JPH1056085A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH1056085A
JPH1056085A JP8210881A JP21088196A JPH1056085A JP H1056085 A JPH1056085 A JP H1056085A JP 8210881 A JP8210881 A JP 8210881A JP 21088196 A JP21088196 A JP 21088196A JP H1056085 A JPH1056085 A JP H1056085A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数個のメモリセルブロックでリファレンス
セルを構成すると、リファレンスセルビット線に接続さ
れるコンタクトの寄生容量がメモリセルビット線に接続
されるコンタクト寄生容量よりも少なくなり、センスア
ンプ回路でのデータ判断に誤動作が生じる。 【解決手段】 1つのメモリセルブロック内に、トラン
ジスタのしきい値を高めるイオン注入層19を形成し、
他のトランジスタで構成される複数個のメモリセルM0
1,M02,M03を直列接続してリファレンスセルを
構成する。リファレンスセルのビット線13に接続され
るコンタクト17,18を削除する必要がなく、リファ
レンスビット線とメモリセルビット線におけるコンタク
トの寄生容量がそれぞれ等しくなり、両ビット線におけ
る充電スピードの差が少なくなり、かつ両ビット線の信
号間の位相差が少なくなり、データ判断の誤動作が発生
しにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体記憶装置に関
し、特に選択されたメモリセルのデータを判断するため
の基準電圧を発生する回路(以下、リファレンス回路)
を備える半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5〜図9を用いて、従来技術を説明す
る。図5(a)は本発明の対象となる半導体記憶装置の
ブロック図であり、1はメモリセルアレイ、2はリファ
レンスセルアレイ、3はXデコーダ及びブロック選択デ
コーダ、4はYセレクタ、5はセンスアンプ用バイアス
回路、6はリファレンス回路、7は差動増幅段、8はセ
ンスアンプ回路、9はアドレスバッファ回路、10はC
Eバッファ回路、SYはYセレクタデコード信号を示し
ている。なお、前記センスアンプ用バイアス回路5とリ
ファャレンス回路6は、図5(b)に示すような、MO
SトランジスタQ1,Q2とインバータINVで構成さ
れる回路構成とされる。また、リファレンスセルは、製
造上のバラツキを極力メモリセルと等しくするために、
メモリセルと同一トランジスタを用い、それぞれのリフ
ァレンス回路にビット線単位で割り当てられ、メモリセ
ルアレイ内に配置される。
【0003】ここで外部より、アドレス入力A0〜An
及びCE信号が入力されると各々のバッファ回路9,1
0が受け、その出力信号によりXデコーダ及びブロック
選択デコーダ3、Yセレクタ4を介してメモリセルを選
択し、選択されたメモリセルのビット線上のSI,SA
のレベルが決定される。一方、同時にメモリセルアレイ
1内に配されたリファレンスセルアレイ2中のリファレ
ンスセルも選択され、選択されたリファレンスセルの線
上のRI,RAのレベルが決定される。そして、差動増
幅段7により、SAとRAの電位差を増幅し出力するこ
とで当該アドレスのメモリセルのデータが判断される。
【0004】図6は、従来使用しているマスクROMの
メモリセルであり、メモリセル1を構成する複数のメモ
リセルブロック100のそれぞれには、互いに平行に配
置された複数の拡散層15と、それと直交方向に配置さ
れた互いに平行な複数のワード線11とを備えており、
それらの交差部分をソース及びドレインとし、そのソー
ス、ドレインに挟まれた部分をチャンネルとしてメモリ
セルが構成される。また、ワード線11とビット線コン
タクト17との間、及びワード線11とバーチャルGN
D線コンタクト18との間に、ブロック選択線12をワ
ード線11と平行に配置し、ブロック選択線12で、そ
のブロック選択線にはさまれたメモリセルブロックを選
択し、さらにワード線11を1本選択することにより1
つのメモリセルの選択を行っている。なお、13はビッ
ト線、14はバーチャルGND線、16はイオン注入層
であり、イオン注入によりその部分のトランジスタのし
きい値を高くし、この部分は常時非導通となるように構
成されている。
【0005】図7は、前記メモリセルアレイ1とXデコ
ーダ及びブロック選択デコーダ3の信号の流れを詳細に
示したものであり、1つのメモリセルブロック100内
のワード線が16本、Xデコーダの出力が同時に駆動す
るワード線本数が4本の場合の例である。前記Xデコー
ダ及びブロック選択デコーダ3と1つのメモリセルブロ
