JPH11232868A - 半導体記憶集積回路 - Google Patents

半導体記憶集積回路

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JPH11232868A
JPH11232868A JP10044353A JP4435398A JPH11232868A JP H11232868 A JPH11232868 A JP H11232868A JP 10044353 A JP10044353 A JP 10044353A JP 4435398 A JP4435398 A JP 4435398A JP H11232868 A JPH11232868 A JP H11232868A
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JP
Japan
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memory cell
flip
pair
flop circuit
channel mos
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JP10044353A
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English (en)
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Toshio Wada
俊男 和田
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UMC Japan Co Ltd
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Nippon Foundry Inc
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Publication date
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度にメモリセル及びセンス回路が集積さ
れ、しかも低電圧化且つ高速化が進んでも安定な動作が
可能な半導体記憶集積回路を提供する。 【解決手段】 一対のアクセストランジスタとメモリキ
ャパシタを有する2トランジスタ型のメモリセル(2T
rセル)を用い、ビット線を隣接列で共用するととも
に、且つセンス回路を隣接列で共通化させ、pチャネル
MOSトランジスタを用いる第2のセンス回路を第1の
センス回路で信号電位差をある程度増幅させた後に活性
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクセストランジ
スタとメモリキャパシタとを有してなるメモリセルが半
導体基板上に集積されてなる高密度の半導体記憶集積回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ(DRAM)に代表される半導体記憶集積回路にお
いては、メモリキャパシタの半導体基板の主表面におけ
る占有面積を縮小させることにより集積密度を増加させ
大規模集積化を達成することができる。従来では、この
大規模集積化を実現するため、半導体基板の主表面の上
方に延在するスタック型のメモリキャパシタを形成した
り、主表面から半導体基板内に溝を堀り込んでトレンチ
型のメモリキャパシタを形成する技術が案出されてい
る。これらのメモリキャパシタを持つDRAMは、その
単位メモリセルが1個のアクセストランジスタと1個の
当該メモリキャパシタとから構成される1トランジスタ
型のものであり、回路機能素子数が比較的少ないために
十分な密度が得られる反面、近時の微細加工技術の進展
に伴う電源電圧の低下により信号振幅が圧縮されてメモ
リセルからの情報信号を確実に読み出すことが困難にな
るという問題がある。
【0003】DRAMにおいては、読み出し番地のメモ
リセルからの情報信号をビット線対の一方に伝達し、他
方にダミーセルからの信号を受け、ゲート動作型のフリ
ップフロップ回路(ゲーテッド・フリップフロップ)を
センス回路として用いて各ビット線の電位差を測定する
