JP4487227B2 - Dynamic RAM - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイナミック型RAM(ランダム・アクセス・メモリ)に関し、ワード線とビット線の交点にダイナミック型メモリセルが配置されてなるいわゆる1交点方式のものに利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明を成した後の調査によって、後で説明する本発明に関連すると思われるものとして、特開昭59−2365号公報(以下、先行技術1という)、特開昭60−195795号公報(以下、先行技術2という)、特開昭60−211871号公報(以下、先行技術3という)のあることが判明した。
【0003】
先行技術1ないし3の公報においては、MOS容量を利用した情報記憶キャパシタを用い、かつオープンビットライン型(1交点方式)におけるプレート電極に対する電圧供給技術に関するものである。先行技術1の公報においては、情報記憶キャパシタの対向電極の正確な電位分布の均一化のためにビット線と直交する方向に横切り且つ複数箇所で接続される第1配線と、上記第1配線を相互に接続する第2配線と、この第2配線の中央部を周辺回路の電源線に接続する第3配線を設けるものである。先行技術2の公報においては、センスアンプを挟んで設けられる2つのプレート電極間に抵抗を設けて、メモリセルの記憶情報がビット線に読み出されるときの基板電圧の変化に対応して上記プレート電極の電位の変化を遅くする。先行技術3の公報においては、プレート電極及びそれに電圧を供給する配線を高融点で低抵抗の金属もくしは該金属とシリコンとの珪化物で形成すること、あるいは上記プレート電極上に複数本の金属配線層を設ける。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ダイナミック型RAM(以下、単にDRAMという)ではコスト低減が望まれている。そのためにはチップサイズの低減が最も効果的である。これまでは微細化を推し進めてメモリセルサイズを縮小してきたが、今後はメモリアレイの動作方式も変えることにより、さらにセルサイズを縮小する必要がある。メモリアレイの動作方式を2交点から1交点に変えることにより、同一のデザインルールを用いて理想的にはセルサイズを75%低減できる。しかし、1交点方式のメモリアレイは2交点方式のメモリアレイと比較して、ビット線等に乗るアレイノイズが大きいという問題があり、これを解決しなければ製品適用が困難である。
【0005】
そこで、今回従来の2交点方式で用いられたメモリセルをそのまま流用して1交点方式のメモリアレイを構成した場合に発生するノイズを検討したところ、ビット線と基板(ウェル)との間の寄生容量によって上記ビット線に乗るノイズが大きくなることが判明した。
【0006】
図12を用いて、基板ノイズによるメモリアレイの動作マージンの劣化を説明する。(a)に示す1交点アレイではワーストケースにおいて、選択側マットのビット線が1本を除いて全てロウレベル(L)に増幅され、参照側のマットのビット線が1本を除いて全てハイレベル(H)に増幅される。このとき、選択側マット中の1本だけハイレベルの信号が出力ているビット線が、基板からノイズを受けて誤つて増幅される危険がある。
【0007】
一例としてワード線WL0が活性化され、ビット線BL1Tにのみハイレベルの信号がでてきて、その他のビット線BL0T,BL2T等にはロウレベルの信号が読み出される場合を考える。さらにメモリセルのリーク等の理由により、ビット線BL1Tに生ずるハイレベルの信号が少ないとする。センスアンプ活性化すると、信号が大きくでてきているビット線BL0T/B、BL2T/B等は早く増幅される。一方、信号が少ないビット線BL1T/Bは増幅が遅い。このとき、選択側マットの基板(ウェル領域)SUB0にはビット線BL0T,BL2T等から寄生容量CBLSUBを介して負のノイズが生ずる。逆に、隣接マツトの基板(ウェル領域)SUB1にはビット線BL0B、BL2B等から正のノイズが生ずる。
【0008】
これらのノイズが逆に基板SUB0,SUB1から寄生容量CBLSUBを介して反対の信号が出ているビット線BL1T/Bに戻ると、信号量が減少し誤ってビット線の電位が逆転してしまうのである。したがつて、かかる基板(ウェル領域)からのノイズに配慮がなされていないメモリアレイではメモリセルに蓄積されている信号電荷量が減少してきたときに情報が誤つて読み出される危険性が高い。このことは、リフレッシュ特性の劣化につながり、DRAMの歩留まりを大きく低下させる原因となる。
【0009】
この発明の目的は、動作マージンの向上を図った1交点方式のダイナミック型RAMを提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。MOSFETとキャパシタとからなり、上記MOSFETのゲートが選択端子とされ、一方のソース,ドレインが入出力端子とされ、他方のソース,ドレインが上記キャパシタの蓄積ノードと接続されてなるダイナミック型メモリセルの複数個と、複数からなる上記ダイナミック型メモリセルの上記選択端子にそれぞれ接続されてなる複数のワード線と、複数からなる上記ダイナミック型メモリセルの上記入出力端子にそれぞれ接続され、一端を中心にして互いに逆方向に延長されるよう配置されてなる複数の相補ビット線対と、上記相補ビット線対の一端側に配置されて、かかる相補ビット線の電圧差をそれぞれ増幅する複数からなるラッチ回路からなるセンスアンプ列とを含むメモリマットを複数個備え、上記メモリマットは、ビット線の延長方向においてビット線を等分する1ないし複数箇所に上記メモリセルが形成される半導体領域にバイアス電圧を供給するための半導体層がセンスアンプ列と平行に設けられ、かかる半導体層には上記バイアス電圧を給電するコンタクト部が複数個設けられる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図10には、この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例の概略レイアウト図が示されている。同図においては、この発明が適用されるダイナミック型RAMを構成する各回路ブロックのうち、その主要部が判るように示されており、それが公知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。
【0012】
この実施例では、特に制限されないが、メモリアレイは、全体として4個に分けられる。半導体チップの長手方向に対して左右に分けられて、中央部分14にアドレス入力回路、データ入出力回路及びボンディングパッド列からなる入出力インターフェイス回路及び昇圧回路や降圧回路を含む電源回路等が設けられる。これら中央部分14の両側のメモリアレイに接する部分には、メモリアレイ制御回路(AC)11、メインワードドライバ(MWD)12が配置される。上記メモリアレイ制御回路11は、サブワード選択線やセンスアンプを駆動するための制御回路及びメインアンプからなる。上述のように半導体チップの長手方向に対して左右に2個、上下に2個ずつに分けられた4個からなる各メモリアレイにおいて、長手方向に対して上下中央部にカラムデコーダ領域(YDC)13が設けられる。
【0013】
上述のよう各メモリアレイにおいて、メインワードドライバ12は、それに対応した1つのメモリアレイを貫通するように延長されるメインワード線の選択信号を形成する。上記メインワードドライバ領域12にサブワード選択用のサブワード選択線のドライバも設けられ、後述するように上記メインワード線と平行に延長されてサブワード選択線の選択信号を形成する。カラムデコーダ13は、それに対応した1つのメモリアレイを貫通するように延長されるカラム選択線の選択信号を形成する。
【0014】
上記各メモリアレイは、複数からなるメモリセルアレイ(以下、サブアレイと称する)15に分割される。サブアレイ15は、その拡大図に示すように、センスアンプ領域16、サブワードドライバ領域17に囲まれて形成される。上記センスアンプ領域16と、上記サブワードドライバ領域17の交差部は、交差領域(クロスエリア)18とされる。上記センスアンプ領域16に設けられるセンスアンプは、CMOS構成のラッチ回路により構成され、かかるセンスアンプを中心にして左右に延長される相補ビット線の信号を増幅するという、いわゆる1交点方式とされる。
【0015】
拡大図として示された1つのメモリセルアレイ(サブアレイ)15は、特に制限されないが、サブワード線が512本と、それと直交する相補ビット線の一方(又はデータ線)は1024本とされる。上記1つのメモリアレイにおいて、上記サブアレイ15がビット線延長方向に正規用にビット線方向に32個と参照用に2個設けられる。サブアレイ15は、センスアンプ16を中心として一対の相補ビット線が設けられるので、ビット線の延長方向でみると、ビット線は上記サブアレイ15によって実質的に16分割される。また、上記サブアレイ15は、ワード線の延長方向に4個設けられる。これにより、ワード線の延長方向でみると、サブワード線は、上記サブアレイ15によって4分割される。
【0016】
1つのサブアレイ15において、ビット線が1024本設けられるので、ワード線方向には約4K分のメモリセルが接続され、サブワード線が512本設けられるので、ビット線方向には512×32=16K分のメモリセルが接続される。これにより、1つのメモリアレイには、4K×16K=64Mビットのような記憶容量を持ち、4つのメモリアレイによりメモリチップ10の全体では4×64M=256Mビットのような記憶容量を持つようにされる。
【0017】
本願において、用語「MOS」は、本来はメタル・オキサイド・セミコンダクタ構成を簡略的に呼称するようになったものと理解される。しかし、近年の一般的呼称でのMOSは、半導体装置の本質部分のうちのメタルをポリシリコンのような金属でない電気導電体に換えたり、オキサイドを他の絶縁体に換えたりするものもの含んでいる。CMOSもまた、上のようなMOSに付いての捉え方の変化に応じた広い技術的意味合いを持つと理解されるようになってきている。MOSFETもまた同様に狭い意味で理解されているのではなく、実質上は絶縁ゲート電界効果トランジスタとして捉えられるような広義の構成をも含めての意味となってきている。本発明のCMOS、MOSFET等は一般的呼称に習っている。
【0018】
図2には、この発明に係る1交点DRAMアレイの一実施例の回路図が示されている。ビット線BLとワード線WLの全ての交点にMOSトランジスタとセル容量CSからなるメモリセルが接続されている。ビット線BLにはセンスアンプSA,ワード線WL1にはサブワードドライハSWDが接続される。サブワードドライバ列SWDAとセンスアンプ列SAAで囲まれる領域(以下メモリセルアレイ又はメモリマットという)MCA内にはメモリセルがアレイに配置される。例えばメモリアレイMCA0内の1本のワード線WLが活性化されたときは、センスアンプ列SAA1内のセンスアンプSAは反対側のメモリセルアレイMCA1のビット線を参照用に用いてメモリセルアレイMCA0内のビット線の信号を増幅する。
【0019】
この実施例では、上記メモリセルアレイMCAは、MCA1aとMCA1bのようにビット線方向に2等分される。同図では、一方のメモリセルアレイMCA1aについて、例示的にメモリセルが示され、他方のメモリセルアレイMCA1bについてはブラックボックスで表している。上記2つのメモリセルアレイMCA1aとMCA1bとの間には、センスアンプ列SAAと平行、つまりワード線と平行にコンタクト用の半導体層(以下、基板コンタクト列という)CNTA1mが設けられる。センスアンプ列SAA1を挟んで、左側に設けられるメモリマットにおいても、上記同様に2つのメモリセルアレイMCA0aとMCA0bのように2分割されて、同様な基板コンタクト列CNTA0mが設けられる。
【0020】
2つのメモリセルアレイサブアレイMCA0とMCA1の間に設けられたセンスアンプ列SAA1のセンスアンプSAは、上記2つのメモリセルアレイMCA0とMCA1の両側に延長するような相補ビット線に接続される。これらのセンスアンプSAは、上記センスアンプ列SAA1において、2つのビット線毎に1つのセンスアンプSAが配置される。したがって、上記メモリセルアレイMCA0とMCA1の間に設けられたセンスアンプ列SAA1には、前記のようにビット線BLが1024本ある場合には、その半分の512個のセンスアンプSAが設けられる。
【0021】
一方のメモリセルアレイMCA0において、残りの512本のビット線は、メモリセルアレイMCA1とは反対側のセンスアンプ列SAA0に設けられたセンスアンプSAに接続される。他方のメモリセルアレイMCA1において、残り512本のビット線は、上記メモリセルアレイMCA0とは反対側に設けられたセンスアンプ列SAA2に設けられるセンスアンプSAに接続される。このようなセンスアンプSAのビット線方向の両側の分散配置によって、2本分のビット線に対して1つのセンスアンプを形成すればよいから、センスアンプSAとビット線BLのピッチを合わせて高密度にメモリセルアレイ及びセンスアンプ列を形成することができる。
【0022】
このことは、サブワードドライバSWDにおいても同様である。メモリセルアレイMCA0に設けられた512本のサブワード線WLは、256本ずつに分けられてサブアレイMCA0の両側に配置されたサブワードドライバ列SWDAの256個のサブワードドライバSWDに接続される。この実施例では、2本のサブワード線WLを1組として、2個ずつのサブワードドライバSWDが分散配置される。2つのメモリセルに対応したサブワード線を1組として、2つのサブワードドライバがメモリセルアレイMCT0の一端側(図の上側)に配置され、それと隣接する上記同様の2本のサブワード線を1組として、2つのサブワードトライバがメモリセルアレイMCA0の他端側(図の下側)に配置される。
【0023】
上記サブワードドライバSWDは、図示しないが、それが形成されるサブワードドライバ列SWDAを挟んで両側に設けられるサブアレイのサブワード線の選択信号を形成する。これにより、メモリセルの配列ピッチに合わせて形成されたサブワード線に対応して、サブワードドライバSWDを効率よく分散配置させるとともに、サブワード線WLの選択動作を高速に行なうようにすることができる。
【0024】
図1には、この発明に係る1交点DRAMアレイの一実施例の構成図が示されている。図1(a)にメモリセルアレイのセルトランジスタの基板となるP型ウェル(PWEL)と基板給電配線VBBとの接続を説明するためのブロック構成が示されている。アレイ構成は前記図2に説明したように1交点方式とされる。前記基板コンタクト列CNTA0mによってビット線方向に2等分されてなる分割メモリセルアレイMCA0a、MCA0bのメモリセルの基板(ウェル領域)PWEL0への給電は、メモリセルアレイMCA0の両側に存在するセンスアンプ列SAA0、SAA1内に設けられた基板コンタクト列CNTA0a、CNTA0b及び分割メモリセルアレイMCA0a、MCA0bの間に存在する基板コンタクト列CNTA0mのそれぞれにおいて複数設けられたコンタクトCONTにより基板給電配線VBBから行われる。
【0025】
