DE102005026637A1 - Semiconductor dynamic random access memory device comprises power lines formed on respective metal layers arranged at row and column decoders, having different widths - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterbaustein mit einem dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) und ein Verfahren zur Anordnung von Leistungs- und Signalleitungen in strukturierten Metallschichten, die über einem solchen Baustein liegen.The The invention relates to a semiconductor device with a dynamic Random access memory (DRAM) and a method of arrangement of power and signal lines in structured metal layers, the above such a building block.
DRAM-Bausteine beinhalten ein Speicherfeld, Schaltungen, um auf das Speicherfeld zuzugreifen, und periphere Schaltungen, um den DRAM-Betrieb zu steuern und mit externen Bauteilen zu kommunizieren. Typische Speicherfelder sind aus einem sich wiederholenden Muster von Subspeicherzellenfeldern geformt, durchsetzt mit einem Teil der Schaltungen, die benutzt werden, um auf das Speicherfeld zuzugreifen. Der Rest der Zugriffschaltung ist gewöhnlich in einem Zeilendecoder und einem Spaltendecoder an den Rändern des Speicherfeldes angeordnet.DRAM devices include a memory array, circuits to access the memory array access and peripheral circuitry to control DRAM operation and to communicate with external components. Typical memory fields are from a repeating pattern of sub memory cell fields Shaped, interspersed with a part of the circuits that uses to access the memory field. The rest of the access circuit is ordinary in a row decoder and a column decoder at the edges of the Memory array arranged.
Der
Spaltendecoder
Der
Zeilendecoder
Weitere
Aspekte der
Die Drain jedes Zugriffstransistors ist mit einer entsprechenden Bitleitung BL verbunden, z.B. BL1 für MC1 und BL2 für MC2. Jede Bitleitung ist auch mit anderen Speicherzellen (nicht gezeigt) in den entsprechen den SMCAs verbunden, wobei Zugriffstransistoren (nicht gezeigt) mit anderen SWLs verbunden sind. Ein Leseverstärkergebiet SA1 befindet sich zwischen SMCA1 und SMCA2. Bezüglich SMCA1 sind BL1 und BL1 B mit einer Vorladeschaltung PRE1 in SA1 verbunden und sind mit einem Paar Lesebitleitungen SBL und SBLB durch ein Bitisolationsgatter ISO1 verbunden. Bezüglich SMAC2, sind BL2 und BL2B mit einer Vorladeschaltung PRE2 in SA2 verbunden und an das Paar Lesebitleitungen SBL und SBLB durch ein Bitisolationsgatter ISO2 angeschlossen. Ein Bitleitungsleseverstärker BLSA und ein Dateneingabe-/Datenausgabegatter IOG sind ebenfalls mit den Lesebitleitungen SBL und SBLB verbunden.The Drain of each access transistor is connected to a corresponding bit line BL connected, e.g. BL1 for MC1 and BL2 for MC2. Each bit line is also connected to other memory cells (not shown) in the corresponding SMCAs, with access transistors (not shown) are connected to other SWLs. A sense amplifier area SA1 is between SMCA1 and SMCA2. With respect to SMCA1, BL1 and BL1 are B connected to a precharge circuit PRE1 in SA1 and are with a pair of read bit lines SBL and SBLB through a bit isolation gate ISO1 connected. In terms of SMAC2 are BL2 and BL2B with a precharge circuit PRE2 in SA2 and connected to the pair of read bit lines SBL and SBLB Bit isolation gate ISO2 connected. A bit line sense amplifier BLSA and a data input / output gate IOG are also included connected to read bit lines SBL and SBLB.
Der Bitleitungsleseverstärker verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen BL1 und BL1B der MC1-Speicherzelle zum Beispiel in der folgenden Sequenz, worin die Speicherzelle einen von zwei logischen Zuständen zeigt (Mehrzustands-Speicherzellen existieren ebenso und benutzen typischerweise eine kompliziertere Leseverstärkerschaltung). Das Isolationsgatter ISO1 verbindet BL1 mit SBL und BL1B mit SBLB. Die Vorladeschaltung PRE1 lädt BL1 und BL1B auf eine Spannung in der Mitte zwischen der Spannung eines entladenen Kondensators C (was z.B. eine logische 0 darstellt) und der Spannung eines geladenen Kondensators C (was in dem selben Beispiel eine logische 1 darstellt). SWL1 wird mit Energie versorgt, um den MC1-Speicherzellenkondensator mit BL1 zu koppeln. Wenn der Zellenkondensator entladen war, bewirkt eine Ladungsteilung, dass die Spannung an BL1 relativ zu BL1B abnimmt. Wenn der Zellenkondensator geladen war, bewirkt die Ladungsteilung, dass die Spannung an BL1 relativ zu BL1B ansteigt. Wenn die Ladungsteilung abgeschlossen ist, wird das Isolationsgatter ISO1 aktiviert, so dass ein kleiner Spannungsunterschied zwischen den Bitleitungen BL1/BL1B an die Lesebitleitungen SBL1/SBL1B weitergegeben wird. In jedem Fall ist der Leseverstärker BLSA während einer vorbestimmten Dauer aktiviert, um die kleine Spannungsdifferenz zwischen den Bitleitungen BL1/BL1B zu lesen und zu verstärken.Of the bitline reinforced the voltage difference between BL1 and BL1B of the MC1 memory cell for example, in the following sequence, wherein the memory cell has a of two logical states shows (multi-state memory cells exist as well and use typically a more complicated sense amplifier circuit). The isolation gate ISO1 connects BL1 to SBL and BL1B to SBLB. The precharge circuit PRE1 loads BL1 and BL1B to a voltage in the middle between the voltage a discharged capacitor C (which represents, for example, a logical 0) and the voltage of a charged capacitor C (which in the same example represents a logical 1). SWL1 is powered to the Pair MC1 memory cell capacitor with BL1. If the cell capacitor was discharged, causing a charge sharing that voltage BL1 decreases relative to BL1B. When the cell capacitor is charged Charge sharing causes the voltage at BL1 to be relative increases to BL1B. When the charge sharing is completed, will the isolation gate is activated ISO1, leaving a small voltage difference between the bit lines BL1 / BL1B to the read bit lines SBL1 / SBL1B is passed on. In any case, the sense amplifier is BLSA while a predetermined duration activated to the small voltage difference between the bit lines BL1 / BL1B and amplify.
