JPS601711B2 - semiconductor memory - Google Patents

semiconductor memory

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JPS601711B2
JPS601711B2 JP54111767A JP11176779A JPS601711B2 JP S601711 B2 JPS601711 B2 JP S601711B2 JP 54111767 A JP54111767 A JP 54111767A JP 11176779 A JP11176779 A JP 11176779A JP S601711 B2 JPS601711 B2 JP S601711B2
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JP
Japan
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data line
memory
data
transistor
preamplifier
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JP54111767A
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JPS5534396A (en
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清男 伊藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C5/00Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/02Disposition of storage elements, e.g. in the form of a matrix array
    • G11C5/025Geometric lay-out considerations of storage- and peripheral-blocks in a semiconductor storage device

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体メモリにおけるメモリアレーの構成に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a structure of a memory array in a semiconductor memory.

従来1ケのトランジスタで1ビットを構成するメモリ、
たとえばMOS(Meね1一〇幻de−Semicon
d肌tor)メモリでは第1図、第2図のような回路が
採用されていた。
Conventional memory consists of one bit with one transistor,
For example, MOS (Mene110 phantom de-Semicon
The circuits shown in Figures 1 and 2 were used in memory.

すなわち第1図において、たとえばメモリセルMCoを
読み出す場合には、ワード線Woと、他のデータ線Do
に属するダミーワード線DW,に同時にパルスを印加し
、メモリセルMCoとDM,からの読み出し信号として
、2本のデータ線Do,Do に現われる微少な差動信
号出力を、プリァンプPへのセット信号Setをオンに
することによってプリアンプPんを動作させて増幅し、
Doつ Do のいずれか一方のデータ線に現われた電
圧を検出して情報“1”,“0”を弁別していた。ここ
で差敷信号出力が発生する理由は以下の通りである。ダ
ミールDM,の容量Coに記憶されている亀圧は、メモ
リセルCoに記憶されている情報“1”,“0”に対応
した電圧のほぼ中間に設定されるから、ダミーセルの読
み出しによりデータ線に現われる電圧はメモリセルの“
1”,“0”読み出・しによるデータ線電圧のほぼ中間
となる。従って、この中間値と“1”,“0”出力との
差が極性の異なる差動信号出力となる。
That is, in FIG. 1, when reading out a memory cell MCo, for example, a word line Wo and another data line Do are connected.
A pulse is simultaneously applied to the dummy word line DW, which belongs to the memory cells MCo and DM, and the minute differential signal output appearing on the two data lines Do, Do is sent as a read signal from the memory cells MCo and DM, to a set signal to the preamplifier P. By turning on Set, the preamplifier P is activated and amplified.
Information "1" and "0" were discriminated by detecting the voltage appearing on one of the data lines. The reason why the differential signal output occurs here is as follows. Since the voltage stored in the capacitor Co of the dummy cell DM is set to approximately the middle of the voltage corresponding to the information "1" and "0" stored in the memory cell Co, the data line is The voltage appearing on the memory cell “
The data line voltage is approximately halfway between the data line voltages when reading 1 and 0. Therefore, the difference between this intermediate value and the 1 and 0 outputs becomes a differential signal output with different polarity.

第2図は第1図に示す回路を複数個(例えばここでは6
4ケ)は1チップ内に実装してBIメモリを構成した場
合の幾何学的配置を考慮した回路を示す図である。
Figure 2 shows a plurality of circuits shown in Figure 1 (for example, 6 here).
4) is a diagram showing a circuit that takes into consideration the geometrical arrangement when a BI memory is configured in one chip.

