JPH0316094A - ダイナミック型半導体記憶装置 - Google Patents

ダイナミック型半導体記憶装置

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JPH0316094A
JPH0316094A JP1339799A JP33979989A JPH0316094A JP H0316094 A JPH0316094 A JP H0316094A JP 1339799 A JP1339799 A JP 1339799A JP 33979989 A JP33979989 A JP 33979989A JP H0316094 A JPH0316094 A JP H0316094A
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memory cell
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bit line
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Yoshiji Oota
佳似 太田
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    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/565Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using capacitive charge storage elements

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明は、ダイナミック型半導体記憶装置の改良に関し
、更に詳細には、ダイナミックメモリ素子の高性能化を
可能にする新規な構或を備えたダイナミック型半導体記
・iハ装置に関するものである。
く従来の技術〉 近年・ダイナミック型半導体記憶装置の高集積化は凄ま
じい勢いで進んでいるが、1ビット当た!)2素子(l
}ヲンジスタと1キャパシタ)のメモリセノレ構或は変
化していない。
第2図は従来のダイナミック型半導体記憶装置の構或を
示す回路図である。
図に於いて、20は従来の方式によるメモリセノレ(1
ビット分)、2lは蓄積容量、22は選択手段となるト
ランスファゲート、23は蓄積ノードである。
一方、キャパシタの蓄積容量は、ソフトエラーなどの信
頼性Q点からち1り小さく出来ないという制約がある。
そこで昨今の高集積化に釦いては、いかに小さな面積に
最小限必要な蓄積容量を確保するかという、プロセス面
からのアプローチが主になされてかり、従来のデレーナ
型に対して、溝堀ジ型や積み上げ型、或いはそれらを組
み合わせたメモリセルが開発されている。
く発明が解決しようとする課題〉 しかし、この様な3次元的なメモリセルは、製造工程で
の問題点が非常に多く、高信頼性を確保するのに大変な
開発期間を要する。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、2
トランジスタ及び従来と同じ蓄積容量のlキャパシタの
3素子で2ビット分の情報を蓄える、すなわちlビット
当たり1.5素子のメモリ素子の提供を目的とする。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特長は、
本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう
く課題を解決するための手段、作用〉 本願にかいて開示される発明の概要を簡単に説明すれば
、下記の通りである。すなわち、情報の入出力に供する
相補なる第1および第2のビット線と,情報を記憶する
蓄積容量手段と、該蓄積容量手段を指定する第1 2お
よび第2の選択手段を備え、前記相補なるビット線の第
lのビット線に前記第lの選択手段を介して前記蓄積容
量手段の一端を接続し、該蓄積容量手段の他端を前記第
2の選択手段を介して前記相補なるピット線の第2のビ
ット線に接続してなるメモリセル構造を有し、該メモリ
セルに極性の正負、および2種類の蓄積電荷量をもって
、4値すなわち2ピットの情報を記憶することで、1ビ
ット当たv1.5素子のメモリセルが従来以上の読み出
しマージンで実現できることを特徴とするものである。
く実施例〉 第1図は、本発明の一実施例を示すダイナミック型半導
体記憶装置のメモリセル及び読み出し、書き込みのため
の回路図である。
第8図は、第l図の動作を説明するための入力タイミン
グ波形を、第4図及び第5図は、同じく第l図の回路の
動作を説明するためのビット線の読み出し時の波形を示
すものである。
図に於いて、10は本発明の方式によるメモリセノレ(
2ビット分)、11ぱ蓄積容量、12.13は第1及び
