JPH0719473B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0719473B2
JPH0719473B2 JP62122508A JP12250887A JPH0719473B2 JP H0719473 B2 JPH0719473 B2 JP H0719473B2 JP 62122508 A JP62122508 A JP 62122508A JP 12250887 A JP12250887 A JP 12250887A JP H0719473 B2 JPH0719473 B2 JP H0719473B2
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mosfet
memory device
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貴康 桜井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、記憶装置の低消費電力化に関するもので、特
に、大容量の半導体記憶装置に使用されるものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来の記憶装置の構成図を第1図に示す。この図はロー
方向とカラム方向にマトリクス状に配置されたメモリセ
ル群の1つのロー、すなわち1つのワード線に接続され
ているメモリセルのみを抽出したものである。ワード線
WLは、このワード線の駆動回路WLDに接続されており、
このローが選択された場合は、ワード線は例えば5Vにな
り、選択されていない場合は0Vである。選択された場合
は、メモリセルMCo〜MCnに蓄積されていた情報は、ビッ
ト線BLo〜BLnに出力される。出力にBLo〜BLnのどの情
報を送り出すかということはカラム選択回路CDCによっ
て決定する。それぞれのビット線BLo〜BLnには、多数の
メモリセルが接続されているが、その内の1つのメモ
リ。セルのみがワード線によって活性化されているの
で、ビット線上で多数のメモリ。セルの情報が重なって
しまう事はない。
第1図に示すようにメモリ。セル群をマトリクス状に配
置する事により、高密度にメモリ。セルを集積すること
が可能となったが、選択されたワード線に接続されたメ
モリセルMCo〜MCnは1度にすべて活性化される。あるメ
モリ。セルが活性化し、そのメモリ・セルに蓄積された
情報をビット線に出力する際に必ず電力を消費する。そ
のため、1つのワード線に接続された最終的に利用され
ない情報を含むメモリ。セルもすべて活性化される従来
の方式では、この部分で多大な電力を消費していた。例
として、相補型MOS構成の半導体集積回路メモリでは、
この部分で、メモリチップ内で消費する全電力の90%以
上を浪費していた。消費電力の問題は発熱の問題となる
ため、従来の方式は、高密度化及び低消費電力化に難が
あった。
〔発明の目的〕
本発明は、従来問題であった消費電力を低減すべくなさ
れたもので、これにより高集積密度で、又、消費電力を
他の部分に適正に配分する事により、拘束の半導体記憶
装置を提供することを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、複数のメモリ。セル群に接続された複数個の
第1ワード線と、この複数個の第1ワード線に接続され
た第2ワード線と、この第2ワード線とカラム選択系の
信号によって前記第1ワード線を活性制御する制御手段
とを具備したことを特徴とする半導体記憶装置である。
〔発明の実施例〕
以下、実施例に従って本発明を詳細に説明する。本発明
の基本的な構成例を第2図に示す。第1リード線1WLo〜
1WLnにはそれぞれ比較的少数個のメモリ。セルMCo〜MC
i,MCj〜MC11が接続されている。第2ワード線はロー選
択信号によって駆動されるワード線駆動回路WLDによっ
て、活性化された場合は、例えば、5Vに、活性化されな
かった場合は例えば0Vに駆動される。第2ワード線には
ワード線中継回路WAがあった方が高速化できるが、これ
はなくても良い。第2ワード線と第1ワード線の接続部
には、カラム選択系の信号CSo〜CSnによって制御される
制御手段、例えばトランスファ。ゲートTRo〜TRnが配置
されている。このトランスファ。ゲート部分の具体例を
第3図〜第9図に示す。第3図〜第9図に示すように、
トランスファーゲートはpチャネル、あるいはnチャネ
ルのMOSFET Q10〜Q15によって構成されている。これら
の図において、カラム選択信号CDは、第1ワード線1WLi
に接続したメモリセルMCko〜MCkl、又はMCki〜MckMが選
択された時ハイレベルになる信号で、▲▼はCDとハ
イレベル、ローレベルが逆転した逆位相の電位を有する
信号である。信号ψiは、ワード線を非選択にするため
の信号で、第10図に代表的な信号波形を示す。
次に、第3図に示す実施例に従い詳細に説明する。第3
図においてメモリ。セルMCko〜MCklをアクセスしたい
時、第2ワード線2WLは、ワード線駆動回路WLDによって