図中白丸印がメモリセル、黒丸印がダミーセルである。
たとえば、前記のようにしてデータ線Doに現われた信
号を外部に取り出すには、アドレス信号へによってトラ
ンジスタQoをオンにして、データDo の信号をメイ
ンアンプMAに入力して増幅し、データ出力Doutと
して、チップ外にとり出す。さてこのような構成での欠
点は次の点に要約される。すなわち■データ線Do,D
oに現われた差動の信号の片方のみをメインアンプMA
で増幅することになるので高速性の点で劣る。■片方の
信号をとり出すためにDo,Doの電気的不平衡が生じ
やすく誤動作の原因となる。■電気的特性を平衡させる
べきデータ線Do,Do が、チップ内で幾何学的に近
接してないために、Do,Do に不平衡雑音が結合し
やすく、プリアンプをオンにした場合に誤動作の原因と
なる。これらの欠点により、高速にして、高安定なLS
Iメモリの設計には従来限界があった。本発明の一つの
目的は、プリアンプとメインアンプ間で、コモンデータ
線にはいる同相ノイズを除去できる増幅回路を提供する
ことにある。本発明の一つの目的は、プリアンプの単一
出力を入力とする差動〆ィンアンプを用いる場合のよう
に、基準電圧を必要としない読出し回路を提供すること
にある。本発明の一つの目的は、簡単な回路で高速動作
が可能なメモリの読出回路を提供することにある。
In the figure, the white circles are memory cells, and the black circles are dummy cells.
For example, in order to take out the signal appearing on the data line Do as described above, turn on the transistor Qo according to the address signal, input the data Do signal to the main amplifier MA and amplify it, and output the data output Dout. and take it out of the chip. Now, the drawbacks of such a configuration can be summarized as follows. In other words, ■Data lines Do, D
Main amplifier MA outputs only one side of the differential signal appearing at
Since it is amplified by , it is inferior in terms of high speed. (2) Since one signal is taken out, electrical imbalance between Do and Do tends to occur, causing malfunction. ■Because the data lines Do and Do, whose electrical characteristics should be balanced, are not geometrically close to each other within the chip, unbalanced noise easily couples to Do and Do, which can cause malfunctions when the preamplifier is turned on. Cause. Due to these drawbacks, high speed and highly stable LS
I-memory designs have traditionally had limitations. One object of the present invention is to provide an amplifier circuit that can remove common mode noise that enters a common data line between a preamplifier and a main amplifier. One object of the present invention is to provide a readout circuit that does not require a reference voltage, as is the case when using a differential amplifier that uses a single output of a preamplifier as an input. One object of the present invention is to provide a memory read circuit that is simple and capable of high-speed operation.

このために、本発明の−実施例は、ダイナミック・ラン
ダム・アクセス・メモリの謙出し回路において、プリセ
ンス・アンプの相補出力をカラム・スイッチを介して、
差敷のメインアンプに供給することにより、高速かつ低
雑音の動作を可能としたものである。
To this end, an embodiment of the present invention connects the complementary outputs of the pre-sense amplifiers through column switches in the dynamic random access memory output circuit.
By supplying it to the main amplifier, high-speed and low-noise operation is possible.

以下実施例で詳細に説明する。This will be explained in detail in Examples below.

第3図は、その回路例を示すものである。FIG. 3 shows an example of the circuit.

すなわち差動読み出し信号が現われるデータ線Do,D
oを図中のように近接して平行に配置し、かつワード線
(Wo〜W63,DWo,DW.)の各々1本とDo,
Do の交点の中で,一方の交点のみにメモリセルを接
続する。あるメモリセル(たとえばMC63)読み出す
場合には「 そのセルが接続されていないデータ線(D
o)に接続されているダミーセル(DMo)を同時に読
み出して「データ線Do,0oに現われた差動電圧をプ
リアンプPAoで有効に利用する。またプリアンプPA
oで増幅された差動信号は、デコーダの出力であるアド
レス信号Aoの印加によってトランジスタQoQo ,
を通り差敷のアンプMAに入力し〜再び髪動で増幅され
る。このように本発明では、第2図の場合とはまったく
Do,Do の電気的平衡度は何ら阻害されることはな
い。第4図は、Do,Do の電気的平衡度を保つたま
までのメモリセル(8ビット)の接続法の概略図である
。図中a,b,cはDo,Doにそれぞれ1ケおき、2
ケおき、4ケおきにメモリセルを接続する方法である。
第5図a、第6図はシリコンゲートプロセスを用いて第
4図b,cを実現するレイアウト例である。第5図bは
第5図aのAA′部の断面図である。図中、ポリシリコ
ンで形成された記憶容量形成電極cpは、第1図のよう
な、メモリセル内の記憶量Coを形成するためのもので
ある。400,410はシリコン基板600内に形成さ
れ、トランジスタQを形成するためのドレィンとソース
(又はソースとドレイン)であり420は410‘こ対
して、Coを形成するためのドレイン(又はソース)で
ある。
In other words, the data lines Do, D on which differential read signals appear
o are arranged close to each other in parallel as shown in the figure, and one each of the word lines (Wo to W63, DWo, DW.) and Do,
A memory cell is connected to only one of the intersections of Do. When reading a certain memory cell (for example, MC63), the data line (D
The dummy cells (DMo) connected to the data lines Do and 0o are simultaneously read out and the differential voltage appearing on the data lines Do and 0o is effectively used in the preamplifier PAo.
The differential signal amplified by the transistors Qo and Qo is applied to the address signal Ao which is the output of the decoder.
The signal is passed through and input to the amplifier MA in between, where it is amplified again by the hair movement. As described above, in the present invention, the electrical balance between Do and Do is not disturbed in any way as compared to the case of FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of a method of connecting memory cells (8 bits) while maintaining electrical balance between Do and Do. In the figure, a, b, and c are placed every other Do and Do, respectively, and 2
In this method, memory cells are connected every four cells.
5A and 6 are layout examples for realizing FIGS. 4B and 4C using a silicon gate process. FIG. 5b is a cross-sectional view of section AA' in FIG. 5a. In the figure, a storage capacitor forming electrode CP made of polysilicon is used to form a storage capacity Co in a memory cell as shown in FIG. 400 and 410 are drains and sources (or sources and drains) formed in the silicon substrate 600 to form the transistor Q, and 420 is a drain (or source) to form Co in contrast to 410'. be.