メモリセルアレイMCA1に対応したメモリセルの基板(ウェル領域)PWEL1への給電も同様に、メモリセルアレイMCA1の両側に存在するセンスアンプ列SAA1、SAA2内に設けられた基板コンタクト列CNTA1a、CNTA1b及び分割メモリセルアレイMCA1a、MCA1bの間に存在する基板コンタクト列CNTA1mのそれぞれにおいて複数設けられたコンタクトCONTにより基板給電配線VBBから行われる。
【0026】
分割メモリセルアレイMCA0aのビット線方向の長さと分割メモリセルアレイMCA1aのビット線方向の長さをほぼ等しくビット線長の2分の1程度とすると、給電部から最も遠い部分と給電部との距離が短くなるため、基板抵抗低減効果が大きくなる。このことは、メモリセルアレイMCA1についても同様である。
【0027】
図1(a)におけるA−A’線での断面構造が図1(b)に示されている。ワード線WL方向に配線された基板給電配線VBBは第2層目金属配線M2で配線され、一旦スルーホールTC1を介して第1層目金属配線M1に落とされ、さらにコンタクトCONTを介して、ウェル領域PWELに接続される。このとき、良好なオーミックコンタクトを得るために、ウェル領域PWELの接続部にはP+のように高濃度にされたコンタクト用の半導体層(活性領域)が設けられる。メモリセルの活性領域、つまりMOSトランジスタのソース,ドレインとはN型(N+)であるが、給電部の活性領域CNTAは上記のように高濃度P型(P+)にされる。
【0028】
センスアンプ列SAA中には、後述するCMOSラッチ回路を構成するPチャンネル型MOSFET等を形成するためにウェル領域NWELが存在するために、三重ウェル構成を用いて深いNWEL(DWEL)をセンスアンプ列SAAとメモリセルアレイMCAの下に配置した場合、メモリセルの基板となるウェル領域PWELは、センスアンプ列SAAの両側で分離されている。したがって、ウェル領域NWELの両側および中央でウェル領域PWELコンタクトを行うことにより、基板抵抗及び基板ノイズを低減することが可能となる。
【0029】
基板給電配線VBBは図1(a)の横方向には列選択線YSと同層の配線層M3を用いてサブワードドライバSWDA上、またはメモリセルアレイMCA上に配線され、縦方向にはメインワード線線MWLと同層の配線層M2を用いてセンスアンプ列SAA上、基板コンタクト列CNTA上またはアレイ上を配線される。アレイ上において、これらの縦横の配線を接続して網目状とすることにより、基板給電配線VBBの抵抗を下げることが有益である。また、このような網目状の配線方式をとることにより、ウェル領域PWEL0とPWEL1の間の抵抗を下げることが出来る。したがって、ビット線BLをセンスする際に基板に生ずるノイズを高速に打ち消して、ノイズを低減して1交点DRAMアイレの動作マージンを大きく広げることが可能になる。
【0030】
図3には、この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例の回路図が示されている。センスアンプSAは、ゲートとドレインとが交差接続されてラッチ形態にされたNチャンネル型の増幅MOSFETQ5,Q6及びPチャンネル型の増幅MOSFETMOSFETQ7,Q8からなるCMOSラッチ回路で構成される。Nチャンネル型MOSFETQ5とQ6のソースは、共通ソース線CSNに接続される。Pチャンネル型MOSFETQ7とQ8のソースは、共通ソース線CSPに接続される。
【0031】
上記共通ソース線CSNとCSPには、それぞれパワースイッチMOSFETQ3とQ4が接続される。特に制限されないが、Nチャンネル型の増幅MOSFETQ5とQ6のソースが接続された共通ソース線CSNには、かかるセンスアンプ領域に分散して配置されたNチャンネル型のパワースイッチMOSFETQ3により接地電位供給線VSSAが与えられる。上記Pチャンネル型の増幅MOSFETQ7とQ8のソースが接続された共通ソース線CSPには、Nチャンネル型のパワーMOSFETQ4 が設けられて動作電圧VDDが与えられる。
【0032】
上記Nチャンネル型のパワーMOSFETQ3とQ4のゲートには、センスアンプ活性化信号SANが供給される。特に制限されないが、SANのハイレベルは昇圧電圧VPPレベルの信号とされる。つまり、昇圧電圧VPPは、上記電源電圧VDDに対してMOSFETQ4のしきい値電圧以上に昇圧されたものであり、上記Nチャンネル型MOSFETQ4を十分にオン状態にして、その共通ソース線CSPの電位を上記電源電圧VDDにすることができる。
【0033】
上記センスアンプSAの入出力ノードには、相補ビット線BL0TとBL0Bを短絡させるイコライズMOSFETQ11と、相補ビット線BL0TとBL0Bにハーフプリチャージ電圧VBLRを供給するスイッチMOSFETQ9とQ10からなるプリチャージ(イコライズ)回路が設けられる。これらのMOSFETQ9〜Q11のゲートは、共通にプリチャージ(ビット線イコライズ)信号BLEQが供給される。このプリチャージ信号BLEQを形成するドライバ回路は、図示しないが、前記図10に示したクロスエリア18にインバータ回路を設けて、その立ち上がりや立ち上がりを高速にする。つまり、メモリアクセスの開始時にワード線選択タイミングに先行して、各クロスエリア18に分散して設けられたインバータ回路を通して上記プリチャージ回路を構成するMOSFETQ9〜Q11を高速に切り替えるようにするものである。
【0034】
センスアンプSAの一対の入出力ノードは、相補ビット線BL0T,BL0Bに接続されることの他、MOSFETQ1とQ2からなるカラム(Y)スイッチ回路を介してセンスアンプ列に沿って延長されるローカル(サブ)入出力線SIO,SIO0TとSIO0BBに接続される。上記MOSFETQ1とQ2のゲートは、カラム選択線YSに接続され、かかるカラム選択線YSが選択レベル(ハイレベル)にされるとオン状態となり、上記センスアンプSAの入出力ノードとローカル入出力線SIO0TとSIO0Bを接続させる。隣接するビット線も上記同じカラム選択線YSによりスイッチ制御される上記同様なスイッチ回路を介してローカル入出力線SIO1TとSIO1Bに接続される。
【0035】
これにより、センスアンプSAの入出力ノードは、それを挟んで設けられる2つのマット(例えばMAT0とMAT1)のうち、選択されたマットのワード線との交点に接続されたメモリセルの記憶電荷に対応して変化するビット線のハーフプリチャージ電圧に対する微小な電圧変化を、非選択とされたマット側のビット線のハーフプリチャージ電圧を参照電圧として増幅し、上記カラム選択線YSにより選択されたものが、上記カラムスイッチ回路(Q1とQ2)等を通してローカル入出力線SIO0T,SIO0B及びSIO1T,SIO1Bに伝えられる。
【0036】
前記図10のように、メインワード線の延長方向に並ぶセンスアンプ列SAA1上を上記ローカル入出力線SIO0TとSIO0B及びSIO1TとSIO1Bが延長され、サブ増幅回路を介して増幅せされた信号がそれと同一方向に延長されるメイン入出力線を通して、メインワードドライバMWD部に設けられたメインアンプに伝えられて、例えば、前記メモリチップ上で4分割されてなる1つのメモリアレイにおいて、前記サブアレイの分割数に対応して16ビット単位でパラレルに出力される。上記4に分割されてなるメモリアレイは、後述するようにそれぞれがメモリバンクを構成するようにされる。
【0037】
図4と図5には、前記図3に示したセンスアンプSAの一実施例のレイアウト図が示されている。図4においては、第1と第2層目の金属層M1とM2とを接続するコンタクト部TC1および上記金属層M1より下層のレイアウトを示し、図5においては、上記コンタクト部TC1より上層のレイアウトを示している。上記図3ないし図5において、CCPはクロスカップルのPチャンネル型MOSFET(Q7とQ8)であり、CSDはコモンソースドライバ(Q3とQ4)であり、CCNはクロスカップルのNチャンネル型MOSFET(Q5とQ6)であり、PCはプリチャージ回路(Q9〜Q11)であり、YGはYゲート回路(Q1とQ2)であり、図3ないし図5のそれぞれ対応している。
【0038】
図5に示すようにプレート電極PLはプレート電極PLより上層の第2層目の金属配線層M2から、かかるプレート電極PLより下層のへのコンタクトTC1が通過する領域を避けて配線される。この実施例では、特に制限されないが、マットMAT0とMAT1のプレート電極PL0とPL1間をかかるプレート電極PL0及びPL1と同じ導体層からなる配線で相互に接続されている。このようなPL配線はビット線BL4本分のピッチに対して1本程度の割合で、上記SAA中に多数設けることができる。ちなみに、1つのマットが1024本のビット線からなる場合、上記PL配線の数は256本もの多数が並列となるため、センスアンプ列SAA1を挟んで設けられる2つのプレート電極を接続する配線の抵抗値を低減することができるため、両プレート電極PL0やPL1に生ずる相補ノイズを相殺させて大幅に減少させることが可能になる。
【0039】
図4に示すように、センスアンプ列SAA1を挟むように両側に設けられるメモリセルアレイに対応した2つのウェル領域PWELは、センスアンプ列SAA1の両端の基板コンタクト列CNTA0bとCNTA1aでそれぞれ給電されている。これにより、前記図1のようにメモリセルアレイの中央部に前記のような基板コンタクト列CNTA0m及びCNTA1mを設けない場合でも、メモリアレイの基板の給電から最も遠い点と、基板給電部との距離をほぼビット線長の2分の1に短縮でき、基板抵抗を低減できるため、基板に生ずるノイズを大幅に減少することが可能になる。
【0040】
基板給電配線VBBは、特に制限されないが、列選択線YSと同層の配線層M3を用いてサブワードドライバ列SWDA上およびメモリセルアレイMCA上に配線され、縦方向にはメインワード線MWLと同層の配線層M2を用いてセンスアンプ列SAA上およびメモリセルアレイを配線される。メモリセルアレイ上において、これらの縦横の配線はセンスアンプ列のメモリセルアレイ中に設けられた基板コンタクト部CNTATC2を介してPWELに接続され、基板バイアス電圧を供給する電源線の抵抗値を下げることが可能である。このような配線方式を採ることにより、メモリセルアレイMCA0とMCA1に対応したP型ウェル領域PWEL0とPWEL1の間の抵抗を下げることが出来る。
【0041】
図6には、分割メモリセルアレイMCA0a、MCA0bの境界部における基板コント列CNTA0mの一実施例の構成図が示されている。図6(a)には、レイアウトが示され、図6(b)には断面構造が示されている。図6(a)のレイアウトにおけるA−A’部分の断面構造が図6(b)に示されている。同図において、ACTはMOSトランジスタの活性領域、SNはメモリセルの蓄積ノード、SNCTはSNとACTを接続するコンタクト、BLCTはBLとACTを接続するコンタクト、CPは容量絶縁膜、PLはプレートを示す。
【0042】
この実施例では、メモリセルはCOB(Capacitor over Bitline)構造を用いている。すなわち、蓄積ノードSNをビット線BL上部に設ける。このことによって、プレート電極PLはメモリセルアレイMCA中でビット線BLと上記アドレス選択MOSFETの接続部BLCTにより分断されることなく、1枚の平面状に形成することができるため、プレート電極PLの抵抗を低減することが可能である。
【0043】
この実施例では、プレート電極PLが積層構造とされ、かかるプレート電極PLのシート抵抗値を下げることができ有利である。一例として、記憶キャパシタの容量絶縁膜CPにBSTやTa2O5のような高誘電体膜を用いた場合、下部電極(蓄積ノード)SN及び上部電極下層PLにはRuを用いると、記憶キャパシタCSの容量を高めることができる。Ruは従来用いられていたポリSiに比べるとシート抵抗値が低いため、プレート電極PLの抵抗値を下げることが出来る。この構造にプレート電極PLの上側層としてWを積層すると、プレート電極PLの抵抗値をさらに下げることができる。このようにして、プレート電極PL自体の抵抗値を下げるプレート電圧の安定化に寄与する。
【0044】
同図において、第1層目金属配線層M1とビット線BLは同じ配線層である。メモリセルの活性領域はN型(N+)であるが、給電部の活性領域はP型(P+)である。基板給電配線VBBは、第2層目金属配線層M2で配線され、いったんスルーホールTC1により第1層目金属配線層M1に落とされ、さらにコンタクトCONTを介してウェル領域PWELに形成されたP+の半導体層に接続される。したがって、給電部では第1層目金属配線層M1のピッチが密になるが、図6(a)に示すメモリセルレイアウトではビット線のピッチが最小加工寸法をFとして3F程度であるために、ビット線2本以上に対して1個の基板コンタクトを配置すれば、第1層目金属配線層M1のピッチを2F以上にすることができる。
【0045】
第1層目金属配線M1のリソグラフィに位相シフト法を用いた場合には、基板コンタクト列部での位相を0°と180°の交互に割り当て、メモリセルアレイMCA中での隣り合ったビット線BLには0°または180°の同じ位相を割り当てることにより、微細ピッチの解像が可能になる。このとき、ビット線BLピッチは3F程度あるために、同位相で露光をおこなうことができる。
【0046】
図7には、この発明に係るダイナミック型RAMのサブワードドライバの一実施例の回路図が示されている。この実施例では、8本のサブワード線WL0〜WL7に対して1本のメインワード線MWLが設けられるものであり、上記8本の中の1本のサブワード線を選択するためにサブワード選択線FX0〜FX7とFX0B〜FX7Bが必要になるものである。この実施例では、1つのサブアレイに設けられたビット線をその両側に設けられたサブワードドライバ列SWDAにより半分ずつを選択する。このため、同図に示された1つのサブワードドライバ列上には、上記8本のサブワード線の中の半分である4本分のサブワード線を選択するためのサブワード選択線FX1、2、5、6とFX1B、2B、5B、6Bの8本が延長される。
【0047】
図示しない上記サブアレイを挟んでけ反対側に設けられたサブワードドライバ列上には、上記8本のサブワード線の中の残り半分である4本分のサブワード線を選択するためのサブワード選択線FX0、3、4、7とFX0B、3B、4B、7Bの8本が延長される。2本ずつが1組とされたサブワード線WL1とWL2及びWL2とWL4、WL5とWL6に対応したサブワードドライバが交互に設けられる。また、サブワード線WL0は、隣接するグループ(メインワード線が異なる)サブワード線WL7とが1組とされて2つのサブワードドライバが設けられる。
【0048】
1つのサブワードドライバSWD1は、Nチャンネル型MOSFETQ12とPチャンネル型MOSFETQ13からなるCMOSインバータ回路と、上記Nチャンネル型MOSFETQ12に並列に設けられたNチャンネル型MOSFETQ14から構成される。上記Nチャンネル型MOSFETQ12とQ14のソースは、サブワード線の非選択レベルVSS(0V)に対応した電源供給線VSSWLに接続される。Pチャンネル型MOSFETQ13が形成されるNウェル領域に昇圧電圧を供給する電源供給線VPPが設けられる。このように、サブワードドライバSWD1のNチャンネル型MOSFETが形成されるPWELにVSSを供給する構成では、メモリセルが形成されるPWELとは上記DWELを利用して電気的に分離される。
【0049】
