JPH0551993B2 - - Google Patents

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JPH0551993B2
JPH0551993B2 JP58005910A JP591083A JPH0551993B2 JP H0551993 B2 JPH0551993 B2 JP H0551993B2 JP 58005910 A JP58005910 A JP 58005910A JP 591083 A JP591083 A JP 591083A JP H0551993 B2 JPH0551993 B2 JP H0551993B2
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JP
Japan
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signal
memory cell
data line
capacitor
pair
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP58005910A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59132493A (en
Inventor
Tetsuo Matsumoto
Kazumichi Mitsusada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58005910A priority Critical patent/JPS59132493A/en
Publication of JPS59132493A publication Critical patent/JPS59132493A/en
Publication of JPH0551993B2 publication Critical patent/JPH0551993B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体記憶装置におけるメモリセ
ルアレイの初期値設定回路に関する。 ダイナミツクRAMのような随時読出し書込み
式の半導体メモリは、電源投入時における各メモ
リセルの状態(“0”または“1”)が一義的に定
められない。そのため、従来、このように初期状
態が不定なメモリを備えたマイクロコンピユータ
システムでは、例えば、メモリに画像データを書
き込んで使用するような場合、メモリ内の所定の
エリアにのみデータを書き込んで他の部分はメモ
リの初期状態をそのまま利用して、白地あるいは
黒地のバツクグランドを実現するようなことはで
きなかつた。 つまり、従来、ダイナミツクRAMでは、各メ
モリセルの初期状態が“0”になるか“1”にな
るか不定であつたため、システムを動作させる前
に予めメモリセルアレイ内のメモリセルに1ビツ
トずつデータ(初期値)を書き込んでやらなけれ
ばならなかつた。 そのため、特に大容量のメモリや複数個のメモ
リを有するようなシステムでは、全メモリセルの
初期設定に要する時間が非常に長くなつてしまう
という不都合があつた。 そこでこの発明は、複数個のメモリセルがマト
リツクス状に配設されてなるメモリセルアレイを
有する半導体記憶装置において、初期設定時に、
メモリセルアレイ内の同一行に属するすべてのメ
モリセルに同時に“0”または“1”を書き込む
ことによつて、複数ビツト同時に初期設定を行な
うことができ、これにより、メモリセルアレイ全
体の初期設定に要する時間を大幅に短縮できるよ
うにすることを目的とする。 以下図面を用いてこの発明を説明する。 先ず初めに、本発明が適用されるダイナミツク
RAMのメモリセルアレイおよびセンス系の基本
回路構成を第1図を用いて説明しておく。 第1図に示した回路では、Nチヤンネル
MISFET(Metal Insulator Semiconductor
Field Effect Transistor)を代表とするNチヤ
ンネルIGFET(Insulated−Gate Field Effect
Transistor)を例にして説明する。 1ビツトのメモリセルM−CELは、情報蓄積
用のキヤパシタCSとアドレス選択用の
MISFETQMとからなり、“1”、“0”の情報はキ
ヤパシタCSに電荷があるかないかの形で記憶され
る。 情報の読み出しは、MISFETQMをONにして
CSを共通のカラムデータ線DLにつなぎ、データ
線DLの電位がCSに蓄積された電荷量に応じてど