ック100は、リファレンスセルを含めてマトリックス
状に配置されている。21はブロック選択デコーダ出力
信号、22はXデコーダ出力信号であり、4つのメモリ
セルブロックに入力し、各々4本のワード線を駆動して
いる。この構成をビット線方向に繰り返すことにより、
メモリセルマトリックスと、Xデコーダ及びブロック選
択デコーダを構成している。
【0006】一方、メモリセルの記憶データ、換言すれ
ばメモリセルが導通あるいは非導通の状態を判断するた
めの基準電位RAは、メモリセルが導通時のメモリセル
用バイアス回路の出力SAの電位と、メモリセルが非導
通時の前記SAの電位との間に設定する必要があり、従
来、メモリセルに流れる導通時の電流(以下:IonC
)より、リファレンスセルに流れる電流(以下:Io
nR )をメモリセルを複数個、直列に接続することによ
り小さくし、実現していた。たとえば、メモリセルのI
onC に対し、約1/3のリファレンスセル電流Ion
R を実現する場合は、メモリセルを3個直列に接続し、
リファレンスセルとしていた。
【0007】図8は、IonR =(1/3)・IonC
を実現するための3段直列のリファレンスセルの構成例
であり、Xデコーダが4本のワード線を駆動する場合の
例である。この構成は図7の符号23の領域を示してお
り、Xデコーダの同一デコーダ出力につながるワード線
11を持つメモリセルブロックの4つを1つの束とし、
その内の3つのメモリセルブロックのブロック選択線1
11〜116,121〜126,131〜136のう
ち、ブロック選択線111,113,115,121,
123,125,131,133,135を電源に接続
し、他を接地電位に接続することで、これらのメモルセ
ルブロック用いて1つのリファレンスセルを構成してい
る。一方、不要のメモリセルブロックはブロック選択線
141〜146を接地電位にすることにより常時非選択
としている。このリファレンスセルをビット線方向に、
繰り返すことにより、リファレンスセルアレイが構成さ
れており、ワード線によって、ビット線上の1つのリフ
ァレンスセルが選択されることになる。そして、図中の
17A,18Aの箇所において、リファレンスセルを3
段直列とするために、それぞれコンタクトを削除してお
り、これによりビット線13のA点から、選択バーチャ
ルGND線14aのB点へ矢印の経路で、3つのセルブ
ロックの各選択ワード110上の計3個のメモリセルM
11,M12,M13を通って電流が流れる。これによ
り、メモリセルの導通電流IonC より小さいリファレ
ンスセルの導通電流IonR を実現している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のリフ
ァレンスセルでは、RIにつながるリファレンスセルの
ビット線の寄生容量が、SIにつながるメモリセルのビ
ット線の寄生容量より少なくなることにより、ビット線
の充電スピードの差や、電源および接地電位のノイズに
よるゆれにより、SIにつながるメモリセルとリファレ
ンスセルのビット線が変動する時、その変動に位相差が
生じ、スピードの遅延あるいは誤動作の原因になるとい
う問題がある。例えば、1024ビット長のビット線を
16ビット/ブロックのメモリセルで構成すると、32
個のビット線コンタクトを必要とし、この32個分のコ
ンタクト拡散層容量がビット線の寄生容量に追加され
る。一方、図8に示したような複数個のメモリセルでリ
ファレンスセルを構成した場合は、ビット線コンタクト
を削除することにより複数メモリセルの直列を実現して
いるため、リファレンスセルのビット線には16個分の
ビット線コンタクト拡散層容量が接続されるのみであ
り、両者のビット線の寄生容量に大きな差が生じる。
【0009】このため、図9に示すように、アドレス入
力及びCE入力の変化に呼応して、Yセレクタデコード
信号がYセレクタを選択し、ほぼ同時にメモリセルビッ
ト線とリファレンスセルビット線の充電が開始される
が、寄生容量の違いにより、図中(a)のRIとSIの
ように充電スピードに差が生じる。それを受け、SAと
RAが変化し、そのレベル差を増幅段で増幅し出力する
が、SA、RAはそれぞれのビット線寄生容量を充電す
るため、いったん電位が下がる。この時、それぞれのビ
ット線容量の差によりRAに対しSAが下がり過ぎるた
め、SAとRAの交点すなわち、図中の判定点Aが、S
AとRAが完全に同期した時の判定点Bより遅れ、スピ
ードの遅延を招いている。また、図中(b)に示すよう
に、GNDがノイズにより変動した場合、SIにつなが
るメモリセルビット線とリファレンスセルビット線に時
定数の違いによる位相差が生じ、SAとRAの電位差が
少なくなり、ついには逆転してしまうといった誤動作が
生じる。
【0010】なお、図10に示すように、リファレンス
セル2Aをメモリセルアレイ1の外に配置した構成も提
案されており、この場合には、必要な数のリファレンス
セルのみをメモリセルアレイ外に配置している。この構