上記サブワードドライバSWD1のCMOSインバータ回路を構成するMOSFETQ12とQ13のゲートには、残り3個のサブワードドライバの同様なMOSFETのゲートと共通にメインワード線MWLに接続される。そして、上記4つのCMOSインバータ回路を構成するPチャンネル型MOSFETQ13のソースは、それに対応するサブワード選択線FX1に接続され、上記サブワードドライバSWD1に設けられたMOSFETQ14のゲートには、サブワード選択線FX1Bが供給される。残り3つのサブワードドライバSWD2、SWD5及びSWD6には、上記サブワード選択線FX2とFX2B、FX5とFX5B、FX6とFX6Bにそれぞれ接続される。
【0050】
サブワード線WL1が選択されるときは、メインワード線MWLがロウレベルにされる。そして、上記サブワード線WL1に対応したサブワード選択線FX1が昇圧電圧VPPのようなハイレベルにされる。これにより、サブワードドライバSWD1のPチャンネル型MOSFETQ13がオン状態となって、サブワード選択線FX1の選択レベルVPPをサブワード線WL1に伝える。このとき、サブワードドライバSWD1において、サブワード選択線FX1BのロウレベルによりMOSFETQ14はオフ状態になっている。
【0051】
上記メインワード線MWLがロウレベルの選択状態にされた他のサブワードドライバSDW2、SWD5とSWD6においては、Pチャンネル型MOSFETがオン状態になるが、サブワード線選択線FX2B、FX5BとFX6Bのハイレベルにより、Nチャンネル型MOSFETがオン状態となって、サブワード線WL2、WL5とWL6を非選択レベルVSSにする。メインワード線MWLがハイレベルにされる非選択のサブワードドライバでは、かかるメインワード線MWLのハイレベルによって、上記CMOSインバータ回路のNチャンネル型MOSFETがオン状態となって、各サブワード線を非選択レベルVSSにするものである。
【0052】
このように3個のMOSFETにより、2つのサブアレイに対応した一対のサブワード線を選択するので、前記1交点方式のメモリアレイ(サブアレイ)に設けられる高密度で配置されるサブワード線WLのピッチに合わせてサブワードドドライバを形成することができ、2交点方式と同一のデザインルールを用いて理想的にはセルサイズを75%低減できる1交点方式に適合させたサブワードドライバの配置が可能になる。
【0053】
上記のように2本のサブワード線WL毎に、マットMATの両側に2個ずつの組み合わせでサブワードドライバを分散配置した場合、2つのサブワードドライバを構成するPチャンネル型MOSFETを同一のN型ウェル領域に形成でき、Nチャンネル型MOSFETを同一のP型ウェル領域に形成することができるものとなり、結果としてサブワードドライバの高集積化を可能にするものである。このことは、前記のようなセンスアンプにおいても同様に2本のビット線BL毎にマットMATの両側に2個ずつの組み合わせで分散配置するものである。
【0054】
図8には、この発明に係るDRAMのメモリセルアレイ部の他の一実施例のブロック構成図が示されている。同図においては、メモリセルトランジスタの基板となるP型ウェル(PWEL)と基板給電配線VBBとの接続を説明するものであり、各ブロックの配置は半導体基板上での実際の各回路のレイアウト配置に対応して描かれている。このことは、図1(a)においても同様である。
【0055】
メモリセルアレイ構成は図2の1交点方式とされる。分割メモリセルアレイMCA0a、MCA0b、MCA0cのメモリセルの基板であるウェル領域PWEL0への給電は、メモリセルアレイMCA0の両側に存在するセンスアンプ列SAA0、SAA1内に存在する基板コンタクト列CNTA0a、CNTA0bまたは分割メモリセルアレイMCA0a、MCA0bの間に存在する基板コンタクト列CNTA0m1、また分割メモリセルアレイMCA0b、MCA0cの間に存在する基板コンタクト列CNTA0m2により、基板給電配線VBBから行われる。
【0056】
この実施例では、メモリセルアレイ(又はメモリマット)中において、基板コンタクト列を2列設けるところが、図1の実施例と相違している。分割メモリセルアレイMCA0a、MCA0b、MCA0cのビット線方向の長さをビット線長の3分の1程度にほぼ等しくすると、基板バイアス電圧の給電部から最も遠い部分と給電部との距離がビット線長の6分の1程度と図1の実施例よりもさらに短くなるため、基板抵抗低減効果を大きくすることができる。このことは、センスアンプ列SAA1を挟んで設けられる他方のメモリセルアレイ(メモリマット)MCA1についても同様である。
【0057】
図9には、この発明に係るDRAMの動作の一例を説明するためのタイミング図が示されている。アドレスADD端子から行(ROW)aに対する行アドレスが入力され、制御端子CMDから活性化コマンドACTが入力される。活性化コマンドACTの入力に対応してプリチャージ信号PCが非活性化され、ビット線BLのプリチャージが終了し、上記行アドレスの入力に対応してワード線WLaが活性化される。このワード線WLaの活性化によって、選択側メモリマットのビット線の電位は、選択されたメモリセルの記憶電荷に対応して非選択側メモリマットのビット線のプリチャージ電圧に対して微小電圧だけ変化させられる。
【0058】
上記ビット線BLに、メモリセルからの読み出し信号が発生した後、センスアンプ起動信号SAN/SAPを駆動してセンスアンプで増幅する。この状態でセンスアンプ列に設けられた複数のセンスアンプにはワード線WLaに対応した複数のメモリセルの情報が保持されており、列(COL)xに対して読み出しコマンドREADが入力されると、カラム選択信号YSxが活性化され、センスアンプから入出力線MIOを介して、行a、列xのデータが入出力端子DQへ読み出される。
【0059】
図11には、この発明が適用されるDRAMの一実施例の全体ブロック図が示されている。この実施例のDRAMは、DDR SDRAM(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory ;以下単にDDR SDRAMという)に向けられている。この実施例のDDR SDRAMは、特に制限されないが、4つのメモリバンクに対応して4つのメモリアレイ200A〜200Dが設けられる。4つのメモリバンク0〜3にそれぞれ対応されたメモリアレイ200A〜200Dは、マトリクス配置されたダイナミック型メモリセルを備え、図に従えば同一列に配置されたメモリセルの選択端子は列毎のワード線(図示せず)に結合され、同一行に配置されたメモリセルのデータ入出力端子は行毎に相補データ線(図示せず)に結合される。
【0060】
上記メモリアレイ200Aの図示しないワード線は行(ロウ)デコーダ(Row DEC) 201Aによるロウアドレス信号のデコード結果に従って1本が選択レベルに駆動される。メモリアレイ200Aの図示しない相補データ線はセンスアンプ(Sense AMP)202A及びカラム選択回路(Column DEC)203AのI/O線に結合される。センスアンプ202Aは、メモリセルからのデータ読出しによって夫々の相補データ線に現れる微小電位差を検出して増幅する増幅回路である。それにおけるカラム選択回路203Aは、上記相補データ線を各別に選択して相補I/O線に導通させるためのスイッチ回路を含む。カラムスイッチ回路はカラムデコーダ203Aによるカラムアドレス信号のデコード結果に従って選択動作される。
【0061】
メモリアレイ200Bないし200Dも同様に、ロウデコーダ201B〜D,センスアンプ203B〜D及びカラム選択回路203B〜Dが設けられる。上記相補I/O線は各メモリバンクに対して共通化されて、ライトバッファを持つデータ入力回路(Din Buffer)210の出力端子及びメインアンプを含むデータ出力回路(Dout Buffer)211の入力端子に接続される。端子DQは、特に制限されないが、16ビットからなるデータD0−D15を入力又は出力するデータ入出力端子とされる。DQSバッファ(DQS Buffer) 215は、読み出し動作のときに上記端子DQから出力するデータのデータストローブ信号を形成する。
【0062】
アドレス入力端子から供給されるアドレス信号A0〜A14は、アドレスバッファ(Address Buffer)204で一旦保持され、時系列的に入力される上記アドレス信号のうち、ロウ系アドレス信号はロウアドレスバッファ(Row Address Buffer)205に保持され、カラム系アドレス信号はカラムアドレスバッファ(Column Address Buffer)206に保持される。リフレッシュカウンタ(Refresh Counter) 208は、オートマチックリフレッシュ( Automatic Refresh)及びセルフリフレッシュ(Self Refresh)時の行アドレスを発生する。
【0063】
例えば、256Mビットのような記憶容量を持つ場合、カラムアドレス信号としては、2ビット単位でのメモリアクセスを行うようにする場合には、アドレス信号A14を入力するアドレス端子が設けられる。×4ビット構成では、アドレス信号A11まで有効とされ、×8ビット構成ではアドレス信号A10までが有効とされ、×16ビット構成ではアドレス信号A9までが有効とされる。64Mビットのような記憶容量の場合には、×4ビット構成では、アドレス信号A10まで有効とされ、×8ビット構成ではアドレス信号A9までが有効とされ、そして図のように×16ビット構成ではアドレス信号A8までが有効とされる。
【0064】
上記カラムアドレスバッファ206の出力は、カラムアドレスカウンタ(Column Address Counter) 207のプリセットデータとして供給され、列(カラム)アドレスカウンタ207は後述のコマンドなどで指定されるバーストモードにおいて上記プリセットデータとしてのカラムアドレス信号、又はそのカラムアドレス信号を順次インクリメントした値を、カラムデコーダ203A〜203Dに向けて出力する。
【0065】
モードレジスタ(Mode Register) 213は、各種動作モード情報を保持する。上記ロウデコーダ(Row Decoder) 201AないしDは、バンクセレクト(Bank Select)回路212で指定されたバンクに対応したもののみが動作し、ワード線の選択動作を行わせる。コントロール回路(Control Logic)209は、特に制限されないが、クロック信号CLK、/CLK(記号/はこれが付された信号がロウイネーブルの信号であることを意味する)、クロックイネーブル信号CKE、チップセレクト信号/CS、カラムアドレスストローブ信号/CAS、ロウアドレスストローブ信号/RAS、及びライトイネーブル信号/WEなどの外部制御信号と、/DM及びDQSとモードレジスタ213を介したアドレス信号とが供給され、それらの信号のレベルの変化やタイミングなどに基づいてDDR SDRAMの動作モード及び上記回路ブロックの動作を制御するための内部タイミング信号を形成するもので、それぞれに信号に対等した入力バッファを備える。
【0066】
クロック信号CLKと/CLKは、クロックバッファを介してDLL回路214に入力され、内部クロックが発生される。上記内部クロックは、特に制限されないが、データ出力回路211とDQSバッファ215の入力信号として用いられる。また、上記クロックバッファを介したクロック信号はデータ入力回路210や、列アドレスカウンタ207に供給されるクロック端子に供給される。
【0067】
他の外部入力信号は当該内部クロック信号の立ち上がりエッジに同期して有意とされる。チップセレクト信号/CSはそのロウレベルによってコマンド入力サイクルの開始を指示する。チップセレクト信号/CSがハイレベルのとき(チップ非選択状態)やその他の入力は意味を持たない。但し、後述するメモリバンクの選択状態やバースト動作などの内部動作はチップ非選択状態への変化によって影響されない。/RAS,/CAS,/WEの各信号は通常のDRAMにおける対応信号とは機能が相違し、後述するコマンドサイクルを定義するときに有意の信号とされる。
【0068】
クロックイネーブル信号CKEは次のクロック信号の有効性を指示する信号であり、当該信号CKEがハイレベルであれば次のクロック信号CLKの立ち上がりエッジが有効とされ、ロウレベルのときには無効とされる。なお、リードモードにおいて、データ出力回路211に対するアウトプットイネーブルの制御を行う外部制御信号/OEを設けた場合には、かかる信号/OEもコントロール回路209に供給され、その信号が例えばハイレベルのときにはデータ出力回路211は高出力インピーダンス状態にされる。
【0069】
上記ロウアドレス信号は、クロック信号CLK(内部クロック信号)の立ち上がりエッジに同期する後述のロウアドレスストローブ・バンクアクティブコマンドサイクルにおけるA0〜A11のレベルによって定義される。
【0070】
アドレス信号A12とA13は、上記ロウアドレスストローブ・バンクアクティブコマンドサイクルにおいてバンク選択信号とみなされる。即ち、A12とA13の組み合わせにより、4つのメモリバンク0〜3のうちの1つが選択される。メモリバンクの選択制御は、特に制限されないが、選択メモリバンク側のロウデコーダのみの活性化、非選択メモリバンク側のカラムスイッチ回路の全非選択、選択メモリバンク側のみのデータ入力回路210及びデータ出力回路への接続などの処理によって行うことができる。
【0071】
上記カラムアドレス信号は、前記のように256Mビットで×16ビット構成の場合には、クロック信号CLK(内部クロック)の立ち上がりエッジに同期するリード又はライトコマンド(後述のカラムアドレス・リードコマンド、カラムアドレス・ライトコマンド)サイクルにおけるA0〜A9のレベルによって定義される。そして、この様にして定義されたカラムアドレスはバーストアクセスのスタートアドレスとされる。
【0072】
次に、コマンドによって指示されるSDRAMの主な動作モードを説明する。
(1)モードレジスタセットコマンド(Mo)
上記モードレジスタ30をセットするためのコマンドであり、/CS,/RAS,/CAS,/WE=ロウレベルによって当該コマンド指定され、セットすべきデータ(レジスタセットデータ)はA0〜A11を介して与えられる。レジスタセットデータは、特に制限されないが、バーストレングス、CASレイテンシイ、ライトモードなどとされる。特に制限されないが、設定可能なバーストレングスは、2,4,8とされ、設定可能なCASレイテンシイは2,2.5とされ、設定可能なライトモードは、バーストライトとシングルライトとされる。
【0073】
上記CASレイテンシイは、後述のカラムアドレス・リードコマンドによって指示されるリード動作において/CASの立ち下がりから出力バッファ211の出力動作までに内部クロック信号の何サイクル分を費やすかを指示するものである。読出しデータが確定するまでにはデータ読出しのための内部動作時間が必要とされ、それを内部クロック信号の使用周波数に応じて設定するためのものである。換言すれば、周波数の高い内部クロック信号を用いる場合にはCASレイテンシイを相対的に大きな値に設定し、周波数の低い内部クロック信号を用いる場合にはCASレイテンシイを相対的に小さな値に設定する。
【0074】
(2)ロウアドレスストローブ・バンクアクティブコマンド(Ac)