のような変化が起きるかをセンスすることによつ
て行なわれる。データ線DLの浮遊容量COに前も
つて充電されていた電位を電源電圧VCCとする
と、CSに蓄積されていた情報が“1”(VCCの電
位)であつた場合、アドレス時においてデータ線
DLの電位はVCCの電位のままであり、それが
“0”(0V)であつた場合、データ線DLの電位は
{CO・VCC−CS(VW−Vth)}/COとなる。但し、
VWはMISFETQMのゲート電圧、Vthは
MISFETQMのしきい値電圧である。ここで論理
“1”と論理“0”との間の差すなわち検出され
る信号量ΔVSは ΔVS=(VDL)“1”−(VDL)“0” =(VW−Vth)・CS/CO となる。VW=VCCとすると、信号量ΔVSは ΔVS=(VCC−Vth)・CS/CO となる。 メモリセルを小さくし、かつ共通のデータ線に
多くのメモリセルをつないで高集積大容量のメモ
リマトリクスにしてあるため、CS≪CO、すなわ
ち、CS/COは非常に小さな値になる。従つてΔVS
は非常に微少な信号となつている。 このような微少な信号を検出するための基準と
してダミーセルD−CELが用いられる。D−
CELはキヤパシタCdsの容量値がCSのほぼ半分で
あることを除き、M−CELと同じ製造条件、同
じ設計定数で作られている。キヤパシタCdsはア
ドレスに先立つてMISFETQD2によつて接地電位
に充電(他方の電極はVCCに固定)されている。
従つて、アドレス時に共通のカラムデータ線DL
に与える信号変化量ΔVRは、メモリセルのそれ
(ΔVS)と同様に次式で表わされる。但し、VDW
はMISFETQD2のゲート電圧、Vth′は
MISFETQD2のしきい値電圧である。 ΔVR=(VDW−Vth′)・Cds/CO VDW=VCCとすると、ΔVRは次式で表わされる。 ΔVR=(VCC−Vth′)・Cds/CO 前述したようにCdsはCSの約半分に設定されて
いるため、ΔVRはΔVSのほほ半分に等しい。従つ
て、メモリセルのデータ線DLに与える電位変化
がダミーセルのそれ(ΔVR)より小さいか大きい
かで“1”、“0”の情報が判別できる。 SA1はアドレス時に生ずるこのような電位変化
の差を、タイミング信号(センスアンプ制御信
号)φPAで決まるセンス期間に拡大するセンスア
ンプであり(動作は後述する)、1対の平行に配
置された相補データ線DL1-1、1-1にその入出
力ノードが結合されている。データ線DL1-1、
DL1-1に結合されるメモリセルの数は検出精度を
上げるため等しくされ、DL1-1、1-1のそれぞ
れに1個ずつダミーセルが結合されている。また
各メモリセルは1本のワード線WLと相補対デー
タ線の一方との間に結合される。各ワード線WL
は双方のデータ線対と交差しているので、ワード
線WLに生じる雑音成分が静電結合によりデータ
線にのつても、その雑音成分は双方のデータ線に
等しく現われ、差動型のセンスアツプSAによつ
て相殺される。 相補データ線DL1-1、1-1の一方に結合され
たメモリセルが選択された場合、他方のデータ線
には必ずダミーセルが結合されるよう1対のダミ
ーワード線DWL1-1、DWL1-2の一方が選択され
る。 このセンス・アンプSA1は1対の交差結合され
たMISFETQS3、QS9を有し、それらの正帰還作
用により、微少な信号を差動的に増幅する。この
正帰還動作はMISFETQS10がタイミング信号
(センスアンプ制御信号)φPAによつて導通し始め
ると同時に開始され、アドレシング時に与えられ
た電位差にもとづき、高い方のデータ線電位
(VH)は遅い速度で低い方のそれ(VL)は速い速
度で共にその差が広がりながら下降していく。こ
うしてVLが交差結合MISFETのしきい値電圧VTh
に下降したとき正帰還動作が終了し、VHの下降
はVCCより小さくVThより大きい電位に留まると
共に、VLは最終的には0Vに到達する。 アドレツシングの際、一旦破壊されたメモリセ
ルの記憶情報は、このセンス動作によつて得られ
たVHもしくはVLの電位をそのまま受け取ること
によつて回復する(再書き込みされる)。 しかしながら、VHがVCCに対して一定以上落ち
込むと、何回か読み出し、再書き込みを繰り返し
ているうちに論理“0”として読み取られるとこ
ろの誤動作が生じる。この誤動作を防ぐために設
けられたのがアクテイブリストア回路AR1であ
り、このAR1は、VLに対しては何らの影響を与
えずVHのみを選択的にVCCの電位にブーストする
働きがある。CB11及びCB12は図面左側の端子に印
加される電圧に応じてその静電容量が変化する