成は、比較的低速アクセスの半導体記憶装置に用いられ
る。この構成では、リファレンスセルをメモリセルアレ
イの外に配置しているため、複数のメモリセルブロック
を使用する従来のリファレンスセルでは、そのままチッ
プ面積の増大につながるという問題が生じる。
【0011】本発明の目的は、メモリセルのビット線寄
生容量と、リファレンスセルのビット線寄生容量を同等
とし、ビット線における充電スピードの差や、電源、接
地電位のノイズによる変動の位相差を小さくすることを
可能にした半導体記憶装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数個のメモ
リセルの一部をリファレンスセルとして構成し、このリ
ファレンスセルにより前記メモリセルの記憶データを判
断するためのリファレンス電圧を得る半導体記憶装置に
おいて、前記リファレンスセルは、1つのメモリセルブ
ロック内において、このメモリセルブロックを構成する
多数個のメモリセルのうちの複数個を直列接続した構成
としたことを特徴としている。この場合、記憶データを
読み出すビット線につながるメモリセルブロックの数
と、リファレンス電圧を取り出すビット線につながるメ
モリセルブロックの数が等しくされる。また、メモリセ
ルのビット線に接続されて選択されたメモリセルの導
通、非導通の状態に対応した電圧を検出するバイアス回
路と、リファレンスセルのビット線に接続されてリファ
レンス電圧を発生するリファレンス回路と、前記リファ
レンス電圧とメモリセルの電圧とを比較して選択された
メモリセルの導通、非導通を判断する差動増幅段とを備
えることが好ましい。
【0013】例えば、本発明におけるメモリセルブロッ
クは、互いに平行に配置された複数個の拡散層と、前記
拡散層と直交する方向に配置され、互いに平行な複数の
ワード線と、前記拡散層と前記ワード線との交差部分を
ソース及びドレインとし、前記ソースとドレインに挟ま
れた部分をチャンネルとする複数個のメモリセルと、前
記ワード線とビット線とを接続するビット線コンタクト
との間、または前記ワード線とGND線とを接続するG
ND線コンタクトとの間の少なくとも一方の間に、前記
ワード線と平行に配置された複数個の互いに平行なブロ
ック選択線と、前記複数個の拡散層と前記ブロック選択
線との交差部分をソースおよびドレインとするブロック
選択トランジスタとで構成されており、前記リファレン
スセルは、同一メモリセルブロック内の複数のメモリセ
ルがワード線とブロック選択線により同時に選択され、
その選択された複数個のメモリセルが互いに直列に接続
されるメモリセルブロックとして構成される。この場
合、リファレンスセルを構成するメモリセルブロック
は、ブロック選択トランジスタのチャンネル部及びメモ
リセルのチャンネル部に選択的にイオン注入層を形成し
てそのしきい値を高め、これらチャンネル部以外のチャ
ンネル部において複数個のメモリセルが直列に導通され
てリファレンスセルを構成する。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明を図5に示したような
半導体記憶装置に適用した第1の実施形態のメモリセル
ブロック、ここではメモリセルをリファレンスセルとし
て構成した場合の平面図である。このメモリセルブロッ
クの基本的な構成は、図6に示した従来のメモリセルブ
ロックと略同じであるため、同一部分には同一符号を付
してある。すなわち、互いに平行に配置された複数のN
+ 拡散層15と、それと直交方向に配置された互いに平
行な複数のワード線11とを備えており、それらの交差
部分をソース及びドレインとし、そのソース、ドレイン
に挟まれた部分をチャンネルとしてメモリセルが構成さ
れる。また、ワード線11とビット線コンタクト17と
の間、及びワード線11とバーチャルGND線コンタク
ト18との間に、ブロック選択線111〜116をワー
ド線11と平行に配置している。ブロック選択線11
1,113,114,115は電源電位に、ブロック選
択線112,116を設置電位にそれぞれ固定する。ま
た、13はビット線、14はバーチャルGND線であ
る。
【0015】さらに、16はイオン注入層であり、図6
の構成と同様に、イオン注入によりその部分のトランジ
スタのしきい値が高くなり、この部分は常時非導通の状
態となる。そして、前記メモリセルチャンネル部とブロ
ック選択トランジスタチャンネル部には、選択的に追加
したイオン注入層19が設けられ、このイオン注入層1
9により、メモリセルとブロック選択トランジスタのし
きい値を電源電圧より高く設定し、この部分が常時非導
通となるように構成することにより、例えばワード線1
10が選択されたときに、このワード線で構成される図
中M01、M02、M03の3個のメモリセル(トラン
ジスタ)を直列に接続した状態とする。
【0016】図2は、Xデコーダが4本のワード線を駆
動する場合のリファレンスセルの構成の例であり、従来