ことにより情報検出を行う。このセンス動作を行う1ト
ランジスタ型のDRAMでは、ダミーセルの信号電位の
設定ズレと電位変動分の電圧が電源電圧の不感帯として
利用できないため、微細加工技術の進展に伴う電源電圧
の低下により安定な記憶動作が困難となり、且つ高速動
作を要するDRAMには、集積回路内部に発生するノイ
ズによる不安定動作化の問題もある。
【0004】上述の問題を回避する従来の技術として
は、例えば特開昭61−16099号公報や特開昭61
−240497号公報、特開昭62−65295号公報
に開示されているように、ビット線対の双方に同一の情
報信号を相補的に伝達する2トランジスタ型に半導体記
憶集積回路を構成する手法がある。この集積回路によれ
ば、ビット線対の各々に一情報の相補的な情報信号が供
給されるため、ビット線対の一部に接続して情報信号を
増幅するセンス回路に不感帯が不要となって低電圧で高
速動作時にも安定な記憶動作を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような手法では、2個のアクセストランジスタと1個の
メモリキャパシタとを有してメモリセルが構成されてな
る2トランジスタ型の半導体記憶集積回路をその記憶密
度を損なうことなく実現することは困難であり、しかも
メモリセルを微細化して列方向に延びる各ビット線対の
ピッチが縮小化されることに対応してビット線からの情
報信号を検出する小ピッチのセンス回路を構成すること
が困難であった。
【0006】そこで、本発明の目的は、高密度にメモリ
セル及びセンス回路が集積され、しかも低電圧化且つ高
速化が進んでも安定な動作が可能な半導体記憶集積回路
を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶集積
回路は、一対のアクセストランジスタと、当該一対のア
クセストランジスタ間で各アクセストランジスタのソー
ス/ドレインの一方と接続されてなるメモリキャパシタ
とを有してメモリセルが構成され、前記各メモリセルが
行列状に配されてなる半導体記憶集積回路であって、所
定のメモリセル行において、当該メモリセル行の一対の
ワード線の各々のワード線に前記各メモリセルのゲート
が交互に接続されるとともに、所定のメモリセル列にお
いて、当該メモリセル列の一対のビット線の各々のビッ
ト線は、前記メモリセル列に隣接するメモリセル列と共
通とされ、前記各アクセストランジスタのソース/ドレ
インの他方と接続されており、隣接するメモリセル列に
共通となるように配され、各メモリセル列の前記一対の
ビット線の情報信号を前記一対のワード線の各ワード線
による異なるタイミングに応じて導通させるセンス回路
を備えている。
【0008】本発明の半導体記憶集積回路の一態様例に
おいては、前記センス回路は、nチャネル型トランジス
タによるゲート動作型の第1のフリップフロップ回路
と、pチャネル型トランジスタによるゲート動作型の第
2のフリップフロップ回路とを有して構成されている。
【0009】本発明の半導体記憶集積回路の一態様例に
おいては、前記第1のフリップフロップ回路は、センス
動作時に前記第2のフリップフロップ回路と異なるタイ
ミングで活性化される。
【0010】本発明の半導体記憶集積回路の一態様例に
おいては、前記第1のフリップフロップ回路は、センス
動作時に前記第2のフリップフロップ回路に先行して活
性化される。
【0011】本発明の半導体記憶集積回路の一態様例に
おいては、前記第1のフリップフロップ回路の前記nチ
ャネル型トランジスタのゲート長は、前記第2のフリッ
プフロップ回路の前記pチャネル型トランジスタのゲー
ト長と略等しい。
【0012】本発明の半導体記憶集積回路の一態様例
は、前記第1のフリップフロップ回路の相補的入力ノー
ドは所定のメモリセル列の前記一対のビット線との間に
第1のタイミングで制御される一対の第1の伝達トラン
ジスタを備えるとともに、前記第2のフリップフロップ
回路の相補的入力ノードは所定のメモリセル列の前記一
対のビット線との間に前記第1のタイミングより遅れる
第2のタイミングで制御される一対の第2の伝達トラン
ジスタを備えている。
【0013】
【作用】本発明の半導体記憶集積回路においては、その