これは、ロウアドレスストローブの指示とA12とA13によるメモリバンクの選択を有効にするコマンドであり、/CS,/RAS=ロウレベル、/CAS,/WE=ハイレベルによって指示され、このときA0〜A9に供給されるアドレスがロウアドレス信号として、A12とA13に供給される信号がメモリバンクの選択信号として取り込まれる。取り込み動作は上述のように内部クロック信号の立ち上がりエッジに同期して行われる。例えば、当該コマンドが指定されると、それによって指定されるメモリバンクにおけるワード線が選択され、当該ワード線に接続されたメモリセルがそれぞれ対応する相補データ線に導通される。
【0075】
(3)カラムアドレス・リードコマンド(Re)
このコマンドは、バーストリード動作を開始するために必要なコマンドであると共に、カラムアドレスストローブの指示を与えるコマンドであり、/CS,/CAS=ロウレベル、/RAS,/WE=ハイレベルによって指示され、このときA0〜A9(×16ビット構成の場合)に供給されるカラムアドレスがカラムアドレス信号として取り込まれる。これによって取り込まれたカラムアドレス信号はバーストスタートアドレスとしてカラムアドレスカウンタ207に供給される。
【0076】
これによって指示されたバーストリード動作においては、その前にロウアドレスストローブ・バンクアクティブコマンドサイクルでメモリバンクとそれにおけるワード線の選択が行われており、当該選択ワード線のメモリセルは、内部クロック信号に同期してカラムアドレスカウンタ207から出力されるアドレス信号に従って順次選択されて連続的に読出される。連続的に読出されるデータ数は上記バーストレングスによって指定された個数とされる。また、出力バッファ211からのデータ読出し開始は上記CASレイテンシイで規定される内部クロック信号のサイクル数を待って行われる。
【0077】
(4)カラムアドレス・ライトコマンド(Wr)
当該コマンドは、/CS,/CAS,/WE=ロウレベル、/RAS=ハイレベルによって指示され、このときA0〜A9に供給されるアドレスがカラムアドレス信号として取り込まれる。これによって取り込まれたカラムアドレス信号はバーストライトにおいてはバーストスタートアドレスとしてカラムアドレスカウンタ207に供給される。これによって指示されたバーストライト動作の手順もバーストリード動作と同様に行われる。但し、ライト動作にはCASレイテンシイはなく、ライトデータの取り込みは当該カラムアドレス・ライトコマンドサイクルの1クロック後から開始される。
【0078】
(5)プリチャージコマンド(Pr)
これはA12とA13によって選択されたメモリバンクに対するプリチャージ動作の開始コマンドとされ、/CS,/RAS,/WE=ロウレベル、/CAS=ハイレベルによって指示される。
【0079】
(6)オートリフレッシュコマンド
このコマンドはオートリフレッシュを開始するために必要とされるコマンドであり、/CS,/RAS,/CAS=ロウレベル、/WE,CKE=ハイレベルによって指示される。
【0080】
(7)ノーオペレーションコマンド(Nop)
これは実質的な動作を行わないこと指示するコマンドであり、/CS=ロウレベル、/RAS,/CAS,/WEのハイレベルによって指示される。
【0081】
DDR SDRAMにおいては、1つのメモリバンクでバースト動作が行われているとき、その途中で別のメモリバンクを指定して、ロウアドレスストローブ・バンクアクティブコマンドが供給されると、当該実行中の一方のメモリバンクでの動作には何ら影響を与えることなく、当該別のメモリバンクにおけるロウアドレス系の動作が可能にされる。
【0082】
したがって、例えば16ビットからなるデータ入出力端子においてデータD0−D15が衝突しない限り、処理が終了していないコマンド実行中に、当該実行中のコマンドが処理対象とするメモリバンクとは異なるメモリバンクに対するプリチャージコマンド、ロウアドレスストローブ・バンクアクティブコマンドを発行して、内部動作を予め開始させることが可能である。
【0083】
DDR SDRAMの詳細な読み出し動作は、次の通りである。チップセレクト/CS, /RAS、/CAS、ライトイネーブル/WEの各信号はCLK信号に同期して入力される。/RAS=0と同時に行アドレスとバンク選択信号が入力され、それぞれロウアドレスバファ205とバンクセレクト回路212で保持される。バンクセレクト回路212で指定されたバンクのロウデコーダ210がロウアドレス信号をデコードしてメモリセルアレイ200から行全体のデータが微小信号として出力される。出力された微小信号はセンスアンプ202によって増幅, 保持される。指定されたバンクはアクティブ(Active)になる。
【0084】
行アドレス入力から3CLK後、CAS=0と同時に列アドレスとバンク選択信号が入力され、それぞれがカラムアドレスバッファ206とバンクセレクト回路212で保持される。指定されたバンクがアクティブであれば、保持された列アドレスがカラムアドレスカウンタ207から出力され、カラムデコーダ203が列を選択する。選択されたデータがセンスアンプ202から出力される。このとき出力されるデータは2組分である(×4ビット構成では8ビット、×16ビット構成では32ビット)。
【0085】
センスアンプ202から出力されたデータはデータバスDataBusを介してデータ出力回路211からチップ外へ出力される。出力タイミングはDLL214から出力されるQCLKの立上がり、立ち下がりの両エッジに同期する。この時、上記のように2組分のデータはパラレル→シリアル変換され、1組分×2のデータとなる。データ出力と同時に、DQSバッファ215からデータストローブ信号DQSが出力される。モードレジスタ213に保存されているバースト長が4以上の場合、カラムアドレスカウンタ207は自動的にアドレスをインクリメントされて、次の列データを読み出すようにされる。
【0086】
上記DLL214の役割は、データ出力回路211と、DQSバッファ215の動作クロックを生成する。上記データ出力回路211とDQSバッファ215は、DLL214で生成された内部クロック信号が入力されてから、実際にデータ信号やデータストローブ信号が出力されるまでに時間がかかる。そのため、適当なレプリカ回路を用いて内部クロック信号の位相を外部CLKよりも進める事により、データ信号やデータストローブ信号の位相を外部クロックCLKに一致させる。したがって、上記DQSバッファは、上記のようなデータ出力動作以外のときには、出力ハイインピーダンス状態にされる。
【0087】
書き込み動作のときには、上記DDR SDRAMのDQSバッファ215が出力ハイインピーダンス状態であるので、上記端子DQSにはマクロプロセッサ等のようなデータ処理装置からデータストローブ信号DQSが入力され、端子DQにはそれに同期した書き込みデータが入力される。データ入力回路210は、上記端子DQから入力された書き込みデータを、上記端子DQSから入力されたデータストローブ信号に基づいて形成されたクロック信号により、前記のようにシリアルに取り込み、クロック信号CLKに同期してパラレルに変換して、データバスDataBusを介して選択されたメモリバンクに伝えられて、かかるメモリバンクの選択されたメモリセルに書き込まれる。
【0088】
上記のようなDDR SDRAMに本願発明を適用することによって、メモリチップの小型化を図りつつ、高速な書き込みと読み出しが可能な半導体メモリを構成することができるものとなる。
【0089】
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りである。
(1) MOSFETとキャパシタとからなるダイナミック型メモリセルの複数個と、複数からなる上記メモリセルの選択端子にそれぞれ接続されてなる複数のワード線と、複数からなる上記メモリセルの入出力端子にそれぞれ接続され、一端を中心にして互いに逆方向に延長されるよう配置されてなる複数の相補ビット線対と、上記相補ビット線対の一端側に配置されて、かかる相補ビット線の電圧差をそれぞれ増幅する複数からなるラッチ回路からなるセンスアンプ列とを含むメモリマットを複数個備え、上記複数個からなるセンスアンプ列の全てにおいて、上記メモリセルが形成される半導体領域にバイアス電圧を供給するコンタクト部を複数個設けることにより、各メモリマットにおいてその両側からバイアス電圧が供給されるため、基板バイアス電圧が安定化されて動作マージンの改善を図ることができるという効果が得られる。
【0090】
(2) 上記に加えて、上記センスアンプ列に沿って相補入出力線を延長させ、上記センスアンプ列には、上記相補ビット線対に上記センスアンプの動作電圧の中間電圧を供給するプリチャージ回路と、ゲートにY選択信号を受け、上記相補ビット線対と上記相補入出力線との間に設けられたスイッチMOSFETも設け、上記メモリセルのMOSFETと同一導電型のMOSFETであって上記センスアンプ列に形成されるものは、上記メモリセルが形成される半導体領域と同じ半導体領域に形成することにより、格別な半導体領域を形成することなく、バイアス電圧を供給するコンタクト部を設けることできるという効果が得られる。
【0091】
(3) 上記に加えて、上記メモリマットをビット線の延長方向においてビット線を等分するよう1ないし複数箇所に上記メモリセルが形成される半導体領域に上記バイアス電圧を供給するための半導体層をセンスアンプ列と平行に設け、かかる半導体層に上記バイアス電圧を給電するコンタクト部を複数個設けるようにすることにより、給電部から最も遠い部分と給電部との距離をいっそう短くすることができるため動作マージンの大幅な改善を図ることができるという効果が得られる。
【0092】
(4) 上記に加えて、上記ワード線をメインワード線と、かかるメインワード線の延長方向において複数に分割されてなるサブワード線とで構成し、上記分割されたサブワード線に対応してサブワードドライバを設け、かかるサブワード線を上記メインワード線に対して複数を割り当てて上記メインワード線の信号とサブワード選択線により1つのサブワード線を選択するものとし、上記センスアンプ列と上記サブワードドライバに囲まれ領域に1つのメモリマットを対応して設けることにより、大記憶容量化を図りつつメモリセルの高速な選択動作及びセンスアンプの動作に必要な信号量を確保することができるという効果が得られる。
【0093】
(5) 上記に加えて、上記バイアス電圧を供給する電圧配線を、上記センスアンプ列と上記サブワードドライバ及び上記半導体層のそれぞれに沿って延長され、それぞれの交差部で相互に接続して網目状にすることにより、給電配線での抵抗値を小さくすることができ、基板に与えられる上記バイアス電圧を安定化させることができるという効果が得られる。
【0094】
以上本発明者よりなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、センスアンプ列を挟んで設けられる一対のメモリセルアレイが形成される基板(P型ウェル)自身を用いてセンスアンプ列を適宜に貫通させるようなスリット構造とし、かかる半導体領域によっても相互に接続する構成を加えてもよい。ダイナミック型RAMの入出力インターフェイスは、前記のようなDDR SDRAMに限定されるものではなく、SDRAM等種々の実施形態を採ることができる。この発明は、1交点方式のダイナミック型RAMに広く利用することができる。
【0095】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。MOSFETとキャパシタとからなるダイナミック型メモリセルの複数個と、複数からなる上記メモリセルの選択端子にそれぞれ接続されてなる複数のワード線と、複数からなる上記メモリセルの入出力端子にそれぞれ接続され、一端を中心にして互いに逆方向に延長されるよう配置されてなる複数の相補ビット線対と、上記相補ビット線対の一端側に配置されて、かかる相補ビット線の電圧差をそれぞれ増幅する複数からなるラッチ回路からなるセンスアンプ列とを含むメモリマットを複数個備え、上記複数個からなるセンスアンプ列の全てにおいて、上記メモリセルが形成される半導体領域にバイアス電圧を供給するコンタクト部を複数個設けることにより、各メモリマットにおいてその両側からバイアス電圧が供給されるため、基板バイアス電圧が安定化されて動作マージンの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る1交点DRAMアレイの一実施例を示す構成図である。
【図2】この発明に係る1交点DRAMアレイの一実施例を示す回路図である。
【図3】この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例を示す回路図である。
【図4】この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例を示す下層のレイアウト図である。
【図5】この発明に係るダイナミック型RAMのセンスアンプ部の一実施例を示す上層のレイアウト図である。
【図6】図5における一部断面構造図である。
【図7】この発明に係るダイナミック型RAMのサブワードドライバの一実施例を示す回路図である。
【図8】この発明に係るDRAMのメモリセルアレイ部の他の一実施例を示すブロック構成図である。
【図9】この発明に係るDRAMの動作の一例を示すタイミング図である。
【図10】この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例を示す概略レイアウト図である。
【図11】この発明が適用されるダイナミック型RAMの一実施例を示すブロック図である。
【図12】本願発明者によって検討された1交点方式のメモリアレイとそれに発生するノイズの説明図である。
【符号の説明】
SAA1〜3…センスアンプ列、SWDA…サブワードドライバ列、MCA0〜2…メモリセルアレイ(メモリマット)、PWEL0,1…P型ウェル領域(基板)、CNTA0〜1…コンタクト列、MCA0a〜MCA1b…分割アレイ、SA…センスアンプ、SWD…サブワードドライバ、PL…プレート電極、PLSA…配線、MWL…メインワード線、WL…サブワード線、BL…ビット線、ACT…活性領域、TC1,TC2…スルーホール部、SN…蓄積ノード、CONT…コンタクト部、CP…容量絶縁膜、BLCT…コンタクト部、M1〜M3…金属配線層、FX0〜FX7B…サブワード選択線、
Q1〜Q11…MOSFET、
10…メモリチップ、11…アレイ制御回路、12…メインワードドライバ、13…カラムデコーダ、15…サブアレイ(メモリマット)、16…センスアンプ、17…サブワードドライバ、18…交差領域、
200A〜D…メモリアレイ、201A〜D…ロウデコーダ、202A〜D…センスアンプ、203A〜D…カラムデコーダ、204…アドレスバッファ、205…ロウアドレスバッファ、206…カラムアドレスバッファ、207…カラムアドレスカウンタ、208…リフレッシュカウンタ、209…コントロール回路、210…データ入力回路、211…データ出力回路、212…バンクセレクト回路、213…モードレジスタ、214…DLL、214…DQSバッファ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dynamic RAM (Random Access Memory), and relates to a technique that is effective when used in a so-called one-intersection system in which dynamic memory cells are arranged at the intersections of word lines and bit lines. .