第2の選択手段となるトランヌファゲー},14,15
は蓄積ノード、16.17ぱセンヌアンプである。
以下で、第1図の回路動作の説明を行なう。
ここでは、ワード線WLL+及びビット線BLLI,B
LLIで選択されるメモリセ/L/ l Qの、(1)
読み出し、(2)再書き込み、(3)プリチャージ及び
(4)書き込み動作について考える。
第3図に第1図の動作を説明するための入力タイミング
波形を示す。
Fi+  読み出し動作 第3図の時刻toに釦いて、NEQ,PEQが図の様に
変化すると、第1図のビット線イコライズ回路のトラン
ジスタは全てオフし、ビット線のプリチャージが終了し
て、いずれも電圧が1/2Vcc  となる。
続いて、BLLI.BLLIにつながるメモリ七ノレ1
0が選択されるとCUT 2のトランジスタをオフし、
時刻t1にワード線WLLIを立ち上げる。
すると、蓄積容量1lに蓄えられていた情報がビット線
BLLI,BLRI,SBLI.SBL2に電荷転送さ
れる。
さらに時刻t2にかいてCUTI,REQを立ち下げる
と、メモリセル側のビット線とセンスアンプが切り離さ
れ、SBLIとSBL2及びSBL 1とSBL2も切
り離される。これでメモリセ/v10の同じ情報をセン
スアンプl6と17が別々に持ったことになる。
そこで時刻t3にUP,DOWNを第3図の様に変化さ
せた後、時刻t4でSASによるセンスアンプ動作を始
め、時刻t5でCUTI,CUT2を立ち上げてセンス
アンプとメモリセル側のビット線を接続して、SASに
よるプルアップを行う。
最後に、時刻t6でCSELを立ち下げ、増幅されたメ
モリセルの情報をデータ線に転送し、読み出し動作を完
了する。
尚、時刻t3におけるビット線SB Ll ,SBL 
1及びSBL2.SBL2CI変化を以下に詳述する。
本発明のメモリセルは、一つの蓄積容量に2ヒ:″ット
の情報を蓄えるため、メモリセルカ情報を保持している
時の蓄積ノード14.15の電圧の状aは,以下第1表
の通ク4種類ある。表中のデータとは、データ線DI.
D2に出力さ電圧に゜対応する。
第1表 このうち、DI=H.D2=Hの情報を読み出す時の状
態を示したのが第4図、D I =H−,’D2=Lの
情報を読み出す時の状態を示したのが第5図である。D
I=L.D2=Lの場合は、SEL2を入れ換えれば、
又、DI=L,D2=Hの場合は、第5図にてSBLI
とSBLI及びSBL2とSBL2を入れ換えれば等価
なので、前の2つについてだけ説明する。
1ず、DI=H,D2=Hの情報を読み出す場合、第4
図のようにワード線が立ち上がる時刻t1では、各々相
補なるビット線対には、AVの電位差が生じる。時刻t
3では、UP及びDOWNの信号によって、SBLI,
SBL2は1/3JVだけ電位が上げられ、一方SB 
LISBL2はl/3JVだけ電位が下げられる。
しかし、S BLIとSBLI,及びSBL2とSBL
2の電圧は、逆転することなく、時刻t4以降のセンス
動作の後、DI.D2ともVccレベノレが出力される
他方、DI=HゎD2=Lの情報を読み出す場合、第5
図のようにワード線が立ち上がる時刻tiでは、各々相
補なるビット線対には,1/3dVの電位差しか生じな
い。そこで、時刻t3に、UP及びDOWNの信号によ
って、SBLI,SBL2は1/3JVだけ電位が上げ
られ,一方、SBLI,SBL2は1/3,dVだけ電
位が下げられると、SBL2とSBL2の電位は、逆転
してし1う。従って、時刻t4以降のセンス動作の後,
DIにぱVcc,D2にはGNDレベルが出力される。
尚,I73JVの値は、ビット線の寄生容量をCB、メ
モリセルの蓄積容量をCSとすると、であり、CB/C
S比が2以上の時、これは,1ビットにCSを用いてい
る従来方式の場合の値、 よシ大きく、実用的なCB/CS比が10前後であるこ
とを考えるとビット線の読み出し電圧、すなわち読み出
しのマージンは、本発明の方が優れていることが分かる
(2)再書き込み動作 第3図の時刻t7で、CSELを立ち下げ、テ゜一夕線
を切ジ離し、さらに時刻七3で、CUT1,CUT2を
立ち下げ、センスアンプも切り離す。
こうしてメモリセル側のビット線をフローティングにし
てから、時刻t9でBLS2を立ち下げ,メモリセルl
Oが繋がっていない側のビット線BLL2,BLR2及
びB LL 2 ,BLR2を2分割する。
その後、時刻tloにメモリセ#10が繋がっている側
のWEQLを立ち下げて、BLL2をBLL1とBLR
Iに、また、BLL2をBLLIとBLRIK接続する
この結果、下の第2表のごとく電位が変化して、選択さ
れているメモリセ/L/10の蓄積ノード14.15に
ワード線を立ち上げる前と同じ電圧が書き込まれ、蓄積
容量1lには、その電圧に相当する電荷が蓄えられる。
第2表 こうして、時刻tllにワード線WLL+が立ち下がっ
て、再書き込みを終了する。
