory cell MC is determined by the bit line pair potential at that time. Thereafter, when the column switch circuit 5 turns off all the transfer gates and the precharge signal becomes “H” at time T1 to return to the precharge state again, the data write cycle C1 ends.
[0038]
In the data read cycle C2, the write enable signal WRE remains “L” during the period of the cycle C2. Instead, when the enable signal SAE of the sense amplifier as the read circuit (R) passes a sufficient time after the read gate pulse Pgr rises on the selected word line as shown in FIG. It rises from “L” to “H”.
In the data read operation, the write enable signal WRE is “L” until the sense amplifier is driven, so that the bit line pair is not forcibly changed to a predetermined voltage and remains in the floating state. Therefore, when the read gate pulse Pgr rises and the select transistors M1 and M4 are turned on in the memory cell MC of the selected row, the bit line pair is set according to the amount of charge stored in the first and second storage nodes ND1 and ND2. A potential change occurs. This potential change is caused by the power supply voltage V being driven by the sense amplifier.ddThe signal is amplified to an amplitude signal and output as an output data signal O to an I / O bus (not shown). When the read gate pulse Pgr and the sense amplifier enable signal SAE are deactivated and the precharge signal becomes “H” to return to the precharge state again, the data read cycle C2 is completed.
In the read operation, the operation timing in the first half of the cycle such as the row clock ROWCK, the operation enable signal OE, the determination operation of the address signal AA, the column switching, and the precharge operation is almost the same as that in the above-described write. However, there is no input data signal I input and its determination operation.
[0039]
The embodiment of the present invention has the following effects.
First, a reduction in memory area and cost can be achieved.
In the present embodiment, the dummy cells DC are used as local precharge circuits by changing the connection relationship between the transistors of the dummy cells DC and between the transistors and the wirings, which have not been used for the operation in the past, with those of the memory cells MC. Since the transistor size and arrangement of the precharge circuit can be the same as those of the memory cell MC, the size of the dummy cell DC does not differ from the memory cell size. Further, the precharge line PCL is composed of the same layer as the word line WL. That is, in the cell-based layout design, the function of the local precharge circuit is realized in the dummy cell DC only by changing the pattern shape of several layers of the dummy cell DC and the presence or absence of contacts. As a result, in the semiconductor wafer process, there is no additional photomask and process, and process cost does not increase.
On the other hand, the local precharge circuit 6 which is conventionally provided for each column and has a three-transistor configuration is replaced with a bit line equalize circuit 7 formed of one transistor. In the conventional local precharge circuit 6, in order to discharge a large bit line load capacity, two large precharge transistors and one bit line equalizing transistor are indispensable. On the other hand, in the present embodiment, a precharge transistor is not required, and the area is reduced correspondingly, and the cost can be reduced. Further, in the case where a relatively large number of dummy cells DC are arranged and the unit load capacity to be precharged by one dummy cell DC is small, it is possible to omit even the bit line equalizing transistors.
[0040]
Secondly, since the precharge circuits are distributed in the cell array 1, a long operation cycle time is obtained by delaying the operation timing so that there is no malfunction due to IR-drop that occurs immediately after the start of precharge and the influence of IR-drop. Various disadvantages such as reduction of wiring reliability due to electrical migration or electromigration are eliminated.
[0041]
Third, there are various disadvantages described in the above-mentioned second effect in a product with different memory capacity, or a semiconductor memory based on a so-called parametric cell design in which the memory capacity can be changed according to the customer's request. There is a benefit that can be easily resolved.
In other words, conventionally, as the memory capacity increases, the bit line load capacity also increases, and it is necessary to increase the capacity of the precharge circuit accordingly. In order to minimize the area penalty under these circumstances, it was necessary to prepare several precharge circuits with different capacities in the design. By installing it, there was an overhead of precharge capability, and there was a case where the area penalty was large accordingly.
On the other hand, in the present embodiment, an upper limit is determined for the unit load capacity of the bit line borne by one dummy cell in order to exert the second effect, and if the mirror effect and noise reduction are added to this, 1 The cell interval at which the dummy cells are to be arranged in the column can be easily obtained. Therefore, even if the memory capacity changes, as long as this condition is observed, the effects of IR-drop and electromigration can be easily prevented without incurring a large area penalty, and the advantage that the design is easy can be obtained. .
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a semiconductor memory device having a so-called dummy cell that has the same transistor configuration as a memory cell but is not used for data storage, the area is increased by the precharge circuit, the operation is slowed down, and the reliability is lowered. Etc. can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an SRAM according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are diagrams showing several modes of cell arrangement of a cell array to which the present invention can be applied.
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a detailed configuration example of a memory cell array, a column operation circuit, a column switch circuit, and a bit line equalize circuit.
FIG. 4 is a circuit diagram of a memory cell.
FIG. 5 is a circuit diagram of a dummy cell.
FIG. 6 is a circuit diagram of a write circuit.
7A to 7H are timing charts showing waveforms of various signals.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional semiconductor memory having a precharge circuit.
FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional local precharge circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cell array, MC ... Memory cell as 1st cell, DC ... Dummy cell as 2nd cell, M1-M6 ... 1st-6th transistor, BIT ... Bit line as 1st bit line, BITX ... 2nd bit Bit complementary lines as lines, WL0 to WLn, WLi, word lines, PCL, precharge signal lines, PRE, precharge signals

Claims (3)

複数のセルがマトリクス状に配置され、セル間がビット線とワード線により相互接続さているセルアレイを有し、
前記セルアレイ内に、データ記憶に用いるメモリセルと、データ記憶に用いられないダミーセルとを有し、
前記メモリセルは、
電源電圧の供給線と基準電圧の供給線との間に直列接続されている第1トランジスタおよび第2トランジスタと、
前記第1トランジスタおよび第2トランジスタの接続中点とビット線との間に接続されゲートがワード線に接続されている第3トランジスタと、
を有し、
前記ダミーセルは、
電源電圧の供給線と前記ビット線との間に接続されてゲートがプリチャージ信号線に接続されている第1プリチャージトランジスタと、
第1ダミートランジスタおよび第2ダミートランジスタと、
を有し、
前記第1トランジスタと前記第1プリチャージトランジスタ、前記第2トランジスタと前記第1ダミートランジスタ、前記第3トランジスタと前記第2ダミートランジスタとの3つの対で、各対を形成する2つのトランジスタが、前記メモリセルと前記ダミーセルで同一のトランジスタサイズを有して同一のセル内位置に配置され、
前記第1ダミートランジスタと前記第2ダミートランジスタは共に前記第1プリチャージトランジスタに非接続であり、かつ、前記第2ダミートランジスタは前記ワード線と前記ビット線に対して非接続である
半導体メモリ装置。
A cell array in which a plurality of cells are arranged in a matrix and the cells are interconnected by bit lines and word lines,
In the cell array having a memory cell for use in data storage, and a dummy cell that is not used in data storage,
The memory cell is
A first transistor and a second transistor connected in series between a power supply voltage supply line and a reference voltage supply line;
A third transistor connected between a connection midpoint of the first transistor and the second transistor and a bit line and having a gate connected to a word line;
Have
The dummy cell,
A first precharge transistor connected between a power supply voltage supply line and the bit line and having a gate connected to a precharge signal line;
A first dummy transistor and a second dummy transistor;
Have
Two transistors forming each pair of three pairs of the first transistor and the first precharge transistor, the second transistor and the first dummy transistor, the third transistor and the second dummy transistor, The memory cell and the dummy cell have the same transistor size and are disposed in the same cell position,
Both the first dummy transistor and the second dummy transistor are not connected to the first precharge transistor, and the second dummy transistor is not connected to the word line and the bit line .
前記メモリセルは、
電源電圧の供給線と基準電圧の供給線との間に直列接続されている第4および第5トランジスタと、
前記第4および第5トランジスタの接続中点とビット線との間に接続されゲートが前記ワード線に接続されている第6トランジスタと、
をさらに有し、
前記ダミーセルは、
電源電圧の供給線と前記ビット補線との間に接続されてゲートが前記プリチャージ信号線に接続されている第2プリチャージトランジスタと、
第3ダミートランジスタおよび第4ダミートランジスタと、
をさらに有し、
前記第4トランジスタと前記第2プリチャージトランジスタ、前記第5トランジスタと前記第3ダミートランジスタ、前記第6トランジスタと前記第4ダミートランジスタとの3つの対で、各対を形成する2つのトランジスタが、前記メモリセルと前記ダミーセルで同一のトランジスタサイズを有して同一のセル内位置に配置され、
前記第3ダミートランジスタと前記第4ダミートランジスタは共に前記第2プリチャージトランジスタに非接続であり、かつ、前記第4ダミートランジスタは前記ワード線と前記ビット補線に対して非接続であり、
前記ビット線と前記ビット補線が、列方向の途中でツイストしたツイストビット線対から構成され、
前記ツイストビット線対のツイスト部分に前記ダミーセルが配置され、
前記ダミーセルを挟んで列方向の一方側に配置されたメモリセルと、列方向の他方側に配置された他のメモリセルとでは、前記第3トランジスタと前記第6トランジスタの各々に対する、前記ビット線と前記ビット補線の接続関係が逆になっている
請求項1に記載の半導体メモリ装置。
The memory cell is
Fourth and fifth transistors connected in series between a power supply voltage supply line and a reference voltage supply line;
A sixth transistor connected gate between a connection point and bit complement lines of said fourth and fifth transistors are connected to said word line,
Further comprising
The dummy cell,
A second precharge transistor connected between a power supply voltage supply line and the bit complement line and having a gate connected to the precharge signal line;
A third dummy transistor and a fourth dummy transistor;
Further comprising
Two transistors forming each pair of three pairs of the fourth transistor and the second precharge transistor, the fifth transistor and the third dummy transistor, the sixth transistor and the fourth dummy transistor, The memory cell and the dummy cell have the same transistor size and are disposed in the same cell position,
The third dummy transistor and the fourth dummy transistor are both disconnected from the second precharge transistor, and the fourth dummy transistor is disconnected from the word line and the bit complement line,
The bit line and the bit complementary line are composed of a twist bit line pair twisted in the middle of the column direction,
The dummy cells are arranged in a twisted portion of the twisted bit line pair,
The bit line for each of the third transistor and the sixth transistor is a memory cell arranged on one side in the column direction across the dummy cell and another memory cell arranged on the other side in the column direction. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a connection relationship between the bit line and the bit complementary line is reversed .
行内の全てのセルが前記ダミーセルであるセル行を前記セルアレイ内に有し
前記行内の全てのセルが前記ダミーセルであるセル行において、前記プリチャージ信号線が、他のセル行内で前記メモリセルに接続されたワード線と同じレイヤにより形成されている
請求項1に記載の半導体メモリ装置。
A cell row in the cell array in which all cells in the row are the dummy cells ;
The cell line in which all the cells in the row are the dummy cells, and the precharge signal line is formed of the same layer as a word line connected to the memory cell in another cell row . Semiconductor memory device.
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