[0002]
[Prior art]
As a result of the investigation after the present invention is considered, it is considered to be related to the present invention which will be described later, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-2365 (hereinafter referred to as Prior Art 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-19595 ( Hereinafter, it has been found that there is JP-A-60-211871 (hereinafter referred to as Prior Art 3).
[0003]
Prior arts 1 to 3 relate to a voltage supply technique for a plate electrode in an open bit line type (one-intersection system) using an information storage capacitor using a MOS capacitor. In the prior art 1, the first wiring crossing in the direction orthogonal to the bit line and connected at a plurality of locations in order to equalize the accurate potential distribution of the counter electrode of the information storage capacitor, and the first wiring A second wiring connected to each other and a third wiring connecting the central portion of the second wiring to the power supply line of the peripheral circuit are provided. In the prior art 2 publication, a resistor is provided between two plate electrodes provided across a sense amplifier, and the plate electrode corresponds to a change in substrate voltage when information stored in a memory cell is read out to a bit line. Slows the change in potential. In the prior art 3, the plate electrode and the wiring for supplying voltage to the plate electrode are formed of a high melting point, low resistance metal or a silicide of the metal and silicon, or a plurality of wires are formed on the plate electrode. A metal wiring layer is provided.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Cost reduction is desired for dynamic RAM (hereinafter simply referred to as DRAM). For this purpose, reduction of the chip size is the most effective. Until now, the memory cell size has been reduced by further miniaturization. However, it is necessary to further reduce the cell size by changing the operation method of the memory array in the future. By changing the operation method of the memory array from two intersections to one intersection, the cell size can be ideally reduced by 75% using the same design rule. However, the one-intersection type memory array has a problem that the array noise on the bit line or the like is larger than that of the two-intersection type memory array. If this is not solved, it is difficult to apply the product.
[0005]
Therefore, the noise generated when the memory cell used in the conventional two-intersection method is used as it is to constitute a one-intersection memory array is examined. Parasiticity between the bit line and the substrate (well) is studied. It has been found that the noise on the bit line increases with the capacitance.
[0006]
Deterioration of the operation margin of the memory array due to substrate noise will be described with reference to FIG. In the one-intersection array shown in (a), in the worst case, all but one bit line of the selected mat is amplified to low level (L), and all bit lines of the mat on the reference side are all high. Amplified to (H). At this time, there is a danger that the bit line outputting only one high level signal in the selected mat will be amplified by receiving noise from the substrate.
[0007]
As an example, let us consider a case where the word line WL0 is activated, a high level signal appears only on the bit line BL1T, and a low level signal is read on the other bit lines BL0T, BL2T, and the like. Further, it is assumed that a high level signal generated on the bit line BL1T is small due to a leak of the memory cell. When the sense amplifier is activated, the bit lines BL0T / B, BL2T / B, etc. from which signals are increasing are amplified quickly. On the other hand, the bit line BL1T / B with few signals is slowly amplified. At this time, negative noise is generated in the substrate (well region) SUB0 of the selection side mat from the bit lines BL0T, BL2T, etc. via the parasitic capacitance CBLSUB. Conversely, positive noise is generated from the bit lines BL0B, BL2B, etc. on the substrate (well region) SUB1 of the adjacent mat.
[0008]
Conversely, when these noises return to the bit line BL1T / B from which the opposite signal is output from the substrates SUB0 and SUB1 via the parasitic capacitance CBLSUB, the signal amount is decreased and the potential of the bit line is reversed by mistake. is there. Therefore, in a memory array in which noise from such a substrate (well region) is not taken into consideration, there is a high risk that information is erroneously read when the amount of signal charge stored in the memory cell decreases. This leads to deterioration of refresh characteristics and causes a significant decrease in the yield of DRAM.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a one-intersection dynamic RAM in which an operation margin is improved. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. A dynamic memory cell comprising a MOSFET and a capacitor, wherein the gate of the MOSFET is a selection terminal, one source and drain are input / output terminals, and the other source and drain are connected to the storage node of the capacitor. A plurality of word lines connected to the selection terminals of the plurality of dynamic memory cells, and a plurality of word lines connected to the input / output terminals of the plurality of dynamic memory cells. A plurality of complementary bit line pairs arranged to extend in opposite directions to each other, and a plurality of latch circuits arranged on one end side of the complementary bit line pair to amplify a voltage difference between the complementary bit lines, respectively. A plurality of memory mats including a sense amplifier array consisting ofIn the memory mat, a semiconductor layer for supplying a bias voltage to a semiconductor region in which the memory cell is formed is provided in parallel with the sense amplifier row at one or a plurality of locations where the bit line is equally divided in the extending direction of the bit line. The semiconductor layer is provided with a plurality of contact portions for supplying the bias voltage.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 10 is a schematic layout diagram of an embodiment of a dynamic RAM to which the present invention is applied. In the figure, the main part of each of the circuit blocks constituting the dynamic RAM to which the present invention is applied is shown so that it can be seen from a single crystal silicon by a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique. Are formed on one semiconductor substrate.
[0012]
In this embodiment, although not particularly limited, the memory array is divided into four as a whole. The central portion 14 is provided with an input / output interface circuit including an address input circuit, a data input / output circuit, and a bonding pad row, a power supply circuit including a booster circuit and a step-down circuit, and the like. . A memory array control circuit (AC) 11 and a main word driver (MWD) 12 are arranged at portions of the central portion 14 in contact with the memory arrays on both sides. The memory array control circuit 11 includes a control circuit and a main amplifier for driving a sub word selection line and a sense amplifier. As described above, in each of the four memory arrays divided into two on the left and right with respect to the longitudinal direction of the semiconductor chip and two on the upper and lower sides, the column decoder area (YDC) is located at the upper and lower central portions with respect to the longitudinal direction 13 is provided.
[0013]
As described above, in each memory array, the main word driver 12 forms a selection signal for a main word line that extends so as to penetrate one memory array corresponding thereto. The main word driver area 12 is also provided with a sub word selection line driver for selecting a sub word, and is extended in parallel with the main word line to form a selection signal for the sub word selection line, as will be described later. The column decoder 13 forms a selection signal for a column selection line that extends so as to penetrate one memory array corresponding to the column decoder 13.
[0014]
Each memory array is divided into a plurality of memory cell arrays (hereinafter referred to as subarrays) 15. As shown in the enlarged view, the subarray 15 is formed by being surrounded by a sense amplifier region 16 and a subword driver region 17. An intersection of the sense amplifier region 16 and the sub word driver region 17 is an intersection region (cross area) 18. The sense amplifier provided in the sense amplifier region 16 is constituted by a latch circuit having a CMOS structure, and is a so-called one-intersection system that amplifies a complementary bit line signal extending left and right around the sense amplifier. .
[0015]
One memory cell array (subarray) 15 shown as an enlarged view is not particularly limited, but has 512 subword lines and 1024 complementary bit lines (or data lines) orthogonal thereto. In the one memory array, 32 subarrays 15 are provided in the bit line extending direction for regular use and 32 for reference in the bit line direction and two for reference. Since the subarray 15 is provided with a pair of complementary bit lines with the sense amplifier 16 as the center, the bit lines are substantially divided into 16 by the subarray 15 when viewed in the extending direction of the bit lines. Further, four subarrays 15 are provided in the extending direction of the word lines. As a result, when viewed in the extending direction of the word lines, the sub word lines are divided into four by the sub array 15.
[0016]
Since one subarray 15 is provided with 1024 bit lines, about 4K memory cells are connected in the word line direction and 512 subword lines are provided, so that 512 × 32 = 16K minutes in the bit line direction. Memory cells are connected. Thus, one memory array has a storage capacity of 4K × 16K = 64 Mbits, and the memory chip 10 as a whole has a storage capacity of 4 × 64 M = 256 Mbits by the four memory arrays. Is done.
[0017]
In the present application, the term “MOS” is understood to have originally come to be referred to simply as a metal oxide semiconductor configuration. However, the MOS in the general name in recent years includes those in which the metal in the essential part of the semiconductor device is replaced with a non-metal electrical conductor such as polysilicon, or the oxide is replaced with another insulator. Yes. CMOS has also been understood to have broad technical implications in response to changes in how it pertains to MOS as described above. MOSFETs are not understood in a narrow sense as well, but have become meanings including configurations in a broad sense that can be substantially regarded as insulated gate field effect transistors. The CMOS, MOSFET, and the like of the present invention follow the general names.
[0018]
FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of a one-intersection DRAM array according to the present invention. A memory cell composed of a MOS transistor and a cell capacitor CS is connected to every intersection of the bit line BL and the word line WL. A sense amplifier SA is connected to the bit line BL, and a sub word driver SWD is connected to the word line WL1. Memory cells are arranged in an array in an area (hereinafter referred to as a memory cell array or memory mat) MCA surrounded by the sub word driver array SWDA and the sense amplifier array SAA. For example, when one word line WL in the memory array MCA0 is activated, the sense amplifier SA in the sense amplifier array SAA1 uses the bit line of the memory cell array MCA1 on the opposite side for reference. Amplifies the bit line signal.
[0019]
In this embodiment, the memory cell array MCA is divided into two equal parts in the bit line direction like MCA1a and MCA1b. In the drawing, memory cells are exemplarily shown for one memory cell array MCA1a, and the other memory cell array MCA1b is shown by a black box. Between the two memory cell arrays MCA1a and MCA1b, a semiconductor layer for contact (hereinafter referred to as a substrate contact column) CNTA1m is provided in parallel with the sense amplifier array SAA, that is, in parallel with the word line. The memory mat provided on the left side of the sense amplifier array SAA1 is also divided into two like the two memory cell arrays MCA0a and MCA0b as described above, and the same substrate contact array CNTA0m is provided.
[0020]
The sense amplifiers SA of the sense amplifier array SAA1 provided between the two memory cell array subarrays MCA0 and MCA1 are connected to complementary bit lines extending to both sides of the two memory cell arrays MCA0 and MCA1. In these sense amplifiers SA, one sense amplifier SA is arranged for every two bit lines in the sense amplifier array SAA1. Accordingly, in the sense amplifier array SAA1 provided between the memory cell arrays MCA0 and MCA1, when there are 1024 bit lines BL as described above, 512 sense amplifiers SA which are half of the bit lines BL are provided.
[0021]
In one memory cell array MCA0, the remaining 512 bit lines are connected to a sense amplifier SA provided in the sense amplifier array SAA0 on the opposite side to the memory cell array MCA1. In the other memory cell array MCA1, the remaining 512 bit lines are connected to a sense amplifier SA provided in a sense amplifier array SAA2 provided on the opposite side to the memory cell array MCA0. With such a distributed arrangement of the sense amplifier SA on both sides in the bit line direction, it is only necessary to form one sense amplifier for two bit lines, so that the pitch between the sense amplifier SA and the bit line BL is increased. Memory cell arrays and sense amplifier arrays can be formed with high density.
[0022]
The same applies to the sub word driver SWD. The 512 sub-word lines WL provided in the memory cell array MCA0 are divided into 256 pieces and connected to 256 sub-word drivers SWD of the sub-word driver column SWDA arranged on both sides of the sub-array MCA0. In this embodiment, two sub word drivers SWD are distributedly arranged with two sub word lines WL as one set. Sub-word lines corresponding to two memory cells are set as one set, two sub-word drivers are arranged on one end side (the upper side in the figure) of the memory cell array MCT0, and two similar sub-word lines adjacent thereto are set as one set. Two sub word trivers are arranged on the other end side (lower side of the figure) of the memory cell array MCA0.
[0023]
Although not shown, the sub word driver SWD forms a selection signal for sub word lines of sub arrays provided on both sides of the sub word driver array SWDA in which the sub word driver SWD is formed. As a result, the sub word drivers SWD can be efficiently distributed and arranged corresponding to the sub word lines formed in accordance with the arrangement pitch of the memory cells, and the sub word line WL can be selected at high speed.
[0024]
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a one-intersection DRAM array according to the present invention. FIG. 1A shows a block configuration for explaining the connection between a P-type well (PWEL) serving as a substrate of a cell transistor of a memory cell array and a substrate power supply wiring VBB. The array configuration is a one-intersection system as described in FIG. The power supply to the substrate (well region) PWEL0 of the memory cells of the divided memory cell arrays MCA0a and MCA0b divided into two in the bit line direction by the substrate contact column CNTA0m is supplied to the sense amplifier arrays SAA0 and SAA0 existing on both sides of the memory cell array MCA0. The substrate contact lines CNTA0a and CNTA0b provided in the SAA1 and the substrate contact lines CNTA0m existing between the divided memory cell arrays MCA0a and MCA0b are each made from the substrate power supply wiring VBB by a plurality of contacts CONT.
[0025]
Similarly, power is supplied to the substrate (well region) PWEL1 of the memory cell corresponding to the memory cell array MCA1, and the substrate contact columns CNTA1a and CNTA1b and the divided memories provided in the sense amplifier arrays SAA1 and SAA2 existing on both sides of the memory cell array MCA1. This is performed from the substrate power supply wiring VBB by a plurality of contacts CONT provided in each of the substrate contact columns CNTA1m existing between the cell arrays MCA1a and MCA1b.