構成が各メモリセルが2個のアクセストランジスタと1
個のメモリキャパシタとを有してなる2トランジスタ型
の集積回路とされている。そしてそれに加え、行列配置
された各メモリセルの隣接するメモリセル列のビット線
が共通とされており、しかも隣接するメモリセル列のセ
ンス回路が共通とされているため、低電圧で高速動作時
にも安定な記憶動作を得ることができるとともに、ビッ
ト線のピッチの縮小化やセンス回路の適宜な配置を極め
て容易に実現することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体記憶集
積回路をDRAMに適用した具体的な実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図1及び図2
は、それぞれ本実施形態のDRAMの主構成を示す概略
回路図及びその動作時の信号波形を示す特性図である。
【0015】本実施形態のDRAMにおいては、各メモ
リセルが、一対のアクセストランジスタであるMOSト
ランジスタQn(s),Qn(s+1)、例えばQn
1,Qn2の各々のソース/ドレインの一方を1個のメ
モリキャパシタC(t)、例えばC1(s,tはそれぞ
れ1以上の自然数)に接続した2トランジスタ型とされ
ており、各メモリセルを行列状に、具体的には各メモリ
セルをメモリセル行〔2i−1〕,〔2i〕,〔2i+
1〕,〔2(i+1)〕及びメモリセル列〔2j−
1〕,〔2j〕,〔2j+1〕,〔2(j+1)〕
(i,jはそれぞれ1以上の自然数)に配置してメモリ
セルアレイが構成されている。
【0016】行方向に延びる偶数行目〔2i〕のワード
線WL(2n)には、同一行の偶数列目〔2j〕,〔2
(j+1)〕のメモリセルの対をなすMOSトランジス
タQn1及びQn2とQn3及びQn4のゲートが接続
される。偶数列〔2j〕への一対のビット線BL(2
j),BL(2j+1)には各メモリセルの一対のMO
Sトランジスタのソース/ドレインの他方がそれぞれ接
続される。同様に、行方向に延びる奇数行目〔2i+
1〕のワード線WL(2n+1)には、同一行の奇数列
目〔2j−1〕,〔2j+1〕のメモリセルの対をなす
MOSトランジスタのゲートが接続される。奇数列〔2
j+1〕への一対のビット線BL(2j+1),BL
(2(j+1))にはこの列に配置され且つ奇数行目の
ワード線で駆動される各メモリセルの一対のMOSトラ
ンジスタのソース/ドレインの他方がそれぞれ接続され
る。
【0017】このようにして、本実施形態によるDRA
Mのメモリセルアレイにおいては、隣接するメモリセル
列〔2j−1〕と〔2j〕及び〔2j〕と〔2j+1〕
が各々ビット線BL(2j)とBL(2j+1)を共通
に情報信号線として共用する。各列のビット線対BL
(2j−1)とBL(2j)及びBL(2j)とBL
(2j+1)は、一端で各々対をなす伝達用nチャネル
MOSトランジスタN1,N2及びN3,N4を通じて
一対の駆動用nチャネルMOSトランジスタNF1,N
F2が互いに他のドレインにゲートが接続されて構成さ
れる第1のフリップフロップ回路の相補的入出力接点
(センスノード)a,bに接続される。一方の対の伝達
用nチャネルMOSトランジスタN1,N2のゲートは
奇数行のワード線が駆動された時に同期して駆動される
クロック信号φ(2w+1)で駆動され、奇数列のビッ
ト線対BL(2j−1),BL(2j)の情報信号が第
1のフリップフロップ回路のセンスノードa,bに伝達
される。他方の対の伝達用nチャネルMOSトランジス
タN3,N4のゲートは偶数行のワード線が駆動された
時に同期して駆動されるクロック信号φ(2w)で駆動
され、偶数列のビット線対BL(2j),BL(2j+
1)の情報信号が第1のフリップフロップ回路のセンス
ノードa,bに伝達される。
【0018】センスノードa,bは、Yデコーダで駆動
される伝達用nチャネルMOSトランジスタNT1,N
T2を通じて相補的な信号バスI/O,I/O’と情報
信号の送受を実行する。フリップフロップ回路の共通の
ソースは、他の列のnチャネルMOSトランジスタのフ
リップフロップ回路と共通のソースラインSNを通じ
て、2種のセンス信号φs1,φs2でゲートが駆動さ
れるnチャネルMOSトランジスタNS1,NS2の共
