JPS6137705B2 - - Google Patents
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- JPS6137705B2 JPS6137705B2 JP55104874A JP10487480A JPS6137705B2 JP S6137705 B2 JPS6137705 B2 JP S6137705B2 JP 55104874 A JP55104874 A JP 55104874A JP 10487480 A JP10487480 A JP 10487480A JP S6137705 B2 JPS6137705 B2 JP S6137705B2
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- G11C11/407—Auxiliary circuits, e.g. for addressing, decoding, driving, writing, sensing or timing for memory cells of the field-effect type
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- Computer Hardware Design (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、いわゆる1トランジスタ型と称す
る、1ビツトが1トランジスタ1蓄積容量より成
るダイナミツク型ランダムアクセスメモリに関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a so-called one-transistor type dynamic random access memory in which one bit consists of one transistor and one storage capacity.
1トランジスタ型メモリは、MOS型を例にと
ると、MOSコンデンサに蓄積された電荷の有無
(厳密には大小)を2値情報の1.0に対応させて記
憶するものであり、このコンデンサを複数個マト
リクス状に並べ、同一ビツト線上に並ぶコンデン
サをスイツチング動作するMOSトランジスタを
介して共通に接続し、そして選択されたコンデン
サが放電又は充電してビツト線に与える電圧変化
を検出する。この電圧変化は集積ビツト数が多い
現実のメモリ素子では、主としてビツト線の持つ
寄生容量成分のために極めて微小な値となり、こ
れを効率良く増幅する目的でいわゆるセンスアン
プが用いられる。 Taking the MOS type as an example, a one-transistor type memory stores the presence or absence (strictly speaking, magnitude) of the charge accumulated in a MOS capacitor in correspondence with binary information 1.0. Capacitors arranged in a matrix and lined up on the same bit line are commonly connected via a switching MOS transistor, and the voltage change applied to the bit line as the selected capacitor discharges or charges is detected. In actual memory devices with a large number of integrated bits, this voltage change has an extremely small value mainly due to the parasitic capacitance component of the bit line, and a so-called sense amplifier is used to efficiently amplify this voltage change.
第1図は基本的なセンスアンプ回路とメモリセ
ル等を示したものである。Q1,Q2,Q5はセンス
アンプSAを構成するフリツプフロツプ用とプル
ダウン用トランジスタであり、またQ3,Q4はビ
ツト線BL,への予備充電(プリチヤージ)用
トランジスタである。CSはメモリセルMCのコ
ンデンサ、CdはダミーメモリセルDMCのコンデ
ンサで、通常CdはCSの2分の1に近い値に設計
する。 FIG. 1 shows a basic sense amplifier circuit, memory cells, etc. Q 1 , Q 2 , and Q 5 are flip-flop and pull-down transistors that constitute the sense amplifier SA, and Q 3 and Q 4 are transistors for precharging the bit line BL. C S is the capacitor of the memory cell MC, C d is the capacitor of the dummy memory cell DMC, and C d is usually designed to have a value close to half of C S .
この回路の読出し動作は次のようになる。まず
プリチヤージ信号φpによつてトランジスタQ3,
Q4がオンになるとビツト線BL,は電源電圧V
DDもしくはこれに近い高電位に充電される。同時
にトランジスタQ8もオンとなりダミーメモリセ
ルDMCが放電して、MOSコンデンサCdの半導体
表面を電子充満状態にする。プリチヤージを終了
してトランジスタQ3,Q4,Q8をオフとしたあ
と、ワード線WL,DWLの駆動信号φWによつて
転送トランジスタQ6,Q7をオンにし、ビツト線
BL,にプリチヤージされた電荷とメモリセル
MC,ダミーメモリセルDMCとの間で電荷の再分
配を生じさせる。例えばメモリセルMCのコンデ
ンサCSが電子充満状態であると、CSの電子はト
ランジスタQ6を通してビツト線BLへ流出し、そ
の電位をわずかに低下させる。一方、ダミーメモ
リセルDMCの方もコンデンサCdは電子をビツト
線へ放出するためビツト線電位はわずかに降
下するが、CdはCSの約2分の1の大きさのた
め、CS側の電位がより多く降下している。 The read operation of this circuit is as follows. First, by the precharge signal φ p , the transistor Q 3 ,
When Q4 is turned on, the bit line BL, is the power supply voltage V
Charged to DD or similar high potential. At the same time, transistor Q8 is also turned on, dummy memory cell DMC is discharged, and the semiconductor surface of MOS capacitor Cd is filled with electrons. After completing precharging and turning off transistors Q 3 , Q 4 , and Q 8 , transfer transistors Q 6 and Q 7 are turned on by drive signals φ W for word lines WL and DWL, and the bit lines are turned off.
BL, precharged charge and memory cell
Charge redistribution occurs between the MC and the dummy memory cell DMC. For example, when the capacitor C S of the memory cell MC is full of electrons, the electrons in the C S flow to the bit line BL through the transistor Q 6 and slightly lower its potential. On the other hand, in the dummy memory cell DMC, the capacitor Cd emits electrons to the bit line, so the bit line potential drops slightly, but since Cd is about half the size of Cs , Cs The potential on the side has dropped more.