記憶容量形成電極Cpおよびワード線W斑, W59等
はポリシリコンで形成され、データ線D,等はアルミニ
ウムで形成されている。データ線D,等とワード線W5
9等は絶縁膜200により分離されている。1 00は
データ線Do,Do 等と拡散膜400とのコンタクト
部である。
The storage capacitor forming electrode Cp and the word lines W59, etc. are formed of polysilicon, and the data lines D, etc. are formed of aluminum. Data line D, etc. and word line W5
9 etc. are separated by an insulating film 200. Reference numeral 100 indicates a contact portion between the data lines Do, Do, etc. and the diffusion film 400.

記憶容量Coの形成は、N−チャネルMOSでは、cp
に高電圧を加えると、その直下に形成されるチャネルと
cp間の容量がCoとなる。
In N-channel MOS, the storage capacity Co is formed by cp
When a high voltage is applied to , the capacitance between the channel formed directly below and CP becomes Co.

第5図を用いて動作を簡単に説明すると、ワード線たと
えばW6oにパルス電圧を印加するとトランジスタQ(
第1図MCo内のQに相当)はオンとなり、Coの記憶
電圧はデータ線Doの容量とCoで分圧された形でDo
に電圧が現われることになる。一方、これと対になるデ
ータ線Doには、トランジスタQが存在しないから、出
力は現われない。Doに現われる出力は、前述したよう
にダミーセル(図中省略)からの出力だけとなる。なお
第5図から明らかなようにDoとD,におけるコンタク
ト部の拡散層間の距離を中間にAI配線が存在するため
に「大にできる。そのためDo,D,間のパンチスルー
が避けられる利点もある。さらに第3図の他の利点はプ
リアンプPAoのレイアウトが従来に比べ容易となるこ
とである。すなわち従来の第貴図、第2図では、互いに
一直線上にレイアウトされているDo,町o の中間に
、メモリセルよりもはるかに占有面積大でしかも回路構
成の複雑なPへをレイアウトしなければならず、データ
線のピッチを考えるとこれはきわめて困難であった。し
かし第3図では、データ線のピッチ方向に対して、従釆
のほぼ2倍のレイアウト上の面積的余裕がでてくるので
、レイアウトがきわめて容易となる。またプリアンプP
Aoの配置は第3図のようにMA側でもよいし、あるい
はDo,Do 上の他機(W63側)でもよい。
To briefly explain the operation using FIG. 5, when a pulse voltage is applied to the word line, for example, W6o, the transistor Q (
(corresponding to Q in MCo in Figure 1) is turned on, and the memory voltage of Co is divided by the capacitance of data line Do and Co.
A voltage will appear. On the other hand, since the transistor Q does not exist on the data line Do paired with this, no output appears. The output appearing at Do is only the output from the dummy cell (not shown), as described above. As is clear from Fig. 5, the distance between the diffusion layers of the contact portions at Do and D can be increased due to the presence of the AI wiring in the middle.Therefore, there is also the advantage that punch-through between Do and D can be avoided. Furthermore, another advantage of Fig. 3 is that the layout of the preamplifier PAo is easier than in the past.In other words, in the conventional Figs. In the middle of the memory cell, it was necessary to lay out a P cell that occupied a much larger area than the memory cell and had a more complex circuit configuration, which was extremely difficult considering the pitch of the data lines.However, in Figure 3, , in the data line pitch direction, there is a layout area that is approximately twice as large as that of the slave, making the layout extremely easy.Also, the preamplifier P
Ao may be placed on the MA side as shown in FIG. 3, or on Do, another machine on Do (W63 side).