技術で説明した図8に対応する部分の平面図である。こ
こでは、4つのメモリセルブロックのうち、1つのメモ
リセルブロックのみを利用し、不要の3つのメモリセル
ブロックは、ブロック選択線121〜126,131〜
136,141〜146を接地電位に固定することによ
り常に非選択としている。そして、図1に示したよう
に、利用するメモリセルブロックには選択的イオン注入
層19を施し、かつこのメモリセルブロックのブロック
選択線111,113,114,115を電源電位に、
ブロック選択線112,116を接地電位にそれぞれ固
定している。また、ここでは、ビット線コンタクト17
及びGND線コンタクト18はメモリセルと同様にその
まま形成されている。
【0017】したがって、リファレンスセルの選択は、
ワード線選択により行われる。ワード線110が選択さ
れると、図1に示したように、イオン注入層19により
非導通とされるトランジスタを回避しながら、ワード線
110により構成されるメモリセルM01,M02,M
03が直列に接続され、同図の矢印で示す経路によりビ
ット線コンタクト17とGND線コンタクト18との間
が導通される。その上で、図2の4つのメモリセルブロ
ックにわたるビット線13とバーチャルGND線14
a,14bが選択されて導通される。この場合、ビット
線13と選択バーチャルGND線14a,14bとの間
に挿入される3つのメモリセルM01,M02,M03
のN+ 拡散層15の総抵抗値を、従来のメモリセルブロ
ックを3段直列に接続した場合とほぼ等価になるよう構
成しておくことで、リファレンス回路の抵抗を従来と等
しくすることができる。また、このとき、ビット線には
メモリセルと同数のビット線コンタクトが接続されるた
め、このコンタクトの寄生容量はメモリセルのビット線
における寄生容量と等しくなり、メモリセルとリファレ
ンスセルのビット線の寄生容量を等しくすることができ
る。
【0018】この結果、リファレンスセルでは、RIに
つながるリファレンスセルのビット線の寄生容量が、S
Iにつながるメモリセルのビット線の寄生容量と等しく
なり、ビット線の充電スピードの差や、電源および接地
電位のノイズによるゆれにより、SIにつながるメモリ
セルとリファレンスセルのビット線が変動する時にも位
相差が生じることはなくなり、スピードの遅延あるいは
誤動作の原因が生じることもなくなる。図3はその状態
を示しており、アドレス入力及びCE入力の変化に呼応
して、Yセレクタデコード信号がYセレクタを選択し、
ほぼ同時にメモリセルビット線とリファレンスセルビッ
ト線の充電が開始されたときに、寄生容量が等しいた
め、図中(a)のRIとSIの充電スピードも等しくな
る。このため、SA、RAはそれぞれのビット線寄生容
量を充電するため、いったん電位が下がるが、その下が
りも等しくなり、図中の判定点Aが、SAとRAが完全
に同期した時の判定点となり、高スピード化が可能とな
る。また、図中(b)に示すように、GNDがノイズに
より変動した場合でも、SIにつながるメモリセルビッ
ト線とリファレンスセルビット線に時定数の違いによる
位相差が生じないため、SAとRAの電位差は確保さ
れ、逆転してしまうようなこともなく、誤動作が生じる
ことはない。
【0019】なお、図4は、本発明の第2の実施形態の
メモリセルブロックを示す図であり、イオン注入層の位
置を変更した連である。ここでは、同図のように、イオ
ン注入層19Aをメモリセルチャンネルとブロック選択
トランジスタチャンネルに追加しており、これにより、
ワード線110が選択された場合に、M04、M05、
M06のメモリセルが同時に選択され、直列に接続され
ることになる。その他の構成、および動作は第1の実施
形態と全く同じであり、この実施形態においても第1実
施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、1つのメ
モリセルブロック内の複数個のメモリセルを直列接続し
てリファレンスセルを構成しているので、所要のリファ
レンス電圧を得ることができるとともに、リファレンス
セルのビット線に接続されるコンタクトとメモリセルの
ビット線に接続されるコンタクトを等価にして各ビット
線に寄生される容量をそれぞれ等しくすることができ
る。これにより、メモリセルビット線とリファレンスセ
ルビット線の充電スピードの差が少なくなり、SAとR
Aがほぼ同期して変化するため、判定点Aの遅延が抑え
られる。また、これにより、電源あるいは、接地電位が
ノイズ等により変動した場合でも、増幅段の入力である
RAとSAは同期して変化されることになり、RAとS
Aの位相差が少なくなり、RAとSAの電位が逆転する
といった誤動作が発生しにくくなる。また、本発明では
単にイオン注入を行うだけでよく、従来のようにコンタ
クトを変更する必要がないため、製造が容易となる。さ
らに、本発明では、1つのメモリセルブロックでリファ
レンスセルが構成できるため、リファレンスセルの面積