[0026]
When the length of the divided memory cell array MCA0a in the bit line direction and the length of the divided memory cell array MCA1a in the bit line direction are approximately equal to about one half of the bit line length, the distance between the portion farthest from the power supply unit and the power supply unit is Since the length is shortened, the effect of reducing the substrate resistance is increased. The same applies to the memory cell array MCA1.
[0027]
A cross-sectional structure taken along line A-A 'in FIG. 1A is shown in FIG. The substrate power supply wiring VBB wired in the direction of the word line WL is wired by the second-layer metal wiring M2, once dropped to the first-layer metal wiring M1 through the through hole TC1, and then further well by way of the contact CONT. Connected to region PWEL. At this time, in order to obtain a good ohmic contact, a contact semiconductor layer (active region) having a high concentration such as P + is provided at the connection portion of the well region PWEL. The active region of the memory cell, that is, the source and drain of the MOS transistor is N-type (N +), but the active region CNTA of the power feeding unit is made high-concentration P-type (P +) as described above.
[0028]
Since there is a well region NWEL in the sense amplifier array SAA for forming a P-channel type MOSFET or the like constituting a CMOS latch circuit described later, a deep NWEL (DWEL) is formed using a triple well structure. When arranged below the SAA and the memory cell array MCA, the well region PWEL serving as the substrate of the memory cell is separated on both sides of the sense amplifier array SAA. Therefore, the substrate resistance and the substrate noise can be reduced by making the well region PWEL contact on both sides and the center of the well region NWEL.
[0029]
The substrate power supply wiring VBB is wired on the sub word driver SWDA or the memory cell array MCA using the wiring layer M3 of the same layer as the column selection line YS in the horizontal direction in FIG. 1A, and the main word line in the vertical direction. Wiring is performed on the sense amplifier array SAA, the substrate contact array CNTA, or the array using the wiring layer M2 that is the same layer as the line MWL. It is beneficial to reduce the resistance of the substrate power supply wiring VBB by connecting these vertical and horizontal wirings on the array to form a mesh. In addition, the resistance between the well regions PWEL0 and PWEL1 can be lowered by adopting such a net-like wiring system. Therefore, it is possible to cancel the noise generated on the substrate at the time of sensing the bit line BL at a high speed, reduce the noise, and greatly increase the operation margin of the one-intersection DRAM eye.
[0030]
FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of the sense amplifier portion of the dynamic RAM according to the present invention. The sense amplifier SA is composed of a CMOS latch circuit including N-channel type amplification MOSFETs Q5 and Q6 and P-channel type amplification MOSFETs Q7 and Q8 whose gates and drains are cross-connected to form a latch. The sources of N-channel MOSFETs Q5 and Q6 are connected to a common source line CSN. The sources of P-channel MOSFETs Q7 and Q8 are connected to a common source line CSP.
[0031]
Power switch MOSFETs Q3 and Q4 are connected to the common source lines CSN and CSP, respectively. Although not particularly limited, the common potential source line CSN connected to the sources of the N-channel type amplification MOSFETs Q5 and Q6 is connected to the ground potential supply line VSSA by the N-channel type power switch MOSFET Q3 distributed in the sense amplifier region. Is given. The common source line CSP to which the sources of the P-channel type amplification MOSFETs Q7 and Q8 are connected is provided with an N-channel type power MOSFET Q4 to receive the operating voltage VDD.
[0032]
A sense amplifier activation signal SAN is supplied to the gates of the N-channel type power MOSFETs Q3 and Q4. Although not particularly limited, the high level of SAN is a signal of the boosted voltage VPP level. That is, the boosted voltage VPP is boosted above the threshold voltage of the MOSFET Q4 with respect to the power supply voltage VDD. The N-channel MOSFET Q4 is sufficiently turned on, and the potential of the common source line CSP is set to the same level. The power supply voltage VDD can be set.
[0033]
At the input / output node of the sense amplifier SA, an equalize MOSFET Q11 for short-circuiting complementary bit lines BL0T and BL0B, and a precharge (equalize) comprising switch MOSFETs Q9 and Q10 for supplying a half precharge voltage VBLR to the complementary bit lines BL0T and BL0B. A circuit is provided. The gates of these MOSFETs Q9 to Q11 are commonly supplied with a precharge (bit line equalize) signal BLEQ. Although not shown, the driver circuit for generating the precharge signal BLEQ is provided with an inverter circuit in the cross area 18 shown in FIG. In other words, at the start of memory access, the MOSFETs Q9 to Q11 constituting the precharge circuit are switched at high speed through inverter circuits distributed in each cross area 18 prior to the word line selection timing. .
[0034]
A pair of input / output nodes of the sense amplifier SA is connected to the complementary bit lines BL0T and BL0B, and is extended locally along the sense amplifier row via a column (Y) switch circuit composed of MOSFETs Q1 and Q2. Sub) connected to input / output lines SIO, SIO0T and SIO0BB. The gates of the MOSFETs Q1 and Q2 are connected to a column selection line YS, and are turned on when the column selection line YS is set to a selection level (high level), and the input / output nodes of the sense amplifier SA and the local input / output line SIO0T. And SIO0B are connected. Adjacent bit lines are also connected to the local input / output lines SIO1T and SIO1B through the same switch circuit that is switch-controlled by the same column selection line YS.
[0035]
Thereby, the input / output node of the sense amplifier SA is stored in the memory charge of the memory cell connected to the intersection of the selected mat and the word line of the two mats (for example, MAT0 and MAT1) provided therebetween. A minute voltage change with respect to the corresponding half-precharge voltage of the bit line is amplified using the half-precharge voltage of the non-selected bit line on the mat side as a reference voltage, and selected by the column selection line YS. Is transferred to the local input / output lines SIO0T, SIO0B and SIO1T, SIO1B through the column switch circuits (Q1 and Q2) and the like.
[0036]
As shown in FIG. 10, the local input / output lines SIO0T and SIO0B and SIO1T and SIO1B are extended on the sense amplifier array SAA1 arranged in the extension direction of the main word line, and the signal amplified through the sub-amplifier circuit is Through a main input / output line extending in the same direction, it is transmitted to a main amplifier provided in the main word driver MWD section, and, for example, in one memory array divided into four on the memory chip, the subarray is divided. Corresponding to the number, it is output in parallel in units of 16 bits. Each of the memory arrays divided into four is configured as a memory bank as described later.
[0037]
4 and 5 show layout diagrams of one embodiment of the sense amplifier SA shown in FIG. 4 shows a layout of a contact layer TC1 connecting the first and second metal layers M1 and M2, and a layout below the metal layer M1, and FIG. 5 shows a layout above the contact unit TC1. Is shown. 3 to 5, CCP is a cross-coupled P-channel MOSFET (Q7 and Q8), CSD is a common source driver (Q3 and Q4), and CCN is a cross-coupled N-channel MOSFET (Q5 and Q5). Q6), PC is a precharge circuit (Q9 to Q11), YG is a Y gate circuit (Q1 and Q2), which correspond to FIGS. 3 to 5, respectively.
[0038]
As shown in FIG. 5, the plate electrode PL is wired from the second metal wiring layer M2 above the plate electrode PL so as to avoid the region where the contact TC1 to the lower layer than the plate electrode PL passes. In this embodiment, although not particularly limited, the plate electrodes PL0 and PL1 of the mats MAT0 and MAT1 are connected to each other by wiring made of the same conductor layer as the plate electrodes PL0 and PL1. A large number of such PL wirings can be provided in the SAA at a ratio of about one to the pitch of four bit lines BL. Incidentally, when one mat is composed of 1024 bit lines, the number of the PL wirings is as many as 256 in parallel, so that the resistance of the wiring connecting the two plate electrodes provided across the sense amplifier array SAA1 Since the value can be reduced, the complementary noise generated in both plate electrodes PL0 and PL1 can be canceled and greatly reduced.
[0039]
As shown in FIG. 4, the two well regions PWEL corresponding to the memory cell arrays provided on both sides so as to sandwich the sense amplifier array SAA1 are respectively fed by the substrate contact arrays CNTA0b and CNTA1a at both ends of the sense amplifier array SAA1. . As a result, even if the substrate contact columns CNTA0m and CNTA1m as described above are not provided in the central portion of the memory cell array as shown in FIG. 1, the distance between the farthest point from the power supply of the memory array substrate and the substrate power supply portion is reduced. Since the bit line length can be shortened to about one half and the substrate resistance can be reduced, noise generated on the substrate can be greatly reduced.
[0040]
The substrate power supply wiring VBB is not particularly limited, but is wired on the sub word driver column SWDA and the memory cell array MCA using the same wiring layer M3 as the column selection line YS, and in the vertical direction and on the same layer as the main word line MWL. The wiring layer M2 is used to wire the sense amplifier array SAA and the memory cell array. On the memory cell array, these vertical and horizontal wirings are connected to the PWEL via the substrate contact part CNTATC2 provided in the memory cell array of the sense amplifier row, and the resistance value of the power supply line for supplying the substrate bias voltage can be lowered. It is. By adopting such a wiring system, the resistance between the P-type well regions PWEL0 and PWEL1 corresponding to the memory cell arrays MCA0 and MCA1 can be lowered.
[0041]
FIG. 6 shows a configuration diagram of an embodiment of the substrate controller row CNTA0m at the boundary between the divided memory cell arrays MCA0a and MCA0b. 6A shows a layout, and FIG. 6B shows a cross-sectional structure. FIG. 6B shows a cross-sectional structure of the A-A ′ portion in the layout of FIG. In the figure, ACT is an active region of a MOS transistor, SN is a storage node of a memory cell, SNCT is a contact connecting SN and ACT, BLCT is a contact connecting BL and ACT, CP is a capacitor insulating film, and PL is a plate. Show.
[0042]
In this embodiment, the memory cell uses a COB (Capacitor over Bitline) structure. That is, the storage node SN is provided above the bit line BL. As a result, the plate electrode PL can be formed in a single plane without being divided by the connection part BLCT of the bit line BL and the address selection MOSFET in the memory cell array MCA. Can be reduced.
[0043]
In this embodiment, the plate electrode PL has a laminated structure, which can advantageously reduce the sheet resistance value of the plate electrode PL. As an example, when a high dielectric film such as BST or Ta 2 O 5 is used for the capacitor insulating film CP of the storage capacitor, if Ru is used for the lower electrode (storage node) SN and the upper electrode lower layer PL, the capacitance of the storage capacitor CS Can be increased. Since Ru has a lower sheet resistance value than that of conventionally used poly-Si, the resistance value of the plate electrode PL can be lowered. When W is laminated on this structure as the upper layer of the plate electrode PL, the resistance value of the plate electrode PL can be further lowered. In this way, it contributes to the stabilization of the plate voltage that lowers the resistance value of the plate electrode PL itself.
[0044]
In the figure, the first metal wiring layer M1 and the bit line BL are the same wiring layer. The active region of the memory cell is N-type (N +), but the active region of the power feeding unit is P-type (P +). The substrate power supply wiring VBB is wired in the second-layer metal wiring layer M2, once dropped into the first-layer metal wiring layer M1 through the through hole TC1, and further, P + of P + formed in the well region PWEL through the contact CONT Connected to the semiconductor layer. Therefore, although the pitch of the first-layer metal wiring layer M1 is dense in the power feeding portion, in the memory cell layout shown in FIG. 6A, the bit line pitch is about 3F with the minimum processing dimension being F. If one substrate contact is arranged for two or more bit lines, the pitch of the first metal wiring layer M1 can be made 2F or more.
[0045]
When the phase shift method is used for lithography of the first-layer metal wiring M1, the phase in the substrate contact column portion is alternately assigned 0 ° and 180 °, and the adjacent bit lines BL in the memory cell array MCA are adjacent to each other. By assigning the same phase of 0 ° or 180 ° to, resolution of a fine pitch becomes possible. At this time, since the bit line BL pitch is about 3F, exposure can be performed in the same phase.
[0046]
FIG. 7 is a circuit diagram showing one embodiment of a sub word driver of the dynamic RAM according to the present invention. In this embodiment, one main word line MWL is provided for the eight sub word lines WL0 to WL7, and the sub word selection line FX0 is used to select one of the eight sub word lines. -FX7 and FX0B-FX7B are required. In this embodiment, half of the bit lines provided in one subarray are selected by the subword driver array SWDA provided on both sides thereof. For this reason, on one subword driver column shown in the figure, subword selection lines FX1, 2, 5,... For selecting four subword lines which are half of the eight subword lines. 6 and FX1B, 2B, 5B, and 6B are extended.
[0047]
Sub word selection lines FX0 for selecting four sub word lines, the other half of the eight sub word lines, are arranged on a sub word driver column provided on the opposite side across the sub array (not shown). Eight of 3, 4, 7 and FX0B, 3B, 4B, 7B are extended. Sub word drivers corresponding to sub word lines WL1 and WL2, WL2 and WL4, and WL5 and WL6, each of which is a set of two, are alternately provided. The sub word line WL0 is a set of adjacent group (different main word lines) sub word lines WL7, and two sub word drivers are provided.
[0048]
One sub-word driver SWD1 includes a CMOS inverter circuit composed of an N-channel MOSFET Q12 and a P-channel MOSFET Q13, and an N-channel MOSFET Q14 provided in parallel with the N-channel MOSFET Q12. The sources of the N-channel MOSFETs Q12 and Q14 are connected to a power supply line VSSWL corresponding to the non-select level VSS (0 V) of the sub word line. A power supply line VPP for supplying a boosted voltage is provided in the N well region where the P channel type MOSFET Q13 is formed. As described above, in the configuration in which VSS is supplied to the PWEL in which the N-channel MOSFET of the sub word driver SWD1 is formed, the PWEL in which the memory cell is formed is electrically separated using the DWEL.