次にクロツクφSによりセンス動作を行いトラ
ンジスタQ5を導通させるとトランジスタQ1は導
通が加速されそのドレイン電位は更に降下する。
一方トランジスタQ2はほとんど導通せず、その
ドレイン電位は高いままに保たれる。この結果ビ
ツト線BL,間の電位差は一方の降下によつて
増幅されたことになる。メモリセルMCの情報が
逆で、コンデンサCSが電子空乏状態の場合には
MOSコンデンサCSの半導体表面電位はプリチヤ
ージされたビツト線BLと同じためビツト線BLの
電位変化は生じない。一方ダミーメモリセル
DMC側はわずかな電位降下が生じるため、セン
ス動作によつてこの場合はトランジスタQ2側の
ビツト線電位が一方的に降下してセル情報を
増幅する。 Next, when a sensing operation is performed by the clock φ S to turn on the transistor Q5 , the conduction of the transistor Q1 is accelerated and its drain potential further drops.
On the other hand, transistor Q 2 is hardly conductive and its drain potential remains high. As a result, the potential difference between the bit lines BL and BL is amplified by the drop on one side. If the information in the memory cell MC is reversed and the capacitor C S is in an electron-depleted state, then
Since the semiconductor surface potential of the MOS capacitor C S is the same as that of the precharged bit line BL, no potential change occurs on the bit line BL. Meanwhile dummy memory cell
Since a slight potential drop occurs on the DMC side, the sense operation causes the bit line potential on the transistor Q2 side to unilaterally drop in this case, amplifying the cell information.
このようにダミーメモルセルDMCはメモリセ
ルMCの半分の蓄積容量のため、ビツト線に2
値情報0.1の中間の電位を与えることができる。
CdをCSの約1/2の容量に設計することのメリツ
トは、素子形成用能動領域の面積をメモリセルと
ダミーメモリセル間で変えるだけで相対的容量比
が精度良く確定できることで、こうすることによ
つて使用半導体基板の濃度又は蓄積部の誘電体膜
厚が変化しても容量比に変化が生じないこと、ま
た電源電圧が変化しても蓄積電荷比は変化せず、
あらゆる変化に対して蓄積情報が安定であり、ま
たビツト線をほぼ電源電圧まで高電位にプリチヤ
ージする場合はダミーメモリセルを0ボルト即ち
接地電位にプリチヤージすればよく、特別な電源
を要しない簡便さ、等の利点が導びき出される。
これに対し、ダミーメモリセルの蓄積容量部分に
接合容量を用いたり、メモリセル部とは違う誘電
体膜等を用いると、基板濃度、基板バイアス電圧
の変化等に敏感になり特別な補償回路がない限り
動作マージンが狭くなる。 In this way, the dummy memory cell DMC has half the storage capacity of the memory cell MC, so the bit line has two
It is possible to give an intermediate potential with value information of 0.1.
The advantage of designing C d to be approximately 1/2 the capacitance of C S is that the relative capacitance ratio can be determined with high accuracy simply by changing the area of the active region for element formation between the memory cell and the dummy memory cell. By doing this, the capacitance ratio does not change even if the concentration of the semiconductor substrate used or the dielectric film thickness of the storage part changes, and the storage charge ratio does not change even if the power supply voltage changes.
The stored information is stable against all changes, and when precharging the bit line to a high potential almost to the power supply voltage, it is sufficient to precharge the dummy memory cell to 0 volts, that is, the ground potential, making it simple and does not require a special power supply. , etc. are derived.
On the other hand, if a junction capacitor is used in the storage capacitance part of the dummy memory cell, or if a dielectric film different from that of the memory cell part is used, the dummy memory cell becomes sensitive to changes in substrate concentration, substrate bias voltage, etc., and a special compensation circuit is required. Otherwise, the operating margin will be narrow.
第2図はダミーメモリセルの具体的な回路例
で、蓄積容量部はゲートをVDD(電源電圧)に接
続したMIS FET Q10であり、そのソース(又は
ドレイン)電極をビツト線との結合用の転送
トランジスタQ9に接続し、他方の電極をプリチ
ヤージ用の制御トランジスタQ11に接続してい
る。このようにすることによつてトランジスタ
Q11を接続したことによるダミーメモリセルへの
悪影響、即ちメモリセル部分との電気的特性の相
違の生じる可能性が少くなる。第3図はその断面
構造例で、2層多結晶シリコン電極構造の場合を
示したものである。同図に示すように第1層目の
多結晶シリコン層1でトランジスタQ10のゲート
電極、即ち電荷蓄積部分Cdの一方の電極を形成
する。転送トランジスタQ9,書込制御トランジ
スタQ11のゲートは第2層目の多結晶シリコン層
2a,2bで作り、第1層目の多結晶シリコン層
1の酸化による絶縁膜3を介して一部をオーバー
ラツプさせる。このことで各トランジスタ間を結
ぶソース,ドレイン電極用のn+拡散層は不要と
なり、セルの寸法が小型化される。4はp型シリ
コン半導体基板、5は該基板を酸化したゲート酸
化膜(誘電体膜)である。 Figure 2 shows a specific circuit example of a dummy memory cell.The storage capacitor section is a MIS FET Q 10 whose gate is connected to V DD (power supply voltage), and whose source (or drain) electrode is connected to the bit line. The other electrode is connected to a precharge control transistor Q11 . By doing this the transistor
The possibility that the connection of Q 11 will have an adverse effect on the dummy memory cell, that is, the electrical characteristics will differ from the memory cell portion, will be reduced. FIG. 3 shows an example of the cross-sectional structure, and shows a case of a two-layer polycrystalline silicon electrode structure. As shown in the figure, the first polycrystalline silicon layer 1 forms the gate electrode of the transistor Q10 , that is, one electrode of the charge storage portion Cd . The gates of the transfer transistor Q 9 and the write control transistor Q 11 are made of the second layer of polycrystalline silicon layers 2a and 2b, and are partially connected through an insulating film 3 formed by oxidation of the first layer of polycrystalline silicon layer 1. overlap. This eliminates the need for n + diffusion layers for the source and drain electrodes that connect each transistor, reducing the size of the cell. 4 is a p-type silicon semiconductor substrate, and 5 is a gate oxide film (dielectric film) obtained by oxidizing the substrate.