Das Eingabe/Ausgabe-Gatter IOG koppelt, wenn es aktiviert ist, SBL und SBLB mit einem Paar lokaler Eingabe/Ausgabeleitungen LIO und LIOB, welche auch mit anderen 10-Gattern in anderen SA-Gebieten (nicht gezeigt) oberhalb und unterhalb SA1 verbunden sind. Hierbei wird das Eingabe/Ausgabe-Gatter IOG in Reaktion auf die Spaltenauswahlleitung CSL (nicht gezeigt) aktiviert. Ein lokales, globales Eingabe/Ausgabe-Gatter LGIOG dient dazu, selektiv LIO und LIOB an ein Paar globaler Eingabe/Ausgabe-Leitungen GIO und GIOB zu koppeln, wenn LIO und LIOB aktiv sind. Folglich wird der gelesene Zustand der Speicherzelle mit einer peripheren Eingabe/Ausgabe-Schaltung gekoppelt.The input / output gate IOG, when activated, couples SBL and SBLB to a pair of local input / output lines LIO and LIOB, which also operate with other 10-gates in others SA areas (not shown) are connected above and below SA1. Here, the input / output gate IOG is activated in response to the column select line CSL (not shown). A local global input / output gate LGIOG serves to selectively couple LIO and LIOB to a pair of global input / output lines GIO and GIOB when LIO and LIOB are active. Consequently, the read state of the memory cell is coupled to a peripheral input / output circuit.
Aus
den
Eine zweite Metallschicht beinhaltet Signalleitungen S2 (z.B. RA- und DRA-Leitungen) und zweite Leistungsleitungen PVINT2 und PVSS2. PVINT2 ist verbunden mit PVINT1, wobei die beiden überlappen, und PVSS2 ist mit PVSS1 verbunden, wobei die beiden überlappen. Die PVINT2-und PVSS2-Bahnen sind mit Leistungsversorgungen verbunden, die sich außerhalb der Speicherfeldfläche des DRAM-Bausteins befinden. Unter dieser Bedingung können die Leistungsleitungen nicht breiter ausgelegt werden, ohne die Chipfläche zu vergrößern.A second metal layer includes signal lines S2 (e.g., RA and DRA lines) and second power lines PVINT2 and PVSS2. PVINT2 is connected to PVINT1, with the two overlapping, and PVSS2 is with PVSS1, the two overlap. The PVINT2 and PVSS2 tracks are connected to power supplies that are outside the memory area of the DRAM blocks are located. Under this condition, the Power lines can not be made wider without increasing the chip area.
Da DRAM-Bausteine zu kleineren Zelldimensionen skalieren und/oder die Anzahl der Zellen in einem Speicherfeld vergrößert wird, werden mehr Signalleitungen über das Speicherfeld und die Zeilendecoder pro Einheitsfläche auf im Wesentlichen der selben Fläche, die vorher einer geringeren Anzahl an Signalleitungen gedient hat, geführt. Die Breite der Leistungsleitungen wird deshalb proportional verringert, um sich an das dichtere Feld anzupassen. Die Verringerung der Breite der Leistungsleitungen ist jedoch unerwünscht, da eine verringerte Breite der Leistungsleitungen zu einem größeren Widerstand des Stromflusses, einem höheren Spannungsabfall und Stromverbrauch und einer verringerten Stabilität der Stromversorgung, wenn der Strombedarf schwankt, führt. Die verschiedenen Signal- und Leistungsleitungen werden auch näher zusammen gepackt, wenn der Baustein auf kleinere Dimensionen skaliert, was zu einem unerwünschten Übersprechen zwischen benachbarten Leitungen führt.There Scaling DRAM devices to smaller cell dimensions and / or the As the number of cells in a memory field increases, more signal lines are going through the Memory field and the row decoder per unit area essentially the same area, which previously served a smaller number of signal lines, guided. The width of the power lines is therefore reduced proportionally, to adapt to the denser field. The reduction of the width However, the power lines is undesirable because a reduced Width of the power lines to a greater resistance of the current flow, a higher one Voltage drop and power consumption and reduced stability of the power supply, when the power demand fluctuates leads. The various signal and power lines are also getting closer together packed when the building block scales to smaller dimensions, which to an unwanted crosstalk between leads adjacent lines.