[0049]
The gates of MOSFETs Q12 and Q13 constituting the CMOS inverter circuit of the sub word driver SWD1 are connected to the main word line MWL in common with the gates of similar MOSFETs of the remaining three sub word drivers. The source of the P-channel MOSFET Q13 constituting the four CMOS inverter circuits is connected to the corresponding sub word selection line FX1, and the gate of the MOSFET Q14 provided in the sub word driver SWD1 is supplied with the sub word selection line FX1B. Is done. The remaining three sub word drivers SWD2, SWD5, and SWD6 are connected to the sub word selection lines FX2 and FX2B, FX5 and FX5B, and FX6 and FX6B, respectively.
[0050]
When the sub word line WL1 is selected, the main word line MWL is set to the low level. Then, the sub word selection line FX1 corresponding to the sub word line WL1 is set to a high level like the boosted voltage VPP. As a result, the P-channel MOSFET Q13 of the sub word driver SWD1 is turned on to transmit the selection level VPP of the sub word selection line FX1 to the sub word line WL1. At this time, in the sub word driver SWD1, the MOSFET Q14 is turned off by the low level of the sub word selection line FX1B.
[0051]
In the other sub word drivers SDW2, SWD5, and SWD6 in which the main word line MWL is selected at the low level, the P-channel MOSFET is turned on, but the high level of the sub word line selection lines FX2B, FX5B, and FX6B The N-channel MOSFET is turned on, and the sub word lines WL2, WL5 and WL6 are set to the non-select level VSS. In the non-selected sub word driver in which the main word line MWL is set to the high level, the N channel MOSFET of the CMOS inverter circuit is turned on by the high level of the main word line MWL, and each sub word line is set to the non-selected level. VSS.
[0052]
In this way, a pair of sub word lines corresponding to two sub arrays are selected by three MOSFETs, so that it is matched with the pitch of the sub word lines WL arranged at high density provided in the one-intersection type memory array (sub array). Thus, a subword driver can be formed, and it is possible to arrange subword drivers adapted to the one-intersection method, which can ideally reduce the cell size by 75% using the same design rule as the two-intersection method.
[0053]
As described above, when the sub word drivers are distributed and arranged in two combinations on both sides of the mat MAT for every two sub word lines WL, the P channel type MOSFETs constituting the two sub word drivers are arranged in the same N type well region. Thus, the N-channel MOSFET can be formed in the same P-type well region. As a result, the sub-word driver can be highly integrated. In the sense amplifier as described above, the two bit lines BL are similarly distributed and arranged in combinations of two on both sides of the mat MAT.
[0054]
FIG. 8 is a block diagram showing another embodiment of the memory cell array portion of the DRAM according to the present invention. In the figure, the connection between a P-type well (PWEL) serving as a substrate of a memory cell transistor and a substrate power supply wiring VBB is described. The layout of each block is the layout layout of each actual circuit on a semiconductor substrate. It is drawn corresponding to. The same applies to FIG. 1A.
[0055]
The memory cell array configuration is the one-intersection system of FIG. Power is supplied to the well region PWEL0, which is a substrate of memory cells of the divided memory cell arrays MCA0a, MCA0b, and MCA0c. The substrate contact line CNTA0m1 existing between the cell arrays MCA0a and MCA0b and the substrate contact line CNTA0m2 existing between the divided memory cell arrays MCA0b and MCA0c are performed from the substrate power supply wiring VBB.
[0056]
This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that two substrate contact columns are provided in a memory cell array (or memory mat). When the length of the divided memory cell arrays MCA0a, MCA0b, and MCA0c in the bit line direction is substantially equal to about one third of the bit line length, the distance between the portion farthest from the power supply unit of the substrate bias voltage and the power supply unit is the bit line length. Therefore, the effect of reducing substrate resistance can be increased. The same applies to the other memory cell array (memory mat) MCA1 provided with the sense amplifier array SAA1 interposed therebetween.
[0057]
FIG. 9 is a timing chart for explaining an example of the operation of the DRAM according to the present invention. A row address for row (ROW) a is input from the address ADD terminal, and an activation command ACT is input from the control terminal CMD. The precharge signal PC is deactivated in response to the input of the activation command ACT, the precharge of the bit line BL is completed, and the word line WLa is activated in response to the input of the row address. Due to the activation of the word line WLa, the potential of the bit line of the selected memory mat is a minute voltage corresponding to the precharge voltage of the bit line of the non-selected memory mat corresponding to the storage charge of the selected memory cell. Can be changed.
[0058]
After a read signal from the memory cell is generated on the bit line BL, the sense amplifier activation signal SAN / SAP is driven and amplified by the sense amplifier. In this state, information of a plurality of memory cells corresponding to the word line WLa is held in the plurality of sense amplifiers provided in the sense amplifier column, and when a read command READ is input to the column (COL) x. The column selection signal YSx is activated, and the data in the row a and the column x is read from the sense amplifier to the input / output terminal DQ via the input / output line MIO.
[0059]
FIG. 11 is an overall block diagram of an embodiment of a DRAM to which the present invention is applied. The DRAM of this embodiment is directed to a DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory; hereinafter simply referred to as DDR SDRAM). Although the DDR SDRAM of this embodiment is not particularly limited, four memory arrays 200A to 200D are provided corresponding to four memory banks. The memory arrays 200A to 200D respectively corresponding to the four memory banks 0 to 3 are provided with dynamic memory cells arranged in a matrix, and according to the figure, the selection terminals of the memory cells arranged in the same column are the word for each column. Data input / output terminals of memory cells coupled to a line (not shown) and arranged in the same row are coupled to a complementary data line (not shown) for each row.
[0060]
One word line (not shown) of the memory array 200A is driven to a selected level according to the decoding result of the row address signal by the row decoder (Row DEC) 201A. Complementary data lines (not shown) of the memory array 200A are coupled to I / O lines of a sense amplifier (Sense AMP) 202A and a column selection circuit (Column DEC) 203A. The sense amplifier 202A is an amplifier circuit that detects and amplifies a minute potential difference appearing on each complementary data line by reading data from the memory cell. In this case, the column selection circuit 203A includes a switch circuit for selecting the complementary data lines individually and conducting them to the complementary I / O lines. The column switch circuit is selectively operated according to the decoding result of the column address signal by the column decoder 203A.
[0061]
Similarly, the memory arrays 200B to 200D are also provided with row decoders 201B to 201D, sense amplifiers 203B to 203D, and column selection circuits 203B to 203D. The complementary I / O line is shared by each memory bank, and is connected to an output terminal of a data input circuit (Din Buffer) 210 having a write buffer and an input terminal of a data output circuit (Dout Buffer) 211 including a main amplifier. Connected. The terminal DQ is not particularly limited, but is a data input / output terminal that inputs or outputs 16-bit data D0 to D15. A DQS buffer (DQS buffer) 215 forms a data strobe signal of data output from the terminal DQ during a read operation.
[0062]
Address signals A0 to A14 supplied from address input terminals are temporarily held in an address buffer 204, and among the address signals input in time series, a row address signal is a row address buffer (Row Address buffer). The column address signal is held in a column address buffer 206. A refresh counter 208 generates a row address at the time of automatic refresh (automatic refresh) and self refresh (self refresh).
[0063]
For example, when having a storage capacity of 256 Mbits, an address terminal for inputting an address signal A14 is provided as a column address signal when memory access is performed in units of 2 bits. In the x4 bit configuration, the address signal A11 is valid, in the x8 bit configuration, the address signal A10 is valid, and in the x16 bit configuration, the address signal A9 is valid. In the case of a storage capacity of 64 Mbits, the address signal A10 is valid in the x4 bit configuration, the address signal A9 is valid in the x8 bit configuration, and in the x16 bit configuration as shown in the figure. Up to the address signal A8 is valid.
[0064]
The output of the column address buffer 206 is supplied as preset data of a column address counter 207, and the column address counter 207 is a column as the preset data in a burst mode specified by a command to be described later. An address signal or a value obtained by sequentially incrementing the column address signal is output to the column decoders 203A to 203D.
[0065]
A mode register (Mode Register) 213 holds various operation mode information. Of the row decoders 201A to 201D, only those corresponding to the bank designated by the bank select circuit 212 operate, and the word line is selected. The control circuit (Control Logic) 209 is not particularly limited, but includes a clock signal CLK, / CLK (the symbol / means that a signal to which this is attached is a low enable signal), a clock enable signal CKE, and a chip select signal. External control signals such as / CS, column address strobe signal / CAS, row address strobe signal / RAS, and write enable signal / WE, and address signals via / DM and DQS and mode register 213 are supplied. An internal timing signal for controlling the operation mode of the DDR SDRAM and the operation of the circuit block is formed based on a change in signal level, timing, and the like, and each has an input buffer corresponding to the signal.
[0066]
Clock signals CLK and / CLK are input to DLL circuit 214 via a clock buffer, and an internal clock is generated. The internal clock is not particularly limited, but is used as an input signal for the data output circuit 211 and the DQS buffer 215. The clock signal via the clock buffer is supplied to the data input circuit 210 and a clock terminal supplied to the column address counter 207.
[0067]
Other external input signals are made significant in synchronization with the rising edge of the internal clock signal. The chip select signal / CS instructs the start of the command input cycle according to its low level. When the chip select signal / CS is at a high level (chip non-selected state) or other inputs are meaningless. However, internal operations such as a memory bank selection state and a burst operation, which will be described later, are not affected by the change to the chip non-selection state. Each of the signals / RAS, / CAS, / WE has a function different from that of a corresponding signal in a normal DRAM, and is a significant signal when defining a command cycle to be described later.
[0068]
The clock enable signal CKE is a signal that indicates the validity of the next clock signal. The rising edge of the next clock signal CLK is valid if the signal CKE is high level, and invalid when the signal CKE is low level. In the read mode, when the external control signal / OE for controlling the output enable for the data output circuit 211 is provided, the signal / OE is also supplied to the control circuit 209. When the signal is at a high level, for example. The data output circuit 211 is set to a high output impedance state.
[0069]
The row address signal is defined by the levels of A0 to A11 in a later-described row address strobe / bank active command cycle synchronized with the rising edge of the clock signal CLK (internal clock signal).
[0070]
The address signals A12 and A13 are regarded as bank selection signals in the row address strobe / bank active command cycle. That is, one of the four memory banks 0 to 3 is selected by a combination of A12 and A13. The selection control of the memory bank is not particularly limited, but only the row decoder on the selected memory bank side is activated, all the column switch circuits on the non-selected memory bank side are not selected, the data input circuit 210 and the data only on the selected memory bank side This can be done by processing such as connection to an output circuit.
[0071]
When the column address signal is 256 M bits and × 16 bits as described above, a read or write command synchronized with the rising edge of the clock signal CLK (internal clock) (column address / read command, column address described later) Write command) Defined by the levels of A0 to A9 in the cycle. The column address thus defined is used as a burst access start address.
[0072]
Next, main operation modes of the SDRAM indicated by the command will be described.
(1) Mode register set command (Mo)
This is a command for setting the mode register 30, and is designated by / CS, / RAS, / CAS, / WE = low level, and data to be set (register set data) is given via A0 to A11. . The register set data is not particularly limited, but is set to burst length, CAS latency, write mode, or the like. Although not particularly limited, the settable burst length is 2, 4, 8, the settable CAS latency is 2,2.5, and the settable write mode is burst write and single write. .
[0073]
The CAS latency indicates how many cycles of the internal clock signal are spent from the fall of / CAS to the output operation of the output buffer 211 in a read operation instructed by a column address read command to be described later. . An internal operation time for reading data is required until the read data is determined, and is used for setting it according to the use frequency of the internal clock signal. In other words, the CAS latency is set to a relatively large value when an internal clock signal with a high frequency is used, and the CAS latency is set to a relatively small value when an internal clock signal with a low frequency is used. To do.
[0074]
(2) Row address strobe / bank active command (Ac)
This is a command for validating the instruction of the row address strobe and the selection of the memory bank by A12 and A13, and is indicated by / CS, / RAS = low level, / CAS, / WE = high level, and at this time, A0 to A9. The address supplied to A is taken as a row address signal, and the signals supplied to A12 and A13 are taken as memory bank selection signals. The capturing operation is performed in synchronization with the rising edge of the internal clock signal as described above. For example, when the command is designated, the word line in the memory bank designated by the command is selected, and the memory cells connected to the word line are respectively conducted to the corresponding complementary data lines.
[0075]
(3) Column address / read command (Re)
This command is a command necessary for starting a burst read operation, and a command for giving an instruction of a column address strobe, which is indicated by / CS, / CAS = low level, / RAS, / WE = high level, At this time, the column address supplied to A0 to A9 (in the case of x16 bit configuration) is taken in as a column address signal. The column address signal thus fetched is supplied to the column address counter 207 as a burst start address.
[0076]
In the burst read operation instructed thereby, the memory bank and the word line in the row address strobe / bank active command cycle are selected before that, and the memory cell of the selected word line receives the internal clock signal. Are sequentially selected according to the address signal output from the column address counter 207 and read continuously. The number of data continuously read out is the number specified by the burst length. Data read from the output buffer 211 is started after waiting for the number of cycles of the internal clock signal defined by the CAS latency.
[0077]
(4) Column address / write command (Wr)
This command is instructed by / CS, / CAS, / WE = low level, / RAS = high level, and at this time, the address supplied to A0 to A9 is taken in as a column address signal. The column address signal thus fetched is supplied to the column address counter 207 as a burst start address in burst write. The procedure of the burst write operation instructed thereby is performed in the same manner as the burst read operation. However, there is no CAS latency in the write operation, and the capture of the write data is started one clock after the column address / write command cycle.
[0078]
(5) Precharge command (Pr)
This is a command for starting a precharge operation for the memory bank selected by A12 and A13, and is designated by / CS, / RAS, / WE = low level and / CAS = high level.
[0079]
(6) Auto refresh command
This command is required to start auto-refresh, and is designated by / CS, / RAS, / CAS = low level and / WE, CKE = high level.
[0080]
(7) No operation command (Nop)
This is a command for instructing that no substantial operation is performed, and is designated by / CS = low level, / RAS, / CAS, / WE high level.
[0081]
In a DDR SDRAM, when a burst operation is performed in one memory bank, if another memory bank is specified in the middle and a row address strobe / bank active command is supplied, The row address operation in another memory bank can be performed without affecting the operation in the memory bank.