MIS型可変容量素子であり、論理的にはしきい値
電圧VThを基準として高い電圧でキヤパシタがで
き、低い方の電圧でキヤパシタができないと理解
されたい。 タイミング信号(アクテイブリストア制御信
号)φrgによつてMISFETQS4、QS5が導通したと
き、VHの電位にあるデータ線に属する可変容量
素子CBが充電され、次にタイミング信号(アク
テイブリストア制御信号)φrsがハイレベルにな
つたときそのデータ線に属するMISFETQS6又は
QS7のゲード電位がVCCより充分高くなりVHの電
位はVCCに回復される。この場合、QS6、QS7の電
力損失を小さくするためそれぞれのVThは*印の
ないMISFETに比べ小さく設計されている。 タイミング信号φPCがハイレベルのとき(VCC
より高い)MISFETQS2、QS3が導通し、相補デ
ータ線対DL1-1、1-1の浮遊容量COがVCCに予
充電される。このときMISFETQS1も同時に導通
するので、QS2、QS3による予充電にアンバランス
が生じても相補データ線対DL1-1、1-1は短絡
され同電位の条件に設定される。MISFETQS1か
らQS3はそれぞれのソース・ドレイン間に電圧損
失が生じないよう*印のないMISFETに比べVTh
が低く設定されている。 このときタイミング信号(デイスチヤージ制御
信号)φdcによつてMISFETQd2が導通しダミー
セルD−CELも同様に所定の状態にリセツトさ
れる。 タイミング信号(アドレスバツフア制御信号)
φAR(第3図参照)のタイミングでアドレスバツフ
アADBから供給されたロウアドレス信号AOない
しAiは、ロウ・カラムデコーダRC−DCRによつ
てデコード(解読)されワード線制御信号φXの
立上りと同時にメモリ・セルM−CEL及びダミ
ーセルD−CELのアドレツシングが開始される。 その結果、相補データ線対DL1-1、1-1の間
には前述した通りメモリ・セルの記憶内容にもと
づきほぼΔVS/2の電圧差が生じる。 タイミング信号(センスアツプ制御信号)φPA
によりMISFETQS10が導通し始めると同時にセ
ンスアンプSA1は正帰還動作を開始し、アドレス
時に生じたΔVS/2の検出信号を増幅する。増幅
動作がほぼ完了したのち、タイミング信号(アク
ティブリストア制御信号)φrsに同期して前述し
たアクテイブリストア回路AR1が論理“1”のレ
ベルをVCCに回復する。 タイミング信号(アドレスバツフア制御信号)
φACに同期してアドレスバツフアADBから送られ
てきたカラムアドレス信号Ai+1ないしAjはロウ・
カラムデコーダRC−DCRで解読され、次いでタ
イミング信号(カラムスイツチ制御信号)φYに
よつて選択されたカラムアドレスにおけるメモリ
セルM−CELの記憶情報がカラムスイツチC−
SW1を介してコモンデータ線CDL1、1に伝達
される。 次にタイミング信号(データ出力バツフア及び
メインアンプ制御信号)φOPによつてメインアン
プ・データ出力バツフアOA&DOBが動作し、読
み取つた記憶情報がチツプの出力端子Dputに送り
出される。なおこのOA&DOBは書き込み時には
タイミング信号(データ出力バツフア制御信号)
φRWにより不動作にされる。 書き込み動作時においてはプリチヤージ、アド
レツシング、センシングは前述の読み出し動作と
全く同じである。従つて相補データ線対DL1-1、
DL1-1には入力書き込み情報Dioの論理値にかま
わず本来書き込みを行なうべきメモリセルの記憶
情報が読み出される。この読み出し情報は後述の
書き込み動作によつて無視されることになつてい
るのでここまでの動作は実質的にはロウアドレス
の選択が行なわれていると考えてよい。 読み出し動作と同様、タイミング信号(カラム
スイツチ制御信号)φYに同期して選択されたカ
ラムに位置するデータ線対DL1-1、1-1がカラ
ムスイツチC−SW1を介してコモンデータ線
CDL1、1に結合される。 次にタイミング信号(データ入力バツフア制御
信号)φRWに同期してデータ入力バツフアDIBか
ら供給される相補書き込み入力信号dio、ioがカ
ラムスイツチC−SW1を介してメモリ・セルM−
CELに書き込まれる。このとき、センスアンプ
SA1も動作しているがデータ入力バツフアDIBの
出力インピーダンスが低いので、カラムデータ線
対DL1-1、1-1に現われる情報は入力Dioの情報
によつて決定される。 なお、リフレツシユはメモリセルM−CELに
記憶された失なわれつつある情報を一旦カラム共
通データ線DLに読み出し、読み出した情報をセ
ンスアツプSA1並びにアクテイブリストア回路