第4図はダミーメモリDMCの平面パターンの
1例であり、第3図は第4図のY―Y′断面に対
応する。第4図でハツチを施した部分6は素子形
成能動領域(アクテイブ領域)であり、その一部
(第3図左側のn+領域)はビツト線BLである。ま
た、ダミーワード線DWLおよびプリチヤージ線
PLはアルミニウム配線層であり、7は電源ライ
ンである。 FIG. 4 shows an example of a planar pattern of the dummy memory DMC, and FIG. 3 corresponds to the YY' cross section in FIG. 4. A hatched area 6 in FIG. 4 is an active area for forming an element, and a part of it (the n + area on the left side of FIG. 3) is a bit line BL. Also, dummy word line DWL and precharge line
PL is an aluminum wiring layer, and 7 is a power supply line.
上記構成において第1層,第2層多結晶シリコ
ン間のオーバーラツプ寸法aは、マスクの位置合
せ精度に依存するが、通常2〜3μm必要であ
る。また第2層多結晶シリコン層2a,2b間の
パターンギヤツプ寸法gは、加工精度に依存する
が通常2〜3μm程度である。ダミーメモリセル
を最も小型化した場合は、第4図を例にとると、
蓄積部分の幅Wは転送トランジスタ部分と同じ
Wminとし、第1層,第2層の多結晶シリコン層
の重なりaは最小値amin,ゲート間寸法gは最
小値gminとなる。このとき蓄積部分の寸法は
(2a+gmin)×Winとなる。従つてメモリセルは
ダミーセルの2倍であるから蓄積部分の面積とし
ておむね(2amin+gmin)×Wmin×2程度まで
は小型化できるが、これ以下の面積とするにはダ
ミーメモリセルDMCの各部寸法を最小値以下に
しなければならない(リアルセルの方がトランジ
スタ1つ少なくてよいのでむしろ小型にできる)
ので、製造技術上不可能である。このような事態
は通常起るものではないが能動素子領域が最小幅
Wminに近く、位置合せ余裕aminも比較的大きく
とつた設計で起りやすい。 In the above structure, the overlap dimension a between the first layer and the second layer of polycrystalline silicon depends on the alignment accuracy of the mask, but usually needs to be 2 to 3 .mu.m. Further, the pattern gap dimension g between the second polycrystalline silicon layers 2a and 2b is usually about 2 to 3 .mu.m, although it depends on the processing accuracy. Taking Figure 4 as an example, when the dummy memory cell is made the most compact,
The width W of the storage part is the same as that of the transfer transistor part.
Wmin, the overlap a of the first and second polycrystalline silicon layers is a minimum value amin, and the gate-to-gate dimension g is a minimum value gmin. At this time, the size of the accumulation portion is (2 a +gmin)×Win. Therefore, since the memory cell is twice the size of the dummy cell, the area of the storage part can be reduced to approximately (2amin + gmin) × Wmin × 2, but in order to reduce the area to less than this, the dimensions of each part of the dummy memory cell DMC must be reduced. Must be below the minimum value (real cells require one less transistor, so they can be made smaller)
Therefore, it is impossible due to manufacturing technology. Although this situation does not normally occur,
This is likely to occur in designs where Wmin is close to Wmin and alignment margin amin is relatively large.
本発明はダミーメモリセルをメモリセルとほぼ
同一面積,同一蓄積容量とし、代りにダミーメモ
リセルをリアルセルに対する情報0.1書込電圧の
中間の電圧で書込むことでセンス可能とし、こう
してパターン設計が容易な高集積度メモリを実現
可能にしようとするものである。このメモリでは
上記中間電圧を発生する必要があるが、この中間
電圧をメモリセルの書込電圧つまり充電電源電圧
にトラツキングさせて電源変動に対する動作マー
ジンを広くし得る該中間電圧発生回路を提供する
ことも本発明の他の目的である。 In the present invention, the dummy memory cell has almost the same area and the same storage capacity as the memory cell, and sensing is enabled by writing information into the dummy memory cell at a voltage that is between 0.1 and the voltage for writing information to the real cell, thus facilitating pattern design. The aim is to make it possible to realize highly integrated memory. In this memory, it is necessary to generate the above-mentioned intermediate voltage, and an object of the present invention is to provide an intermediate voltage generation circuit capable of widening the operating margin against power supply fluctuations by tracking the intermediate voltage with the write voltage of the memory cell, that is, the charging power supply voltage. This is also another object of the invention.