W63側にPへを配置すると第3図のごとき、片端にの
みレイアウトの比較的困難な制御回路(Pへ,Qoなど
)が集中することはなくなる。場合によってはプリアン
プをデータ線上のMA側とW63側とで交互に配贋する
こともできる。このように本発明によればレイアウトの
自由度を大幅に増すことができる。また第5図、第6図
では、ワード線がポリSiの例であるが、ワード線がA
Iの場合にも同様にレイアウト可能で、またAIゲート
の場合にも同機である。
By arranging P on the W63 side, control circuits that are relatively difficult to layout (P, Qo, etc.) will not be concentrated at one end, as shown in FIG. In some cases, preamplifiers can be alternately placed on the MA side and the W63 side on the data line. As described above, according to the present invention, the degree of freedom in layout can be greatly increased. In addition, in FIGS. 5 and 6, the word line is made of poly-Si, but the word line is made of A
The same layout is possible in the case of I, and the same machine can be used in the case of AI gate.

また本例では1ケのトランジスタで1ビットを構成する
例であったが、データ対線から葦動に信号を取り出すた
めに、ワード線との2多う点の一方にのみメモリセルを
接続し、かつダミーセルを利用した第3図、第4図の考
え方を応用すれば、すべてのメモリBIに適用できるこ
とは明らかである。
Also, in this example, one bit is configured with one transistor, but in order to extract the signal from the data pair line to the reed, the memory cell is connected only to one of the two points with the word line. It is clear that if the concept of FIGS. 3 and 4 using dummy cells is applied, it can be applied to all memory BIs.

第8図において、CD、ADはデータの書込み、議出し
のための共通のデータ線である。以上から高速、高安定
動作のメモリは1が実現できることになる。
In FIG. 8, CD and AD are common data lines for writing and outputting data. From the above, a memory with high speed and highly stable operation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図は1ケのトランジスタで1ビットを構成
する従来のメモリ構成、第3図はデータ対線の片側から
だけ読み出し信号が出力する本発明の実施例、第4図は
メモリセルの結線法、第5図、第6図はSiゲートを例
にしたレイアウトの実施例である。 Do,Do ,D,…データ線、Wo・”W63・”ワ
ード線、DWo,DW.・・・ダミーセ′レのワード線
、MC。 ,MC.・・・メモリセル、DMo,DM.・・・ダミ
ーセル、Co・・・記憶容量、Qメモリセル内トランジ
スタ、WD…ワードドライバ、Q〇,Q。〜Q3…デー
タ線選択用トランジスタ、へ〜A63・・・アドレス信
号、PAo〜PA63・・・プリアンプ、MA・・・メ
インアンプ、Set・・・セット信号、CP・・・Co
形成用電極。第1図第2図 第3図 第4図 第6図 第5図
Figures 1 and 2 show a conventional memory configuration in which one bit is configured with one transistor, Figure 3 shows an embodiment of the present invention in which a read signal is output from only one side of a pair of data lines, and Figure 4 shows a memory configuration. 5 and 6 show an example of a layout using a Si gate as an example. Do, Do, D,...data line, Wo/"W63/" word line, DWo, DW. ...Dummy cell word line, MC. , M.C. ...Memory cell, DMo, DM. ...Dummy cell, Co...Storage capacity, Q transistor in memory cell, WD...Word driver, Q〇,Q. ~Q3...Data line selection transistor, to ~A63...address signal, PAo~PA63...preamplifier, MA...main amplifier, Set...set signal, CP...Co
Electrode for formation. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 6 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数のメモリセルが結合された第1データ線と、複
数のメモリセルが結合されかつ上記第1データ線と対に
された第2データ線と、上記第1データ線に基準電位を
与える手段と、上記第2データ線に結合されメモリセル
から与えられた電位と上記基準電位との比較に応じて一
対の相補出力を形成するプリアンプと、上記プリアンプ
の出力が供給されるメインアンプとを備えてなるコンデ
ンサと1つのトランジスタからなる半導体メモリであっ
て、上記メインアンプは上記相補出力を受ける一対の入
力を持つ差動型アンプから構成されてなることを特徴と
する半導体メモリ。 2 上記第1及び第2のデータ線は、隣り合う列に平行
して配置されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の半導体メモリ。
[Claims] 1. A first data line to which a plurality of memory cells are coupled, a second data line to which a plurality of memory cells are coupled and paired with the first data line, and the first data line. means for applying a reference potential to the second data line, a preamplifier coupled to the second data line and forming a pair of complementary outputs in response to a comparison between the potential applied from the memory cell and the reference potential; A semiconductor memory comprising a capacitor and one transistor, the main amplifier comprising a differential amplifier having a pair of inputs receiving the complementary outputs. memory. 2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the first and second data lines are arranged in parallel in adjacent columns.
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