通のドレインに接続される。これらMOSトランジスタ
NS1,NS2のソースは基準電位GNDに接続され
る。ソースラインSNは、プリチャージパルスφpでゲ
ートが駆動されるプリチャージ用MOSトランジスタN
P1のソースに接続され、プリチャージ時にこのMOS
トランジスタNP1のドレインに接続される電源ライン
Vicc に充電される。
【0019】同様に、各列のビット線対BL(2j−
1)とBL(2j)及びBL(2j)とBL(2j+
1)は、他端で各々対をなす伝達用pチャネルMOSト
ランジスタP1,P2及びP3,P4を通じて一対の駆
動用pチャネルMOSトランジスタPF1,PF2が互
いに他のドレインにゲートが接続されて構成される第2
のフリップフロップ回路の相補的入出力接点(センスノ
ード)c,dに接続される。フリップフロップ回路の共
通のソースは、他の列のpチャネルMOSトランジスタ
のフリップフロップ回路と共通のソースラインSPを通
じて、唯一のセンス信号φ’s2でゲートが駆動される
pチャネルMOSトランジスタPS1のドレインに接続
される。このMOSトランジスタPS1のソースは電源
ラインViccに接続される。ソースラインSPは、プリ
チャージパルスφpでゲートが駆動されるプリチャージ
用nチャネルMOSトランジスタNP2のドレインに接
続され、その電位がプリチャージ時にこのMOSトラン
ジスタNP2のソースに接続される基準電位GNDに下
降する。
【0020】第1のフリップフロップ回路への信号伝達
と同様に、pチャネルMOSトランジスタを用いる第2
のフリップフロップ回路に対しても、一方の対の伝達用
pチャネルMOSトランジスタP1,P2のゲートは奇
数行のワード線が駆動したときに同期して駆動されるク
ロック信号φ’(2w+1)で駆動され、奇数列のビッ
ト線対BL(2j−1),BL(2j)の情報信号が第
1のフリップフロップ回路のセンスノードc,dに伝達
される。他方の対の伝達用pチャネルMOSトランジス
タP3,P4のゲートは偶数行のワード線が駆動された
時に同期して駆動されるクロック信号φ’(2w)で駆
動され、偶数列のビット線対BL(2j),BL(2j
+1)の情報信号が第2のフリップフロップ回路のセン
スノードc,dに伝達される。各列のビット線対は一部
でプリチャージパルスでゲートが駆動され、ソース/ド
レインが各々隣接するビット線に接続される平衡用nチ
ャネルMOSトランジスタNE1,NE2,NE3・・
・でプリチャージ時に同一電位に保たれる。
【0021】図2に示すように、時刻t1以前にプリチ
ャージパルスφpが正の高電位(+1.2V)であるた
め、このパルスで駆動されるnチャネルMOSトランジ
スタNE1,NE2,NE3・・・が各ビット線対を導
通させてビット線電位VBLが+0.6Vの同電位とな
る。全ビット線は、伝達用MOSトランジスタN1,N
2,N3,N4,P1,P2,P3,P4が各々の駆動
パルスで遮断状態にあるために第1,第2のフリップフ
ロップ回路のセンス回路から切り離されている。
【0022】プリチャージパルスφpによりnチャネル
MOSトランジスタNP1がオンとなると第1のセンス
回路の共通ソースラインSNが+1.2Vの電源電位
(Vicc )となり、nチャネルMOSトランジスタNP
2がオンとなると第2のセンス回路の共通ソースライン
SPが0Vの基準電位となる。時刻t1でプリチャージ
パルスφpの電位が0Vに下降し、このパルスで駆動さ
れているnチャネルMOSトランジスタが遮断状態(オ
フ)となり、その後、時刻t2でワード線駆動パルスφ
wが駆動され、電位が+1.6Vまで上昇する。ワード
線駆動パルスφwの駆動でメモリセルのnチャネルMO
SトランジスタQn1,Qn2,Qn3,Qn4がオン
となり、メモリキャパシタC1,C2の情報がビット線
対BL(2j)とBL(2j+1)及びBL(2(j+
1))とBL((2j+1)+1)に生じ、ビット線対
の電位VBLは一方が”h”で他方が”l”の約0.2
Vの微小電位差を生じる。時刻t2と同時もしくは若干
遅れた時刻t3で第1のセンス回路への伝達用nチャネ
ルMOSトランジスタN3,N4の駆動パルスφ2wが
上昇し、これらのトランジスタをオンにして、微小電位
差が第1のセンス回路のセンスノードa,bに供給され