ダミーメモリセルに0.1の中間電圧を書込む概
念は従来よりあつた。しかし実際にはICチツプ
内に正確な電圧発生回路を内蔵させることよりも
蓄積部分の面積で制御する方がはるかに容易で精
度良く、しかも各種パラメータに対するマージン
がとりやすいため、この面積比の寸法が主として
とられている。これが不可能な場合でも厚さの異
なる相対的に厚い誘電体膜を用いて構成する、或
いは接合容量を用いる等の方法によりダミーメモ
リセルの蓄積部分CdをCSの1/2にすることが行
なわれて来たが、これらの場合誘電体膜厚のわず
かな相違や基板不純物濃度の違い等により動作の
不安定要因をもつ欠点がある。 The concept of writing an intermediate voltage of 0.1 into dummy memory cells has been around for a long time. However, in reality, it is much easier and more accurate to control the area of the storage part than to incorporate an accurate voltage generation circuit inside the IC chip, and it is also easier to take margins for various parameters, so the area ratio is mainly taken. Even if this is not possible, make the storage portion C d of the dummy memory cell 1/2 of C S by constructing it using relatively thick dielectric films with different thicknesses or using junction capacitance. However, these methods have the drawback of unstable operation due to slight differences in dielectric film thickness, differences in substrate impurity concentration, etc.
メモリセルへの充電電圧の1/2、場合によつて
はこの値を若干修正した値を含めて1/nの電圧を
発生させる回路の最も簡単なものは第5図aに示
す抵抗分圧方式である。Vpはプリチヤージ電圧
で通常は電源電圧VDDである。VpdはVpを抵抗
R1,R2で分割したダミーメモリセルへのプリチ
ヤージ電圧であるが、常時消費電力を小にしよう
とすればこの回路では抵抗R1,R2を大にせねば
ならず、しかしこれでは負荷変動に対する電圧V
pdのレギユレーシヨンが悪い。また抵抗R1,R2
を小さくすればレギユレーシヨンは向上するが、
定常消費電力が増加するので好ましくない。抵抗
R1,R2をMISFETのチヤンネルとし、該FETの
利得定数を変えてR1,R2比を設定する場合も同
じである。bはプリチヤージ電源Vpから、MIS
トランジスタQ12,Q13のしきい値VT1,VT2だけ
低下したものを電圧Vpdとして供給する回路例
で、ダミーメモリセルは容量性負荷となるためこ
の回路では定常消費電力はなく、またこのような
接続のMISトランジスタは二乗型の電圧電流特性
を示すためレギユレーシヨンもaの回路を比べて
すぐれている。しかしVpの変動はそのままVpd
に現われるから率としてはVp側よりも大きく、
電源電圧変動マージンをとりにくい。cはいわゆ
るシリーズレギユレータ回路をしきい値VTの
MISトランジスタQ14で構成したもので、定常消
費電力もR3,R4を大きな値にすれば問題にはな
らず、Vpに比例した電圧をVpdとして発生で
き、かつレギユレーシヨンも良い。ところがダミ
ーメモリセルへの充電電源に第5図cに示す回路
10を用いた場合、通常の抵抗負荷に対する場合
と異なり、動作上問題を生じる。 The simplest circuit to generate a voltage of 1/2 of the charging voltage to a memory cell, or 1/n (including a slightly modified value in some cases), is the resistive voltage divider shown in Figure 5a. It is a method. V p is a precharge voltage and is usually the power supply voltage V DD . V pd is the resistance of V p
This is the precharge voltage to the dummy memory cell divided by R 1 and R 2. In order to constantly reduce power consumption, the resistors R 1 and R 2 must be made large in this circuit. voltage V
PD regulation is bad. Also, the resistances R 1 and R 2
The regulation can be improved by reducing , but
This is not preferable because steady power consumption increases. resistance
The same applies when R 1 and R 2 are MISFET channels and the R 1 and R 2 ratios are set by changing the gain constants of the FETs. b is from the precharge power supply V p , MIS
This is an example of a circuit that supplies the voltage V pd that is lowered by the threshold values V T1 and V T2 of the transistors Q 12 and Q 13. Since the dummy memory cell becomes a capacitive load, there is no steady power consumption in this circuit, and Since the MIS transistor connected in this way exhibits square-law type voltage-current characteristics, its regulation is also superior to that of circuit a. However, the fluctuation of V p remains as V pd
Since it appears on the V p side, the rate is larger than that on the V p side.