を縮少して、チップ面積の増大を抑える上でも有利とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のリファレンスセルの
平面図である。
【図2】リファレンスセルのブロック構成を示す図であ
る。
【図3】リファレンス動作を説明するためのタイミング
図である。
【図4】本発明の第2の実施形態のリファレンスセルの
平面図である。
【図5】本発明が適用される半導体記憶装置のブロック
構成図である。
【図6】従来のメモリセルブロックの平面図である。
【図7】Xデコーダとメモリセルブロックアレイの接続
状態を示す図である。
【図8】従来のリファレンスセルの平面図である。
【図9】従来におけるリファレンス動作を説明するため
のタイミング図である。
【図10】従来の他の半導体記憶装置のブロック構成図
である。
【符号の説明】
1 メモリアレイ 2 リファレンスセルアレイ 3 Xデコーダ及びブロック選択デコーダ 4 Yセレクタ 5 メモリセル用バイアス回路 6 リファレンス回路 7 差動増幅段 8 センスアンプ回路 9 アドレスバッファ回路 10 CEバッファ回路 11 ワード線 12 ブロック選択線 13 ビット線 14 バーチャルGND線 15 N+ 拡散層 16 イオン注入層 17 ビット線コンタクト 18 バーチャルGND線コンタクト 19,19A イオン注入層 100 メモリセルブロック 110 選択ワード線 111〜116 ブロック選択線 121〜126 ブロック選択線 131〜136 ブロック選択線 141〜146 ブロック選択線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個のメモリセルの一部をリファレン
    スセルとして構成し、このリファレンスセルにより前記
    メモリセルの記憶データを判断するためのリファレンス
    電圧を得る半導体記憶装置において、前記リファレンス
    セルは、1つのメモリセルブロック内において、このメ
    モリセルブロックを構成する多数個のメモリセルのうち
    の複数個を直列接続した構成としたことを特徴とする半
    導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 記憶データを読み出すビット線につなが
    るメモリセルブロックの数と、リファレンス電圧を取り
    出すビット線につながるメモリセルブロックの数が等し
    くされ、各ビット線から得られるデータ電圧とリファレ
    ンス電圧とを比較して記憶データの判断を行う請求項1
    の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 メモリセルのビット線に接続されて選択
    されたメモリセルの導通、非導通の状態に対応した電圧
    を検出するバイアス回路と、リファレンスセルのビット
    線に接続されてリファレンス電圧を発生するリファレン
    ス回路と、前記リファレンス電圧とメモリセルの電圧と
    を比較して選択されたメモリセルの導通、非導通を判断
    する差動増幅段とを備える請求項2の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 メモリセルブロックは、互いに平行に配
    置された複数個の拡散層と、前記拡散層と直交する方向
    に配置され、互いに平行な複数のワード線と、前記拡散
    層と前記ワード線との交差部分をソース及びドレインと
    し、前記ソースとドレインに挟まれた部分をチャンネル
    とする複数個のメモリセルと、前記ワード線とビット線
    とを接続するビット線コンタクトとの間、または前記ワ
    ード線とGND線とを接続するGND線コンタクトとの
    間の少なくとも一方の間に、前記ワード線と平行に配置
    された複数個の互いに平行なブロック選択線と、前記複
    数個の拡散層と前記ブロック選択線との交差部分をソー
    スおよびドレインとするブロック選択トランジスタとで
    構成され、前記リファレンスセルは、同一メモリセルブ
    ロック内の複数のメモリセルがワード線とブロック選択
    線により同時に選択され、その選択された複数個のメモ
    リセルが互いに直列に接続されるメモリセルブロックと
    して構成されてなる請求項2または3の半導体記憶装
    置。
  5. 【請求項5】 リファレンスセルを構成するメモリセル
    ブロックは、ブロック選択トランジスタのチャンネル部
    及びメモリセルのチャンネル部に選択的にイオン注入層
    を形成してそのしきい値を高め、これらチャンネル部以
    外のチャンネル部において複数個のメモリセルが直列に
    導通される構成とされる請求項4の半導体記憶装置。
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