ハイレベルに上がる。又、カラム選択系の信号▲▼
+ψiはローレベルに下がる。すると、トランスファゲ
ートを構成するpチャネルトランジスタQ10はオン状態
になり、第2ワード線の信号を第1ワード線1WLiに伝達
する。その時、第1ワード線非選択用トランジスタQ20
はオフであるため、直流路は形成されない。さて、第1
リード線がハイレベルになると、メモリ。セルMCko〜MC
klが活性化し、それぞれのメモリ。セルに接続されてい
るビット線(図示せず)に蓄積情報を出力する。この実
施例では、第1ワード線1WLiがハイレベルになった時、
メモリ。セルMCko〜MCklが活性化されるが、その逆に、
ローレルで活性化されるメモリ。セルの場合は、pチャ
ネル,nチャネルを逆転すると共に、信号波形のハイレベ
ルとローレベルを逆転すれば良い。又、本実施例では第
1ワード線1WLiを駆動するトランジスタQ10,Q20は、こ
の第1ワード線の端についているが、第1ワード線内の
遅延が、第2ワード線の遅延と同程度の時には、第6図
〜第9図に示した様に、第1ワード線の中央で駆動した
方がワード線遅延が少ないこともある。
本発明においてたとえ、第2ワード線2WLが選択されて
も、それにつながるすべてのメモリ。セルは活性化され
ず、その第2ワード線に接続されている多数の第1ワー
ド線の中、少数の(普通のは唯一の)第1ワード線が選
択され、その第1ワード線に直接接続されているメモ
リ。セルのみが活性化される点が重要である。
さて、メモリ。セルを非選択にするのは、トランジスタ
Q20である。このトランジスタのゲートはメモリ。セル
が非選択に移行する時、ハイレベルになり、従って今ま
で、ハイレベルにあった第1ワード線1WLiをローレベル
に落とし、メモリセルMCko〜MCklの非活性化が実現され
る。
第4図に示す実施例も、動作は第3図に示す実施例と同
様である。第5図に示す実施例では、第2ワード線▲
▼が、トランスファ。ゲートQ12のゲートに、カラ
ム選択信号CDが、ソースに入っている。この方が、第2
ワード線から見える全静電容量が少さくなり、従って、
第2ワード線の遅延が少なくなる。本実施例では、第10
図に示すように信号2WLの逆位相▲▼の信号を使
用する。第6図に示す実施例では、トランスファ。ゲー
トQ13はnチャネルMOSFETで構成されている。このトラ
ンジスタは、エンハンスメント形でも、デプレッション
形でも良いが、エンハンスメント形の場合は、第1ワー
ド線1WLiが、第2ワード線2WLよりも閾値電圧だけ低電
位になってしまうことがないように信号CDをプルアッ
プ。レベルにすることもある。このプルアップレベルは
第10図に点線で示した。デプレッション形を使用した時
は、他の第2ワード線に選択が切り替わった場合、第2
ワード線2WLがローレベルになる為、第1ワード線の電
荷は第2ワード線を通じて、ローレベルに落ちるため、
遅延を少なくすることができる。本実施例は、第1ワー
ド線の駆動回路がすべてnチャネルMOSFETによって構成
されているため、例えば、メモリセルがnチャネルMOSF
ETのみによって構成されている場合は、相補型MOSFET独
特のウエルを使用する必要がなく、面積を減少できる。
又、ラッチアップの問題も解決される。第7図に示す実
施例では、第1ワード線非選択用回路が抵抗素子R24
構成されているもので、抵抗素子R24が他の素子と積層
形成できるため一層の面積低減化が可能である。この抵
抗素子R24は、MOSFETを使用して構成しても良いし、多
結晶シリコン層で構成する事も可能である。トランスフ
ァゲートQ14はnチャネルエンハンスメント型もしくは
デプレッション型のトランジスタである。トランスファ
ゲートQ14がエンハンスメント型の場合は、第6図に示
した実施例と同様に第1ワード線1WLiが、第2ワード線
よりも閾値電圧だけ低電位にならないように、信号CDを
プルアップレベルにすることもある。この例では、トラ
ンスファゲートがオン,第2のワード線がハイレベルに
なった時、トランスファゲートQ14,抵抗素子R24を通じ
て直流バスが出来るが、これは、全メモリ。チップ中1
カ所であり電力的には全く微少である。又、カラム切り
替え時の第1ワード線のディスチャージは、抵抗素子R
24を通じて行なわれるが、これは、従来からアクセス時
間に比し、ディスチャージ期間がかなり長くとれるの
で、これを考慮する必要はなく、そのため抵抗素子の値
については、第1ワード線のハイレベルの値が、トラン
スファゲートQ14と抵抗素子R24の抵抗比で決定する事を
考慮して決定すればよい。第8図に示す実施例では、第
1ワード線1WLiのディスチャージは主としてトランスフ
ァゲートQ15を通じて行なわれるが、このトランジスタQ
15の閾値電圧分だけは、抵抗素子R25によって行なわれ
る。第9図に示す実施例ではトランスファゲートQ15
コントロールゲートが第2ワード線▲▼に、ソー
スがカラム選択線CDに接続された例で、ディスチャージ
1部抵抗素子R27によって行なわれる。本実施例では、
第10図に示す信号▲▼の信号を使用する。
第11図は、スタティックRAMの典型的なメモリ。セルMCk