It is difficult to maintain a margin for power supply voltage fluctuations. c is the so-called series regulator circuit with a threshold value V T
It is composed of MIS transistor Q14 , and steady power consumption does not become a problem if R3 and R4 are set to large values.A voltage proportional to Vp can be generated as Vpd , and regulation is also good. However, when the circuit 10 shown in FIG. 5C is used as a charging power source for a dummy memory cell, a problem arises in operation, unlike when using a normal resistive load.
これを第6図で説明する。同図のダミーメモリ
セルDMCはプリチヤージ用トランジスタQ21,蓄
積容量Cd用トランジスタQ22,転送トランジスタ
Q23で構成され、またメモリセルMCは蓄積容量
CSと転送トランジスタQ20で構成される。Q17,
Q18はセンスアンプSAのプリチヤージ用トランジ
スタであり、またQ15,Q16でそのフリツプフロ
ツプ用トランジスタ、Q19はプルダウン用トラン
ジスタである。こゝでメモリセルMCは電子充満
状態、ダミーメモリセルDMCは中間状態にプリ
チヤージされ、またビツト線BL,はVp(通
常Vp=VDD)にプリチヤージされているとす
る。ワード線がデコーダの動作で選択され、ワー
ド線WLとダミーワード線DWLがクロツクφWで
駆動されると、ビツト線BL,とセルMC,
DMC間で電荷再分配が起る。即ちダミーメモリ
セルDMC側ではキヤパシターQ22は、自身のもつ
容量よりもはるかに大きいビツト線の寄生容
量に充電された電圧で充電され、中間状態から完
全に電子を放出した状態、即ち電圧で言うならば
Vpにほぼ等しい高電位になる。リアルセル側は
電子充満状態であるからビツト線BLの電位を
やゝ大きく下げ、このためセンス動作によりセン
スアンプSAはトランジスタQ16側が導通し、ビツ
ト線BLの電位を接地電位まで引下げるが、トラ
ンジスタQ15はオフであるからダミーメモリセル
側のビツト線は高電位のまゝである。これで
センス動作は完了するが、問題は以下の動作過程
にある。 This will be explained with reference to FIG. The dummy memory cell DMC in the figure includes a precharge transistor Q 21 , a storage capacitor C d transistor Q 22 , and a transfer transistor.
The memory cell MC is composed of a storage capacitor C S and a transfer transistor Q 20 . Q17 ,
Q 18 is a precharge transistor for the sense amplifier SA, Q 15 and Q 16 are flip-flop transistors, and Q 19 is a pull-down transistor. It is assumed here that memory cell MC is in an electron-filled state, dummy memory cell DMC is precharged to an intermediate state, and bit line BL is precharged to V p (usually V p =V DD ). When a word line is selected by decoder operation and word line WL and dummy word line DWL are driven by clock φW , bit line BL, cell MC,
Charge redistribution occurs between DMCs. That is, on the dummy memory cell DMC side, the capacitor Q22 is charged with the voltage charged to the parasitic capacitance of the bit line, which is much larger than its own capacitance, and goes from an intermediate state to a state where electrons are completely emitted, that is, in terms of voltage. In this case, the potential becomes a high potential approximately equal to V p . Since the real cell side is full of electrons, the potential of the bit line BL is lowered somewhat significantly, so the sense amplifier SA conducts on the transistor Q16 side due to the sensing operation, and lowers the potential of the bit line BL to the ground potential. Since Q15 is off, the bit line on the dummy memory cell side remains at a high potential. This completes the sensing operation, but the problem lies in the following operation process.
即ち、クロツクφWが下降するとメモリセル
MCはビツト線BLから切離されるが、センスアン
プの上記動作で該セルMCは電子充満状態にな
り、リフレツシユされるが、ダミーメモリセル
DMC側は中間状態から電子空乏状態に変わり、
それを再び中間状態へ戻すリフレツシユ動作は行
なわれていない。このため次に再び読出し動作を
行なうために信号φpでプリチヤージ回路を駆動
すると、前回の読出しで電子空乏状態となつてい
る、ダミーメモリセル側から電源線Vpdが逆充電
され、その電位は中間電位よりも上昇してしま
う。この状態では回路10のレギユレータ用トラ
ンジスタQ14はカツトオフとなるため、上昇した
電位は接合等によるリークで低下していく以外に
なく、規定のプリチヤージ電圧が得られなくな
る。 In other words, when the clock φW falls, the memory cell
MC is disconnected from the bit line BL, but the above operation of the sense amplifier fills the cell MC with electrons and refreshes it, but the dummy memory cell
The DMC side changes from an intermediate state to an electron-depleted state,
No refresh operation is performed to return it to an intermediate state again. Therefore, when the precharge circuit is driven by the signal φ p in order to perform a read operation again next time, the power supply line V pd is reversely charged from the dummy memory cell side, which was in an electron depleted state in the previous read, and its potential is The potential will rise above the intermediate potential. In this state, the regulator transistor Q14 of the circuit 10 is cut off, so the increased potential has no choice but to decrease due to leakage from junctions, etc., and a specified precharge voltage cannot be obtained.