Der Erfindung liegt als technisches Problem zugrunde, einen DRAM-Halbleiterbaustein und ein entsprechendes Verfahren zur Anordnung von Leistungs- und/oder Signalleitungen bereitzustellen, die in der Lage sind, zumindest teilweise die Schwierigkeiten des oben genannten Standes der Technik zu vermeiden.The invention is based on the technical problem of providing a DRAM semiconductor device and a corresponding method for arranging power and / or signal lines, which be able to at least partially avoid the difficulties of the above-mentioned prior art.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines DRAM-Halbleiterbausteins mit den Merkmalen des Anspruches 1, 13 oder 23 und eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 26 oder 29.The Invention solves this problem by providing a DRAM semiconductor device with the features of claim 1, 13 or 23 and a method with the features of claim 26 or 29.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.advantageous embodiments The invention are set forth in the subclaims.
Die Ausführungsformen, die hierin beschrieben werden, benutzen ein DRAM-Design mit drei Metallschichten, das die Führung der Signal- und Leistungsleitungen beträchtlich gegenüber einer Anordnung mit zwei Metallschichten verbessert. Obwohl durch Andere bereits verschiedene Entwürfe, um Signale über ein Speicherfeld unter Benutzung von drei Metallschichten zu führen, vorgeschlagen wurden, wird angenommen, dass die vorliegende Auslegung das Problem mit besonderer Beachtung des Gesichtspunktes der Leistungsversorgung angeht und dazu eine Gruppe neuer Anordnungen von Metallschichten hervorbringt, die sich gut zu kleineren Zellengrößen skalieren lassen.The Embodiments, which are described herein use a DRAM design with three Metal layers, which is the lead the signal and power lines considerably over one Improved arrangement with two metal layers. Although by others already different designs, about signals over proposed to lead a memory field using three metal layers It is believed that the present interpretation is the problem with particular attention to the point of view of the power supply and a group of new arrangements of metal layers which scale well to smaller cell sizes.
Bevorzugte, nachfolgend detaillierter beschriebene Ausführungsformen der Erfindung und das oben zum leichteren Verständnis der Erfindung erläuterte Ausführungsbeispiel des Standes der Technik sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen:preferred Embodiments of the invention described in more detail below and the embodiment explained above for easier understanding of the invention The prior art are shown in the drawings, in FIG which:
Die folgenden Ausführungsformen benutzen drei Metallschichten über einem Speicherfeld, einem Zeilendecoder und/oder einem Spaltendecoder. In diesen Ausführungsformen sind breitere Leistungsleitungen im Allgemeinen möglich, was die Leistungsverteilung und -stabilität erhöht.The following embodiments use three metal layers over a memory array, a row decoder and / or a column decoder. In these embodiments wider power lines are generally possible, which the power distribution and stability increased.
Verschiedene Vorteile der Ausführungsformen werden durch die im Folgenden gegebene Beschreibung der Figuren deutlich.Various Advantages of the embodiments are given by the following description of the figures clear.
Vorzugsweise,
aber nicht notwendig, in Verbindung mit einer der vorhergehenden
Ausführungsformen
werden verschiedene Ausführungsformen auch
dazu bereitgestellt, Signal- und Leistungsleitungen zu führen, die über einem
Zeilendecoder liegen.
Bevorzugt,
aber nicht notwendig, in Verbindung mit einer der vorherigen Ausführungsformen werden
auch verschiedene Ausführungsformen
bereitgestellt, um Signal- und Leistungsleitungen, die über einem
Spaltendecoder liegen, zu führen.
Der Fachmann erkennt, dass viele andere Permutationen der Leitungsführung in Betracht kommen, die in den allgemeinen Rahmen der beschriebenen Ausführungsformen fallen. Absolute Breiten und Abstände der Leitungen wurden nicht diskutiert, da diese im Allgemeinen eine Funktion des Bausteins und des Prozesserfordernisses sind. Solche kleineren Modifikationen und Implementierungsdetails sind durch die Ausführungsformen der Erfindung umfasst und sollen in den Umfang der Ansprüche fallen.Of the One skilled in the art recognizes that many other permutations of routing in Be considered that in the general context of the described embodiments fall. Absolute widths and distances of the lines were not as these are generally a function of the building block and of the process requirement. Such minor modifications and implementation details are through the embodiments of the invention includes and is intended to be within the scope of the claims.
Claims (29)
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