lの回路図を示すものである。負荷素子110,111はpチャ
ネルMOSFETでも、高抵抗多結晶シリコンでも良い。負荷
素子110,111をMOSFETで構成する場合は第11図に示すよ
うに、点線によってMOSFET110,111のゲートに接続され
る。第12図は、高抵抗多結晶シリコンメモリ。セル形式
に対する本発明の実施例を示す平面図、第13図がその断
面図である。第12図、第13図において第11図の回路素子
と対応する部分には同一の符号を付す。ここでビット線
BLk1,BLk1は、第12図では図示していないが、第13図に
示すように一般にアルミニウムによって形成されてい
る。また第12図,第13図に示すように、丸で囲んだ点線
はトランジスタ112〜115を示している。第2ワード線2W
Lは第1ワード線1WLの上に第2層多結晶シリコを使用し
て形成している。第2層多結晶シリコンはそれによって
高抵抗負荷110,111も形成するが、部分的に拡散あるい
は第3の低抵抗層(例えばMoSi2層)を積層する事によ
り低抵抗化され、第2ワード線2WLとして十分使用し得
る。これにより、従来に比し、メモリ。セルの面積が全
く増加することなく、低消費電力化可能である。
また第14図に示すように1つの第2ワード線2WLijの面
側に2つの第1ワード線1WLi,1WLjを配置することによ
り、第15図、第16図で示されるように、第2ワード線2W
Lijを2つの第1ワード線1WLi,1WLjで共用する事が出来
る。本実施例では、第2ワード線の抵抗を減少させ、第
2ワード線の遅延を少なくする意味で、第2ワード線を
第16図に示すように広く形成することが望ましい。
以上の説明では第2ワード線を多結晶シリコンによって
形成した場合を示したがこれに限定されるものではなく
第2層目のアルミニウム層によって第2ワード線を形成
してもよい。この場合、多結晶シリコンによって形成し
た場合に比べ、第1ワード線からさらに離間しているた
め、容量が減少し、またアルミニウムは比抵抗も低いた
めさらに遅延時間が短縮する利点を有している。
〔発明の効果〕 以上、説明したように本発明に係る半導体記憶装置で
は、1つの第2ワード線が選択されても、従来と異な
り、それにつながっているすべてのメモリ・セルは活性
化されない。その第2ワード線に接続されている多数の
第1ワード線の中、唯一の第1ワード線が選択され、そ
の第1ワード線に直接されているメモリ。セルのみが活
性化される。そのため必要なメモリ。セルの情報のみ
が、ピット線に出力され、従来のように不必要なメモ
リ。セルまで活性化せずにすむ。メモリ。セルを活性化
すると、消費電力が増加するが、本発明により、一部の
メモリ。セルのみ活性化するため低消費力のメモリが提
供できる。
例として、32Kワード×8ビット構成のスタテイックRAM
において、従来では1つのワード線につながるメモリ。
セルの数は、ワード線2分割方式で256であり、1度に2
56個のメモリ。セルを活性化する必要があった。本発明
によれば、第1ワード線に8個づつのメモリ。セルを接
続する事により、1度に必要な8ビット分のメモリ。セ
ルのみが活性化される事になる。すなわち8/256=1/32
に消費電力を激減できる。このメモリ。セル周辺で消費
される電力は、全メモリチップ内部で消費される電力の
90%以上をしめるので、本発明によって極めて低消費電
力のメモリ。チップの製造が可能となる。超大規模集積
回路の素子数が、熱の問題で制限される事を考えると、
本発明により高集積密度のメモリの製造も可能になる。
又、余ったパワーを適正に分配する事により、メモリの
高速化にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の半導体記憶装置の構成図、第2図は、
本発明に係る半導体記憶装置の基本構成図、第3図は、
本発明に係る半導体記憶装置の第1の実施例を示す図、
第4図乃至第9図はそれぞれ本発明に係る半導体記憶装
置の他の実施例を示す図、第10図は、本発明に係る半導
体記憶装置を説明するための波形図、第11図は、本発明
に係る半導体記憶装置のメモリ。セルの一実施例を示す
回路図、第12図は本発明に係る半導体記憶装置の一実施
例を示す平面図、第13図は第12図においてA−A′線に
沿って切断した断面図、第14図乃至第16図はそれぞれ本
発明に係る半導体記憶装置の他の実施例を示す構成図、
平面図及平面図においてB−B′線に沿って切断した断
面図である。図において、 1WLo〜1WLn……第1ワード線、 MCo〜MCi,MCj〜MCn……メモリ。セル、 TRo〜TRn……スイッチ手段、 WLD……ワード線駆動回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−211393(JP,A) 特開 昭57−105884(JP,A) 特開 昭57−3289(JP,A)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】m(mは自然数)個のメモリセルから成る
    第1のメモリセル群と、 n(nは自然数)個のメモリセルから成る第2メモリセ