そこで本発明ではダミーメモリセルのプリチヤ
ージ電源電圧をブリチヤージ動作初期に所定プリ
チヤージ電圧以下に低下させてダミーセルの放電
を行なわせ、該動作終了後シリーズレギユレータ
回路を通して該セルを所定中間電位に充電可能に
する。第7図にその実施例を示す。同図aは回路
図、bはクロツクパルス波形及びプリチヤージ電
源の電圧波形であるが、aの実施例回路は第5図
cの直列型電圧レギユレータ回路10にトランジ
スタQ24〜Q27を追加したものである。トランジ
スタQ25,Q26はダイオード接続されており、こ
れらと直列にスイツチング用のトランジスタQ27
が接続され、Q25〜Q27の直列回路は放電回路1
1としてVpdとアース間に介在する。スイツチン
グトランジスタQ24はレギユレータトランジスタ
Q14のゲートとアース間に介在し、Q27と共に新
たなクロツクφp′で駆動される。 Therefore, in the present invention, the precharge power supply voltage of the dummy memory cell is lowered to a predetermined precharge voltage or less at the beginning of the precharge operation to discharge the dummy cell, and after the operation is completed, the cell can be charged to a predetermined intermediate potential through the series regulator circuit. Make it. An example is shown in FIG. 5A is a circuit diagram, and b is a clock pulse waveform and a voltage waveform of a precharge power supply. The embodiment circuit in a is the one in which transistors Q 24 to Q 27 are added to the series voltage regulator circuit 10 in FIG. 5c. be. Transistors Q 25 and Q 26 are diode-connected, and a switching transistor Q 27 is connected in series with them.
is connected, and the series circuit of Q 25 to Q 27 is discharge circuit 1.
1 between V pd and ground. Switching transistor Q 24 is a regulator transistor
It is interposed between the gate of Q14 and ground, and is driven together with Q27 by a new clock φ p '.
動作は次の通りである。まず、プリチヤージ動
作初期にクロツクφp′でトランジスタQ24をオン
にしてレギユレータのトランジスタQ14をオフさ
せ、同時にトランジスタQ27をオンさせることに
より出力電圧VpdをトランジスタQ25,Q26のしき
い値合計分V1まで低下させる(t0はプリチヤージ
開始時点)。第7図bは電源電圧およびプリチヤ
ージ電圧を5Vとした例で、クロツクφpはブート
ストラツプにより約7Vに昇圧されている。φpの
立上りと同時にφp′を立上らせるので、放電回路
11によりダミーメモリセルへのプリチヤージ電
源VpdはトランジスタQ25,Q26のしきい値の合計
値V1(約2,3V)まで電圧を低下させる。なお
詳しくは該放電回路の内部インピーダンスのため
初期にダミーメモリセルの放電による電圧上昇
V0が生じている。クロツクφp′はクロツクφpの
前半だけ存在するので、後半はトランジスタ
Q24,Q27がオフとなるため、以後Vpdはレギユレ
ータ回路10により2値情報1,0の中間値V2
へ上昇する。従つて、プリチヤージ動作初期にV
pdが逆充電されることがあつてもこれは放電回路
11で放電されるので、後半の電圧VpdがV2以上
に上昇してしまう不都合は避けられる。 The operation is as follows. First, at the beginning of the precharge operation, the clock φ p ' turns on the transistor Q 24 to turn off the transistor Q 14 of the regulator, and at the same time turns on the transistor Q 27 , thereby increasing the output voltage V pd to the threshold of the transistors Q 25 and Q 26 . Reduce the total value to V 1 (t 0 is the start of precharge). FIG. 7b shows an example in which the power supply voltage and precharge voltage are 5V, and the clock φ p is boosted to about 7V by the bootstrap. Since φ p ' rises at the same time as φ p rises, the precharge power supply V pd to the dummy memory cell by the discharge circuit 11 is equal to the sum of the threshold values of transistors Q 25 and Q 26 V 1 (approximately 2.3 V ). In detail, due to the internal impedance of the discharge circuit, the voltage rises due to the discharge of the dummy memory cell at the initial stage.
V 0 is occurring. Since the clock φ p ' exists only in the first half of the clock φ p , the second half is a transistor.
Since Q 24 and Q 27 are turned off, V pd is then changed to the intermediate value V 2 of binary information 1 and 0 by the regulator circuit 10 .
rise to Therefore, at the beginning of the precharge operation, V
Even if pd is reversely charged, it is discharged by the discharge circuit 11, so that the inconvenience of the voltage V pd rising to more than V 2 in the latter half can be avoided.
第8図は本発明の他の実施例である。この回路
はMOSトランジスタを用いたアナログ演算回路
を構成しており、その出力電圧Vpdをプリチヤー
ジ電源として用いている。従来MOSメモリのよ
うなデイジタル回路内にアナログ型回路が利用さ
れる例は殆んどない。その理由は、必要性がなか
つたことも事実であるが、むしろnチヤネル型あ
るいはpチヤネル型のみで構成する場合に回路設
計上の自由度が少なく、所望の特性が得にくいこ
とがあげられる。しかし電圧レギユレータの誤差
増幅器のように用途が限られた範囲では単一チヤ
ネルの半導体装置にもアナログ回路の形式は可能
である。即ち第8図の回路の出力電圧Vpdは電源
電圧VDDの概略1/2で固定されており、演算増幅
器のように出力振幅を広くとる必要がないためで
ある。 FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. This circuit constitutes an analog arithmetic circuit using MOS transistors, and uses its output voltage V pd as a precharge power source. Conventionally, analog circuits have rarely been used in digital circuits such as MOS memories. The reason for this is that it is true that there was no need for it, but rather that there is less freedom in circuit design when it is configured only with n-channel type or p-channel type, and it is difficult to obtain desired characteristics. However, in a limited range of applications such as an error amplifier in a voltage regulator, an analog circuit format is possible even in a single-channel semiconductor device. That is, the output voltage V pd of the circuit shown in FIG. 8 is fixed at approximately 1/2 of the power supply voltage V DD , and there is no need to widen the output amplitude as in the case of an operational amplifier.