る。この場合、時刻t3より若干遅れた時刻t4に第1
のセンスパルスφs1が立ち上がり、電流能力の小さい
nチャネルMOSトランジスタNS1がオンとなる。
【0023】このnチャネルMOSトランジスタNS1
の導通状態への移行でビット線対の電位差が拡大し、そ
の後時刻t5で駆動パルスφ’2wの電位が下降して、
第2のセンス回路への伝達用pチャネルMOSトランジ
スタP3,P4が駆動されてオンとなり、拡大している
ビット線の電位差が第2のセンス回路のセンスノード
c,dに伝達される。時刻t5と同時もしくは若干遅れ
の時刻t6に第1及び第2のセンス回路のソースライン
の電位差が急速に拡大するため、第2のセンスパルスφ
s2の電位が上昇して電流能力の大きいnチャネルMO
SトランジスタNS2がオンとなってソースラインSN
が0Vの基準電位に下降する。それと同時に、第2のセ
ンスパルスφs2と相補的な位相関係にある第3のセン
スパルスφ’s2が下降して電流能力の大きいpチャネ
ルMOSトランジスタPS1がオンとなって第2のセン
ス回路のソースラインの電位が1.2Vの電源電位に上
昇する。
【0024】これらのセンス回路の動作により、それぞ
れのセンス回路のセンスノードの電位差が、ビット線対
の電位VBLの1.2Vのハイレベルと0Vのロウレベ
ルに拡大する。この電位差は、ワード線駆動パルスφw
が高電位に駆動されているためにメモリセルのメモリキ
ャパシタC1,C2・・・を各センス回路からリフレッ
シュして読み出し前の情報が再生される。メモリセルの
情報は、第1のセンス回路のセンスノードa,bと相補
的入出力線I/O,I/O’を連絡する伝達用nチャネ
ルMOSトランジスタNT1,NT2のゲートをデコー
ダY−DECからの信号で選択的に駆動することにより
外部と出入りする。
【0025】その後、時刻t7でワード線駆動パルスφ
wが下降することによりメモリセルがビット線から遮断
され、続いて時刻t8でパルスφ2w,φ’2wが切り
替わり、ビット線とセンス回路とを導通していた伝達用
nチャネルMOSトランジスタN3,N4及びpチャネ
ルMOSトランジスタP3,P4が遮断状態となり、時
刻t9でセンスパルスφs1,φs2,φ’s2が反転
してMOSトランジスタNS1,NS2,PS1が遮断
状態となり、時刻t10でプリチャージパルスφpが高
電位に復帰して各ノードが初期状態となる。即ち、ビッ
ト線の電位VBLは、ビット線対の電位差が平衡用nチ
ャネルMOSトランジスタNE1,NE2・・・が駆動
されて導通状態となることにより、ハイレベル・ロウレ
ベルが急速に平均化されて+0.6Vの中間電位で平衡
する。
【0026】以上説明したように、上述の構成及び機能
を備えた本実施形態のDRAMによれば、2トランジス
タ型のメモリセルを用いるため、メモリキャパシタに保
持された情報信号をビット線対に導出でき、低電圧で安
定な動作を行うことが可能であり、高速化もできる。ビ
ット線は隣接列で共用され、且つセンス回路が隣接列で
共通化されるため、高密度のDRAMが実現される。
【0027】更に、このDRAMによれば、第1及び第
2のセンス回路が各々個別に動作し、感度の高いnチャ
ネルMOSトランジスタを用いた第1のセンス回路をセ
ンス初期に動作させてビット線対の電位差を増幅させた
後、pチャネルMOSトランジスタを用いた第2のセン
ス回路を動作させて電源電圧レベルまでの増幅を加速す
る。通常、CMOSセンスアンプでは、nチャネルMO
Sトランジスタに比してpチャネルMOSトランジスタ
の方が製造時における電気特性のバラツキが大きいた
め、ゲーテッド・フリップフロップ回路を構成するpチ
ャネルMOSトランジスタのゲート長をnチャネルMO
Sトランジスタのそれより長く設計する。この方法で
は、設計上困難となるのみならず、pチャネルMOSト
ランジスタのセンス回路の増幅利得が引き下がることに
なる。それに対して、本実施形態のDRAMによれば、
pチャネルMOSトランジスタを用いる第2のセンス回
路が第1のセンス回路で信号電位差をある程度増幅させ
た後に活性化するため、同一ゲート長の設計で確実なセ
ンス動作と電源電圧までの信号増幅を短時間で実現でき
る。
【0028】
【発明の効果】本発明の半導体記憶集積回路によれば、