[0082]
Therefore, for example, when data D0 to D15 do not collide at a 16-bit data input / output terminal, during execution of a command that has not been processed, the command being executed is different from the memory bank to be processed. It is possible to start the internal operation in advance by issuing a precharge command and a row address strobe / bank active command.
[0083]
The detailed read operation of the DDR SDRAM is as follows. Chip select / CS, / RAS, / CAS, and write enable / WE signals are input in synchronization with the CLK signal. At the same time as / RAS = 0, a row address and a bank selection signal are input and held in the row address buffer 205 and the bank select circuit 212, respectively. The row decoder 210 of the bank designated by the bank select circuit 212 decodes the row address signal, and the data of the entire row is output from the memory cell array 200 as a minute signal. The output minute signal is amplified and held by the sense amplifier 202. The specified bank becomes active.
[0084]
After 3 CLK from the row address input, a column address and a bank selection signal are input simultaneously with CAS = 0, and are held in the column address buffer 206 and the bank select circuit 212, respectively. If the designated bank is active, the held column address is output from the column address counter 207, and the column decoder 203 selects a column. The selected data is output from the sense amplifier 202. The data output at this time is two sets (8 bits in the x4 bit configuration, 32 bits in the x16 bit configuration).
[0085]
The data output from the sense amplifier 202 is output from the data output circuit 211 to the outside of the chip via the data bus DataBus. The output timing is synchronized with both rising and falling edges of QCLK output from the DLL 214. At this time, as described above, the two sets of data are converted from parallel to serial to become one set × 2 data. Simultaneously with the data output, a data strobe signal DQS is output from the DQS buffer 215. When the burst length stored in the mode register 213 is 4 or more, the column address counter 207 automatically increments the address and reads the next column data.
[0086]
The role of the DLL 214 is to generate an operation clock for the data output circuit 211 and the DQS buffer 215. The data output circuit 211 and the DQS buffer 215 take time until the data signal and the data strobe signal are actually output after the internal clock signal generated by the DLL 214 is input. For this reason, the phase of the internal clock signal is advanced from that of the external CLK by using an appropriate replica circuit, so that the phase of the data signal or the data strobe signal is matched with that of the external clock CLK. Therefore, the DQS buffer is set to an output high impedance state during a time other than the data output operation as described above.
[0087]
During the write operation, since the DQS buffer 215 of the DDR SDRAM is in an output high impedance state, a data strobe signal DQS is input to the terminal DQS from a data processor such as a macro processor, and the terminal DQ is synchronized with it. Written data is input. The data input circuit 210 receives the write data input from the terminal DQ serially as described above by the clock signal formed based on the data strobe signal input from the terminal DQS, and synchronizes with the clock signal CLK. Then, the data is converted into parallel data, transmitted to the selected memory bank via the data bus DataBus, and written to the selected memory cell in the memory bank.
[0088]
By applying the present invention to the DDR SDRAM as described above, a semiconductor memory capable of high-speed writing and reading can be configured while reducing the size of the memory chip.
[0089]
The effects obtained from the above embodiment are as follows.
(1) A plurality of dynamic memory cells comprising MOSFETs and capacitors, a plurality of word lines respectively connected to the selection terminals of the plurality of memory cells, and input / output terminals of the plurality of memory cells A plurality of complementary bit line pairs connected to each other and arranged to extend in opposite directions around one end, and arranged on one end side of the complementary bit line pair, the voltage difference between the complementary bit lines is determined. A plurality of memory mats each including a plurality of sense amplifier arrays each including a plurality of latch circuits to be amplified are provided, and a bias voltage is supplied to a semiconductor region in which the memory cells are formed in all the plurality of sense amplifier arrays. By providing a plurality of contact portions, a bias voltage is supplied from both sides of each memory mat. Substrate bias voltage is an advantage of being able to improve the operating margin is stabilized.
[0090]
(2) In addition to the above, a pre-charge that extends a complementary input / output line along the sense amplifier row and supplies an intermediate voltage of the operation voltage of the sense amplifier to the complementary bit line pair is supplied to the sense amplifier row. A switching MOSFET provided between the complementary bit line pair and the complementary input / output line, the MOSFET having the same conductivity type as that of the memory cell, and receiving the Y selection signal at the gate and the circuit; What is formed in the amplifier row can be provided with a contact portion for supplying a bias voltage without forming a special semiconductor region by forming it in the same semiconductor region as the semiconductor region in which the memory cell is formed. An effect is obtained.
[0091]
(3) In addition to the above, a semiconductor layer for supplying the bias voltage to a semiconductor region in which the memory cells are formed at one or more locations so that the memory mat is equally divided into bit lines in the extending direction of the bit lines Is provided in parallel with the sense amplifier row, and a plurality of contact portions for supplying the bias voltage to the semiconductor layer are provided, so that the distance between the portion farthest from the power supply portion and the power supply portion can be further shortened. Therefore, the effect that the operation margin can be greatly improved can be obtained.
[0092]
(4) In addition to the above, the word line is composed of a main word line and a sub word line divided into a plurality in the extending direction of the main word line, and a sub word driver corresponding to the divided sub word line A plurality of such sub word lines are assigned to the main word line, and one sub word line is selected by a signal of the main word line and a sub word selection line, and is surrounded by the sense amplifier row and the sub word driver. By providing one memory mat corresponding to the area, it is possible to obtain an effect that it is possible to secure a signal amount necessary for a high-speed memory cell selection operation and a sense amplifier operation while increasing the storage capacity.
[0093]
(5) In addition to the above, the voltage wiring for supplying the bias voltage is extended along each of the sense amplifier row, the sub word driver, and the semiconductor layer, and is connected to each other at each intersection to form a mesh. As a result, the resistance value in the power supply wiring can be reduced, and the bias voltage applied to the substrate can be stabilized.
[0094]
The invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the invention of the present application is not limited to the embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, the substrate (P-type well) on which a pair of memory cell arrays provided between the sense amplifier rows is formed has a slit structure that appropriately penetrates the sense amplifier rows and is also connected to each other by such semiconductor regions. You may add the structure to do. The input / output interface of the dynamic RAM is not limited to the DDR SDRAM as described above, and various embodiments such as an SDRAM can be adopted. The present invention can be widely used in a single intersection type dynamic RAM.
[0095]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. A plurality of dynamic memory cells comprising MOSFETs and capacitors, a plurality of word lines connected to the selection terminals of the plurality of memory cells, and a plurality of input / output terminals of the memory cells, respectively. A plurality of complementary bit line pairs arranged so as to extend in opposite directions with respect to one end, and arranged on one end side of the complementary bit line pair to amplify a voltage difference between the complementary bit lines, respectively. A plurality of memory mats including a plurality of sense amplifier arrays each including a plurality of latch circuits, and a contact portion for supplying a bias voltage to a semiconductor region in which the memory cells are formed in all of the plurality of sense amplifier arrays. By providing a plurality, a bias voltage is supplied from both sides of each memory mat. Ass voltage it is possible to improve the operating margin is stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a one-intersection DRAM array according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of a one-intersection DRAM array according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of a sense amplifier section of a dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 4 is a layout diagram of a lower layer showing an embodiment of a sense amplifier portion of a dynamic RAM according to the present invention.
FIG. 5 is a layout diagram of an upper layer showing an embodiment of a sense amplifier portion of a dynamic RAM according to the present invention.
6 is a partial cross-sectional structure diagram in FIG. 5;
FIG. 7 is a circuit diagram showing one embodiment of a dynamic RAM sub-word driver according to the present invention;
FIG. 8 is a block diagram showing another embodiment of the memory cell array portion of the DRAM according to the present invention.
FIG. 9 is a timing chart showing an example of the operation of the DRAM according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic layout diagram showing one embodiment of a dynamic RAM to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of a dynamic RAM to which the present invention is applied.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a one-intersection type memory array studied by the inventors of the present application and noise generated in the memory array;
[Explanation of symbols]
SAA1-3 ... sense amplifier array, SWDA ... subword driver array, MCA0-2 ... memory cell array (memory mat), PWEL0,1 ... P-type well region (substrate), CNTA0-1 ... contact array, MCA0a-MCA1b ... divided array , SA ... sense amplifier, SWD ... sub word driver, PL ... plate electrode, PLSA ... wiring, MWL ... main word line, WL ... sub word line, BL ... bit line, ACT ... active region, TC1, TC2 ... through hole, SN ... Storage node, CONT ... Contact part, CP ... Capacity insulating film, BLCT ... Contact part, M1 to M3 ... Metal wiring layer, FX0 to FX7B ... Subword selection line,
Q1-Q11 ... MOSFET,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Memory chip, 11 ... Array control circuit, 12 ... Main word driver, 13 ... Column decoder, 15 ... Subarray (memory mat), 16 ... Sense amplifier, 17 ... Subword driver, 18 ... Crossing area,
200A to D ... Memory array, 201A to D ... Row decoder, 202A to D ... Sense amplifier, 203A to D ... Column decoder, 204 ... Address buffer, 205 ... Row address buffer, 206 ... Column address buffer, 207 ... Column address counter 208 ... Refresh counter 209 ... Control circuit 210 ... Data input circuit 211 ... Data output circuit 212 ... Bank select circuit 213 ... Mode register 214 ... DLL 214 ... DQS buffer

Claims (4)

MOSFETとキャパシタとからなり、上記MOSFETのゲートが選択端子とされ、一方のソース,ドレインが入出力端子とされ、他方のソース,ドレインが上記キャパシタの蓄積ノードと接続されてなるダイナミック型メモリセルの複数個と、
複数からなる上記ダイナミック型メモリセルの上記選択端子にそれぞれ接続されてなる複数のワード線と、
複数からなる上記ダイナミック型メモリセルの上記入出力端子にそれぞれ接続され、一端を中心にして互いに逆方向に延長されるよう配置されてなる複数の相補ビット線対と、上記相補ビット線対の一端側に配置されて、かかる相補ビット線の電圧差をそれぞれ増幅する複数からなるラッチ回路からなるセンスアンプ列とを含むメモリマットを複数個備え、
上記メモリマットは、ビット線の延長方向においてビット線を等分する1ないし複数箇所に上記メモリセルが形成される半導体領域にバイアス電圧を供給するための半導体層がセンスアンプ列と平行に設けられ、かかる半導体層には上記バイアス電圧を給電するコンタクト部が複数個設けられてなることを特徴とするダイナミック型RAM。
A dynamic memory cell comprising a MOSFET and a capacitor, wherein the gate of the MOSFET is a selection terminal, one source and drain are input / output terminals, and the other source and drain are connected to the storage node of the capacitor. Multiple
A plurality of word lines respectively connected to the selection terminals of the plurality of dynamic type memory cells;
A plurality of complementary bit line pairs connected to the input / output terminals of the plurality of dynamic memory cells, and arranged to extend in opposite directions around one end, and one end of the complementary bit line pair A plurality of memory mats including a plurality of sense amplifier arrays each including a plurality of latch circuits disposed on the side and amplifying the voltage difference between the complementary bit lines,
In the memory mat, a semiconductor layer for supplying a bias voltage to a semiconductor region in which the memory cell is formed is provided in parallel with the sense amplifier row at one or a plurality of locations where the bit line is equally divided in the extending direction of the bit line. A dynamic RAM comprising a plurality of contact portions for supplying the bias voltage to the semiconductor layer .
請求項1において、
上記センスアンプ列に沿って延長された相補入出力線を更に含み、
上記センスアンプ列は、上記相補ビット線対に上記センスアンプの動作電圧の中間電圧を供給するプリチャージ回路と、ゲートにY選択信号を受け、上記相補ビット線対と上記相補入出力線との間に設けられたスイッチMOSFETとを含み、
上記メモリセルのMOSFETと同一導電型のMOSFETであって上記センスアンプ列に形成されるものは、上記メモリセルが形成される半導体領域と同じ半導体領域に形成されてなることを特徴とするダイナミック型RAM。
In claim 1,
A complementary input / output line extending along the sense amplifier array;
The sense amplifier row includes a precharge circuit that supplies an intermediate voltage of the operation voltage of the sense amplifier to the complementary bit line pair, a Y selection signal received at a gate, and the complementary bit line pair and the complementary input / output line. Including a switch MOSFET provided therebetween,
A MOSFET of the same conductivity type as the MOSFET of the memory cell, which is formed in the sense amplifier row, is formed in the same semiconductor region as the semiconductor region in which the memory cell is formed. RAM.
請求項1または請求項2のいずれかにおいて、
上記ワード線は、メインワード線と、かかるメインワード線の延長方向において複数に分割されてなるサブワード線とからなり、
上記分割されたサブワード線に対応してサブワードドライバが設けられ、
上記サブワード線は、上記メインワード線に対して複数が割り当てられ、
上記サブワードドライバは、上記メインワード線の信号とサブワード選択線の信号とを受けて上記複数のうちの1つのサブワード線を選択するものであり、
上記センスアンプ列と上記サブワードドライバに囲まれ領域に1つのメモリマットに対応されたメモリセルが形成されるものであることを特徴とするダイナミック型RAM。
In either claim 1 or claim 2 ,
The word line is composed of a main word line and a sub word line divided into a plurality in the extending direction of the main word line,
A sub word driver is provided corresponding to the divided sub word line,
A plurality of the sub word lines are assigned to the main word line,
The sub word driver selects one of the plurality of sub word lines in response to the signal of the main word line and the signal of the sub word selection line,
A dynamic RAM characterized in that a memory cell corresponding to one memory mat is formed in an area surrounded by the sense amplifier array and the sub word driver.
請求項において、
上記バイアス電圧を供給する電圧配線は、上記センスアンプ列と上記サブワードドライバ及び上記半導体層のそれぞれに沿って延長され、それぞれの交差部で相互に接続された網目状にされるものであることを特徴とするダイナミック型RAM。
In claim 3 ,
The voltage wiring for supplying the bias voltage is extended along each of the sense amplifier row, the sub-word driver, and the semiconductor layer, and has a mesh shape connected to each other at each intersection. A characteristic dynamic RAM.
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