以下第8図の回路動作を説明する。トランジス
タQ28,Q29はデイプレツシヨン型のトランジス
タQ32をソース共通定電流源とする差動アンプ1
2を構成しており、デイプレツシヨン型のトラン
ジスタQ30,Q31がその負荷となる。トランジス
タQ28の出力はデイプレツシヨン型トランジスタ
Q35を定電流負荷とするトランジスタQ33のソー
スフオロワー回路13へ接続され、ダイオード接
続されたトランジスタQ34によつてレベルシフト
して出力段のトランジスタQ37を駆動する。トラ
ンジスタQ36は差動アンプ12の他方のトランジ
スタQ29によつて駆動されるため、出力段の一対
のトランジスタQ36,Q37は互いに逆相となる、
いわゆるプツシユプル動作をする。出力電圧Vpd
はトランジスタQ29のゲートに直結されているた
め100%の負帰還がかかつており、トランジスタ
Q28のゲートから見た電圧利得は1である。従つ
てトランジスタQ28のゲートを、抵抗R5,R6から
なる電圧レギユレータ回路14によりVDDにトラ
ツキングする基準電圧VSに接続することによ
り、同じ電圧が出力に得られる。R5,R6として
は拡散等による純抵抗を用いても良いしFETの
チヤネルを用いても良い。何らかの理由で出力電
圧Vpdが上昇した場合、差動アンプ12のトラン
ジスタQ29のドレイン電流が増大し、逆にトラン
ジスタQ28のそれが減少するので、トランジスタ
Q36はカツトオフに向い、逆にトランジスタQ37
は導通が促進されて上昇した出力電圧を引下げ
る。Vpdが下降した場合はこの逆に動作するので
Vpdは常に設定電位VSに保たれる。従つてダミ
ーメモリセルをプリチヤージした場合、蓄積容量
からの逆充電による電圧変動に対し第5図cに示
したシリーズレギユレータ回路と比べ高度な電圧
制御機能を有している。尚、第8図の回路は同様
機能を有するMOSアナログ増幅回路に置きかえ
ても同様の効果は期待される。 The operation of the circuit shown in FIG. 8 will be explained below. Transistors Q 28 and Q 29 are a differential amplifier 1 that uses a depletion type transistor Q 32 as a common source constant current source.
2, and depletion type transistors Q 30 and Q 31 serve as its load. The output of transistor Q 28 is a depletion type transistor
It is connected to the source follower circuit 13 of transistor Q 33 with Q 35 as a constant current load, and is level-shifted by diode-connected transistor Q 34 to drive output stage transistor Q 37 . Since the transistor Q 36 is driven by the other transistor Q 29 of the differential amplifier 12, the pair of transistors Q 36 and Q 37 in the output stage have opposite phases to each other.
It makes a so-called push-pull motion. Output voltage V pd
Since it is directly connected to the gate of transistor Q29 , there is a 100% negative feedback, and the transistor
The voltage gain seen from the gate of Q28 is 1. Therefore, by connecting the gate of transistor Q 28 to a reference voltage V S that tracks V DD by means of a voltage regulator circuit 14 consisting of resistors R 5 and R 6 , the same voltage is obtained at the output. As R 5 and R 6 , pure resistances such as diffusion may be used, or FET channels may be used. If the output voltage V pd increases for some reason, the drain current of the transistor Q 29 of the differential amplifier 12 increases, and conversely that of the transistor Q 28 decreases, so the transistor
Q 36 is suitable for cut-off, and vice versa transistor Q 37
conduction is promoted and the increased output voltage is lowered. When V pd falls, the operation is reversed, so V pd is always kept at the set potential V S . Therefore, when the dummy memory cell is precharged, it has a more advanced voltage control function than the series regulator circuit shown in FIG. Incidentally, the same effect can be expected even if the circuit shown in FIG. 8 is replaced with a MOS analog amplifier circuit having the same function.
以上述べたように本発明によれば、ダミーメモ
リセル側の予備充電電圧を2値情報0.1の中間値
に設定する場合でもメモリセルと同面積,同容量
の電荷蓄積部でよいので、メモリセルを制造技術
上の限界まで高密度化できる利点がある。 As described above, according to the present invention, even when setting the pre-charging voltage on the dummy memory cell side to an intermediate value of binary information 0.1, the charge storage part with the same area and the same capacity as the memory cell is sufficient. It has the advantage of being able to increase the density to the limit of manufacturing technology.