(3)プリチャージ動作 続くプリチャージでは、時刻tl2に,UP,DOWN
.  BLS2,WEQL.NEQ,PEQをサイクノ
レの最初の状態に戻して、メモリセル側のビット線の電
圧を電荷分割で全てl/2Vccとし、SAS,SAS
も1/2Vcc に戻して、センスアンプを止める。
最後に、時刻113で、CUTI,CUT2,REQを
立ち上げてプリチャージ動作を完了する。
(4)書き込み動作 読み出し時は、第3図の時刻t6で、CSELを立ち上
げる!ではデータ線がフローティングになっている。一
方、書き込み時は、このデータ線が、書N込みデータの
H (Vc c 乃・L(GND )に固定されて耘り
、時刻t6の後、ビット線の読み出しデータは、この書
き込みデータに置き換えられる。
時刻t7以降は、(2)の再書き込み時と同じ動作によ
って、新しい情報がメモリセルに書き込まれる。
第6図は第2の実施例を示す。第1図と異なる点として
、書き込み用回路のWEQRをゲートとするトランジス
タは必要がない。壕た、センスアンプのSAS,SAS
’e各々のセンスアンプ用に2種類用意し(SASI,
SAS2,作をl6よク遅らせることで、読み出し用回
路のキャパシタはUP信号のみで、SEL2.SBL2
のみをプーストしても良い。
第7図は第3の実施例を示す。第6図と異なる点として
、読み出し用回路はSBL2.SLB2をブーストする
ことができるとともにSBL I.SLBIをもブース
トすることができる。また、ビット線センスアンプ切離
し回路および書き込み用回路のトランスファゲートを相
補型としている。
く発明の効果〉 以上の様に、本発明によれば、1ビット当たり1.5素
子のメモリセルが従来以上の読み出しマージンで実現で
きるため、ダイナミック型半導体記憶装置の高集積化に
大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例の構戊を示す回路図、
第6図は、本発明の第2の実施例の構或を示す回路図、
第7図は、本発明の第3の実施例の構或を示す回路図、
第2図は、従来のダイナミック型半導体記憶装置の構或
を示す回路図、第3図は、第1図の動作を説明するため
の入力タイミング波形図、第4図及び第5図は、同じく
第l図の回路の動作を説明するためのビット線の読み出
し時の波形を示す図である。 符号の説明 lO二本発明の方式によるメモリセ/v(2ビット分)
、l1:蓄積容量、12,l{:第1及び第2の選択手
段となるトランスファゲー}、14.l5:蓄積ノード
、16.17:センスアンプ、20:従来の方式による
メモリセ/v(1ビット分冫、2l:蓄積容量、22:
選択手段となるトランスファゲート、28:蓄積ノード

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、情報の入出力に供する相補なる第1および第2のビ
    ット線と、情報を記憶する蓄積容量手段と、該蓄積容量
    手段を指定する第1および第2の選択手段を備え、前記
    相補なるビット線の第1のビット線に前記第1の選択手
    段を介して前記蓄積容量手段の一端を接続し、該蓄積容
    量手段の他端を前記第2の選択手段を介して前記相補な
    るビット線の第2のビット線に接続してなるメモリセル
    構造を有し、該メモリセルに極性の正負、および2種類
    の蓄積電荷量をもって、4値すなわち2ビットの情報を
    記憶することを特徴とするダイナミック型半導体記憶装
    置。 2、前記相補なる第1および第2のビット線に、各々異
    なった電圧の変化を与え、前記メモリセルより読み出さ
    れた電位差を、前記蓄積容量手段の蓄積電荷量が多い場
    合はそのまま、少ない場合は逆転させることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のダイナミック型半導体記
    憶装置。 3、前記相補なる第1および第2のビット線に、第3の
    選択手段を介して第1の差動増幅器が、また第4の選択
    手段を介して第2の差動増幅器が各々接続され、前記第
    1のビット線に第3の選択手段を介して接続される第1
    の差動増幅器の入力および第4の選択手段を介して接続
    される第2の差動増幅器の入力と、各々の差動増幅器の
    もう一方の入力とで、異った電圧の変化を与えることで
    、前記メモリセルより読み出された電位差を、前記蓄積
    容量手段の蓄積電荷量が多い場合はそのまま、小さい場
    合は前記第1または第2のどちらか一方の差動増幅器の
    入力の電位差を逆転させることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のダイナミック型半導体記憶装置。
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