AR1によつて回復したレベルにして再びメモリセ
ルM−CELに書き込むことによつて行なわれる。
従つてリフレツシユの動作は読み出し動作で説明
したところのロウアドレツシングないしセンシン
グ期間の動作と同様である。ただしこの場合、カ
ラムスイツチC−SW1は不動作にして全カラム同
時にかつ各ロウ順番にリフレツシユが行なわれ
る。 以上、通常の読出し書込み動作およびリフレツ
シユについて説明したが、次に本発明による初期
設定動作について説明する。 第1の実施例においては、上記回路構成をそつ
くり使用し、ダミーセルD−CEL内の
MISFETQD2のゲート端子に供給されるタイミン
グ信号φdcの発生回路を第3図のように構成して
ある。つまり、外部から供給される信号
(行アドレス・ストローブ信号)に基づいて、タ
イミングジエネレータ11および12を介して発
生されるタイミング信号φdcpと、信号(列ア
ドレス・ストローブ信号)に基づいてタイミング
ジエネレータ13より発生されるイニシヤライズ
信号φINTとから、タイミングφdcが信号発生回路
14において形成されるようにされている。 通常の読出し、書込み動作のときは、イニシヤ
ライズ信号φINTがロウレベルにされており、
信号の立下がりに基づいて、タイミング信号φdc
が第2図に実線で示すようにハイレベルからロウ
レベルに変化される。これにより、ダミーセル内
のキヤパシタCdsが接地電位に充電されてから、
MISFETQD2がオフされ、前述したような読出
し、書込み動作が行なわれる。 しかして、例えば信号と信号の適当
な立下がりのタイミングの組合せにより、初期設
定モードであることが判別されると、タイミング
ジエネレータ13からハイレベルのイニシヤライ
ズ信号φINTが発生される。すると、信号発生回路
14から発生されるタイミング信号φdcが、第2
図に破線で示すように、連続してハイレベルにさ
れるようになる。 そのため、ダミーセルD−CELは、ダミーワ
ード線DWL1-1が選択レベルにされて
MISFETQD1がオンされ、また、センスアンプ
SA1がタイミング信号φPAによつてセンス動作を
開始しても、キヤパシタCdsとMISFETQD1、QD2
との接続ノードが接地電位のままにさせられる。
これによつて、データ線1-1は強制的に接地電
位にさせられ、データ線DL1-1のレベルのいかん
にかかわらず、一旦“0”が読み出されてから、
アクテイブリストア回路AR1によつてメモリセル
M−CELに“0”が書き込まれる。 しかも、このとき、アドレスデコーダRC−
DCRは、リフレツシユ動作の場合と同じように、
上記データ線DL1-1のみでなく、他のデータ線
DLもプリチヤージさせるようにされる。その結
果、選択レベルにされたワード線WL1-2に接続さ
れているすべてのメモリセルに同時に“0”が書
き込まれる。 上記実施例では、初期設定時にワード線ごとに
メモリセルに“0”を書き込むことができるよう
にされたものを説明した。次に、初期設定によ
り、メモリセル“0”または“1”を書き込むこ
とができるようにされた実施例を第4図および第
5図を用いて説明する。ただし、ここでは説明を
分かり易くするために、相補データ線対DL1-1お
よび1-1を左右に開き、かつ回路の要部のみ示
し、第1図の回路と同一構成である周辺部分につ
いては、図示および説明を省略する。 この実施例では、ダミーセルD−CEL内の
MISFETQD2がグランドラインに接続される代わ
りに、VDCライン15に接続されている。また、
新たに、VDC発生回路16と、上記VDCライン1
5をVDC発生回路16または接地電位に選択的に
接続させるためのレベル切換回路17とが設けら
れている。 レベル切換回路17はタイミングジエネレータ
13から発生されるイニシヤライズ信号φINTによ
つて制御されるようにされている。上記信号φINT
がロウレベルにされている通常の読出し、書込み
動作時には、レベル切換回路17が上記VDCライ
ン15を接地電位に接続させる。しかして、イニ
シヤライズ信号φINTがハイレベルにされる初期設
定時には、VDCライン15は書込みデータ(初期
値)に応じて、接地電位またはVDC発生回路に接
続される。 上記VDC発生回路16は、イニシヤライズ信号
φINTによつて、+5Vのような選択信号と同じレベ
ルの電圧VDCを発生するようにされている。そし
て、上記レベル切換回路17により、VDCライン
15がVDC発生回路16に接続されると、タイミ
ング信号φdcによつてMISFETQD2が連続的にオ
ン状態にさせられたとき、キヤパシタCdsとの接
続ノードをVDCライン15と同じ5Vにさせる。そ