第1図はダイナミツク型ランダムアクセスメモ
リの概略構成図、第2図〜第4図はダミーメモリ
セルの具体例を示す回路図、断面構造図および平
面パターン図、第5図a〜cはダミーメモリセル
に対する各種プリチヤージ電源の回路図、第6図
は第5図cの回路の問題点を説明するための回路
図、第7図a,bは本発明の一実施例を示す予備
充電用電源回路の回路図および波形図、第8図は
本発明の他の実施例を示す予備充電用電源回路の
回路図である。
図中、MCはメモリセル、CSはその電荷蓄積
部、DMCはダミーメモリセル、Cd,Q10,Q22は
その電荷蓄積部、1は第1層の多結晶シリコン層
(導電層)、2a,2bは第2層の多結晶シリコン
層(導電層)、3は絶縁層、4は半導体基板、5
は誘電体膜、10は直列型電圧レギユレータ回
路、11は放電回路、12は差動アンプ、14は
電圧レギユレータ回路である。
Figure 1 is a schematic configuration diagram of a dynamic random access memory, Figures 2 to 4 are circuit diagrams, cross-sectional structure diagrams, and plan pattern diagrams showing specific examples of dummy memory cells, and Figures 5 a to c are dummy memory cells. Circuit diagrams of various precharge power supplies for cells, FIG. 6 is a circuit diagram for explaining the problem of the circuit of FIG. FIG. 8 is a circuit diagram of a preliminary charging power supply circuit showing another embodiment of the present invention. In the figure, MC is a memory cell, C S is its charge storage part, DMC is a dummy memory cell, C d , Q 10 , Q 22 are its charge storage part, and 1 is the first polycrystalline silicon layer (conductive layer). , 2a, 2b are second polycrystalline silicon layers (conductive layers), 3 is an insulating layer, 4 is a semiconductor substrate, 5
1 is a dielectric film, 10 is a series voltage regulator circuit, 11 is a discharge circuit, 12 is a differential amplifier, and 14 is a voltage regulator circuit.
Claims (1)
よび第2の導電層を設け、且つ第2の導電層の一
部を第1の導電層の上部に絶縁層を介して重なら
せ、さらに該第1の導電層を電荷蓄積部の一方の
電極とし、また第2の導電層の一方は転送用トラ
ンジスタのゲート電極とする1トランジスタ1蓄
積容量型の半導体記憶装置において、メモリセル
の電荷蓄積部とダミーメモリセルの電荷蓄積部と
を略同一面積、同一容量とし、さらに該メモリセ
ルに充電される電圧の略1/2の電圧を該ダミーメ
モリセルに予備充電する予備充電用電源回路を設
け、該予備充電用電源回路は、電源電圧を所定分
圧比に分圧する回路手段と、該分圧回路手段の分
圧出力に応じて前記予備充電用の電圧を出力する
ソースホロワ形式の出力トランジスタと、少なく
とも予備充電動作の初期に該出力トランジスタの
出力端の電位上昇を抑制する回路手段とを有する
ように構成したことを特徴とする、1トランジス
タ1蓄積容量型の半導体記憶装置。1. Providing first and second conductive layers on the surface of a semiconductor substrate with a dielectric film interposed therebetween, and partially overlapping the second conductive layer on top of the first conductive layer with an insulating layer interposed therebetween; Further, in a one-transistor, one-storage capacitor type semiconductor memory device in which the first conductive layer is used as one electrode of a charge storage section and one of the second conductive layers is used as a gate electrode of a transfer transistor, the charge of the memory cell is A pre-charging power supply circuit that makes the storage section and the charge storage section of the dummy memory cell have approximately the same area and the same capacity, and further pre-charges the dummy memory cell with a voltage that is approximately 1/2 of the voltage charged to the memory cell. The pre-charging power supply circuit includes circuit means for dividing the power supply voltage to a predetermined voltage division ratio, and a source follower type output transistor that outputs the pre-charging voltage according to the divided voltage output of the voltage dividing circuit means. 1. A one-transistor, one-storage-capacitor type semiconductor memory device, characterized in that it has a circuit means for suppressing a rise in potential at an output terminal of the output transistor at least at the initial stage of a preliminary charging operation.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP10487480A JPS5730193A (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Semiconductor storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10487480A JPS5730193A (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Semiconductor storage device |
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JPS5730193A JPS5730193A (en) | 1982-02-18 |
JPS6137705B2 true JPS6137705B2 (en) | 1986-08-25 |
Family
ID=14392351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10487480A Granted JPS5730193A (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Semiconductor storage device |
Country Status (1)
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US4658382A (en) * | 1984-07-11 | 1987-04-14 | Texas Instruments Incorporated | Dynamic memory with improved dummy cell circuitry |
JPH0612620B2 (en) * | 1986-06-19 | 1994-02-16 | 日本電気株式会社 | Dynamic random access memory device |
KR100599696B1 (en) | 2005-05-25 | 2006-07-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | Plasma display device and its power supply |
-
1980
- 1980-07-30 JP JP10487480A patent/JPS5730193A/en active Granted
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JPS5730193A (en) | 1982-02-18 |
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