高密度にメモリセル及びセンス回路が集積され、しかも
低電圧化且つ高速化が進んでも安定な動作が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態におけるDRAMの主構成を
示す概略回路図である。
【図2】本発明の実施形態におけるDRAMの動作時に
おける信号波形を示す特性図である。
【符号の説明】
Qn1〜Qn8,NS1,NS2,NT1,NT2 n
チャネルMOSトランジスタ C1〜C4 メモリキャパシタ BL(2j−1)〜BL(2(j+1)+1) ビット
線 WL(2n−3)〜WL(2(n+1)) ワード線 N1〜N4,NT1,NT2 伝達用nチャネルMOS
トランジスタ NF1〜NF4 駆動用nチャネルMOSトランジスタ NP1,NP2 プリチャージ用MOSトランジスタ P1〜P4 伝達用pチャネルMOSトランジスタ PS1 pチャネルMOSトランジスタ PF1,PF2 駆動用pチャネルMOSトランジスタ NE1〜NE4 平衡用nチャネルMOSトランジスタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対のアクセストランジスタと、当該一
    対のアクセストランジスタ間で各アクセストランジスタ
    のソース/ドレインの一方と接続されてなるメモリキャ
    パシタとを有してメモリセルが構成され、前記各メモリ
    セルが行列状に配されてなる半導体記憶集積回路であっ
    て、 所定のメモリセル行において、当該メモリセル行への一
    対のワード線の各々のワード線に前記各メモリセルのゲ
    ートが交互に接続されるとともに、 所定のメモリセル列において、当該メモリセル列の一対
    のビット線の各々のビット線は、前記メモリセル列に隣
    接するメモリセル列と共通とされ、前記各アクセストラ
    ンジスタのソース/ドレインの他方と接続されており、 隣接するメモリセル列に共通となるように配され、各メ
    モリセル列の前記一対のビット線の情報信号を前記一対
    のワード線の各ワード線による異なるタイミングに応じ
    て導通させるセンス回路を備えたことを特徴とする半導
    体記憶集積回路。
  2. 【請求項2】 前記センス回路は、nチャネル型トラン
    ジスタによるゲート動作型の第1のフリップフロップ回
    路と、pチャネル型トランジスタによるゲート動作型の
    第2のフリップフロップ回路とを有して構成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶集積回
    路。
  3. 【請求項3】 前記第1のフリップフロップ回路は、セ
    ンス動作時に前記第2のフリップフロップ回路と異なる
    タイミングで活性化されることを特徴とする請求項2に
    記載の半導体記憶集積回路。
  4. 【請求項4】 前記第1のフリップフロップ回路は、セ
    ンス動作時に前記第2のフリップフロップ回路に先行し
    て活性化されることを特徴とする請求項2に記載の半導
    体記憶集積回路。
  5. 【請求項5】 前記第1のフリップフロップ回路の前記
    nチャネル型トランジスタのゲート長は、前記第2のフ
    リップフロップ回路の前記pチャネル型トランジスタの
    ゲート長と略等しいことを特徴とする請求項2〜4のい
    ずれか1項に記載の半導体記憶集積回路。
  6. 【請求項6】 前記第1のフリップフロップ回路の相補
    的入力ノードは所定のメモリセル列の前記一対のビット
    線との間に第1のタイミングで制御される一対の第1の
    伝達トランジスタを備えるとともに、 前記第2のフリップフロップ回路の相補的入力ノードは
    所定のメモリセル列の前記一対のビット線との間に前記
    第1のタイミングより遅れる第2のタイミングで制御さ
    れる一対の第2の伝達トランジスタを備えたことを特徴
    とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の半導体記憶
    集積回路。
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