のため、初期設定時には、データ線1-1が定常
的に5Vに引き上げられる。一方、データ線
DL1-1は、選択されたメモリセルに“1”が書き
込まれていても、データ線の浮遊容量COとキヤ
パシタCSに充電された電荷により5Vにさせられ
ているにすぎないため、センスアンプSA1は必ず
データを“0”と読み出し、続いてアクテイブリ
ストア回路AR1が選択されているメモリセルに
“0”を書き込む。 なお、VDCライン15が接地電位に接続された
場合には、第1の実施例と同様に、選択されたメ
モリセルには“1”が書き込まれる。 このように、上記実施例では、従来の回路をほ
とんど変更することなく、単に新たなタイミング
ジエネレータ13と信号発生回路14を設けるだ
けで、あるいは更にVDC発生回路16とレベル切
換回路17とを付加してやるだけで、一行ごとに
全メモリに“1”または“0”を同時に書き込む
ことができる。そのため、初期設定に要する時間
が、1ビツトずつ書き込みを行なう従来方式に比
べて大幅に短縮される。 また、上記実施例では、イニシヤライズ信号
φINTの発生を信号と信号のタイミング
の組合せによつて行なわせるようにされている
が、専用の外部端子から供給される制御信号に基
づいて発生させるようにしてもよい。あるいは、
RAS信号と信号(ライト・イネーブル信号)
等の他の外部信号との組合せに基づいてイニシヤ
ライズ信号φINTを発生させることもできる。 さらに、VDC発生回路16としては、上記実施
例のように専用の回路を設けてもよいが、入力バ
ツフア回路を兼用したり、アドレスバツフア回路
を兼用して、初期設定時にVDC(5V)を発生させ
て、切換回路17を介してダミーセルアレイに供
給させるようにすることも可能である。 第6図は本発明の更に他の実施例を示す。 この実施例では、メモリセルアレイ内の各デー
タ線DLごとに初期設定用MISFETQiが接続さ
れ、このMISFETQiのソースまたはドレイン端
子には初期設定用電圧VINTが供給される。また、
MISFETQiのゲート端子には、第5図のタイミ
ングジエネレータ13において発生されるような
イニシヤライズ信号φINTが供給されるようにされ
ている。 上記初期設定用電圧VINTは、第5図のVDC発生
回路16と同じような回路において発生され、書
き込むべきデータ(初期値)に応じて5Vまたは
接地電位(0V)にされる。従つて、初期設定時
に、信号と信号に基づいてハイレベル
のイニシヤライズ信号φINTが発生されると、
MISFETQiがオンされる。そのとき、発生され
ている電圧VINTがロウレベル(0V)のときには、
データ線DLは強制的に0Vにさせられる。そのた
め、データ線DLのレベルはダミーセル側のデー
タ線よりも低くなつて、選択されたメモリセ
ルから一旦“0”が読み出されてから、センスア
ンプSA内のアクテイブリストア回路によつて、
“0”が書き込まれる。一方、電圧VINTが5Vにさ
れていると、データ線DLはメモリセルのいかん
にかかわらず5Vにさせられるため、“1”が書き
込まれる。 なお、この実施例においても、初期値の書込み
はリフレツシユと同様にワード線ごとに行なわれ
る。つまり、外部アドレス方式では、1サイクル
ごとに外部よりアドレス端子に供給されるアドレ
ス信号によりワード線が一本ずつ選択されて、初
期値の書込みが行なわれて行く。 また、内部リフレツシユ機能付きのメモリで
は、外部により供給されるクロツク信号によつ
て、内部のアドレスカウンタが更新され、このア
ドレスカウンタによりワード線が一本ずつ順番に
選択されて、ワード線ごとに初期値の書込みが行
なわれて行く。 なお、この発明は実施例のようなダイナミツク
RAMのみでなく、スタテイツクRAMにも適用
できるものである。 この発明は以上説明したように構成されている
ので、初期設定時にメモリセルアレイ内の同一行
に属する(各ワード線に接続された)すべてのメ
モリセルに同時に“0”または“1”を書き込む
ことができ、複数ビツトを同時に初期設定するこ
とができる。これによつて、メモリセルアレイ全
体の初期設定に要する時間が大幅に短縮される。
例えば、メモリセルアレイがN×Nビツトのマト
リツクス状に構成されている場合には、設定時間
は1/N、つまり64KビツトRAMでは1/256に短縮