    ル群と、 前記第1メモリセル群の各メモリセルに対応したm本の
    第1ビット線と、 前記第2メモリセル群の各メモリセルに対応したn本の
    第2ビット線と、 前記第1メモリセル群に接続された第1の第1ワード線
    と、 前記第2メモリセル群に接続された第2の第1ワード線
    と、 前記第1の第1ワード線にソース及びドレインの内の何
    れか一方が接続された第1のMOSFETと、 前記第2の第1ワード線にソース及びドレインの内の何
    れか一方が接続された第2のMOSFETと、 前記第1のMOSFETのソース及びドレインの内の残る一方
    が接続された第1カラム選択系信号線と、 前記第2のMOSFETのソース及びドレインの内の残る一方
    が接続された第2カラム選択系信号線と、 前記第1のMOSFETのゲート及び第2のMOSFETのゲートが
    接続された第2ワード線と、 前記第2ワード線を選択するデコーダとを有し、 前記第2ワード線が選択され、かつ、前記第1カラム選
    択系信号線が選択されている場合には、前記第1メモリ
    セル群が活性化され 前記第2ワード線が選択され、かつ、前記第2カラム選
    択系信号線が選択されている場合には、前記第2メモリ
    セル群が活性化される事を特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】m(mは自然数)個のメモリセルから成る
    第1メモリセル群と、 n(nは自然数)個のメモリセルから成る第2メモリセ
    ル群と、 前記第1メモリセル群の各メモリセルに対応したm本の
    第1ビット線と、 前記第2メモリセル群の各メモリセルに対応したn本の
    第2ビット線と、 前記第1メモリセル群に接続された第1の第1ワード線
    と、 前記第2メモリセル群に接続された第2の第1ワード線
    と、 前記第1の第1ワード線にソース及びドレインの内の何
    れか一方が接続された第1のMOSFETと、 前記第2の第1ワード線にソース及びドレインの内の何
    れか一方が接続された第2のMOSFETと、 前記第1のMOSFETのゲートが接続された第1カラム選択
    系信号線と、 前記第2のMOSFETのゲートが接続された第2カラム選択
    系信号線と、 前記第1のMOSFETのソース及びドレイン内の残る一方及
    び、前記第2のMOSFETのソース及びドレイの内の残る一
    方が接続された第2ワード線と、 前記第2ワード線を選択するデコーダとを有し、 前記第2ワード線が選択され、かつ、前記第1カラム選
    択系信号線が選択されている場合には、前記第1メモリ
    セル群が活性化され、 前記第2ワード線が選択され、かつ、前記第2カラム選
    択系信号線が選択されている場合には、前記第2メモリ
    セル群が活性化される事を特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】前記第1、第2の第1ワード線は、MOSFET
    を介して基準電位に接続されている事を特徴とする請求
    項(1)乃至(2)記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】前記第1、第2の第1ワード線は、抵抗を
    介して基準電位に接続されている事を特徴とする請求項
    (1)乃至(2)記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】前記第2ワード線は、前記第1、第2の第
    1ワード線に、絶縁層を介して積層された部分を有する
    事を特徴とする請求項(1)乃至(4)記載の半導体記
    憶装置。
  6. 【請求項6】前記第2ワード線の材料の抵抗率は、前記
    第1、第2のワード線の材料の抵抗率より小さい事を特
    徴とする請求項(5)記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】前記第1、第2の第1ワード線が多結晶シ
    リコン層で形成され、前記第2ワード線がアルミ層で形
    成されたものである事を特徴とする請求項(6)記載の
    半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】前記第2ワード線が多結晶シリコン層に低
    抵抗層を積層して形成されている事を特徴とする請求項
    (6)記載の半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】前記第1の第1ワード線及びその第1ワー
    ド線に接続された第1メモリセル群の容量が、前記第2
    の第1ワード線及びその第1ワード線に接続された第2
    メモリセル群の容量とほぼ等しい事を特徴とする請求項
    (1)乃至(4)記載の半導体記憶装置。
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