される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an initial value setting circuit for a memory cell array in a semiconductor memory device. In a semiconductor memory of a read/write type at any time, such as a dynamic RAM, the state ("0" or "1") of each memory cell when the power is turned on is not uniquely determined. Therefore, conventionally, in microcomputer systems equipped with memory whose initial state is undefined, for example, when writing image data to the memory and using it, data is written only to a predetermined area in the memory and other It was not possible to create a white or black background by directly using the initial state of the memory. In other words, in conventional dynamic RAM, it was unclear whether the initial state of each memory cell would be "0" or "1", so before operating the system, data was transferred one bit at a time to each memory cell in the memory cell array. (Initial value) had to be written. Therefore, especially in a system having a large capacity memory or a plurality of memories, there is an inconvenience that it takes a very long time to initialize all memory cells. Accordingly, the present invention provides a semiconductor memory device having a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix, at the time of initial setting.
By simultaneously writing “0” or “1” to all memory cells belonging to the same row in the memory cell array, multiple bits can be initialized at the same time. This reduces the time required to initialize the entire memory cell array. The aim is to significantly reduce time. The present invention will be explained below using the drawings. First of all, the dynamics to which the present invention is applied
The basic circuit configuration of the RAM memory cell array and sense system will be explained with reference to FIG. In the circuit shown in Figure 1, the N-channel
MISFET (Metal Insulator Semiconductor
N-channel IGFET (Insulated-Gate Field Effect Transistor)
Transistor) as an example. The 1-bit memory cell M-CEL has a capacitor C S for information storage and a capacitor C S for address selection.
MISFET Q M , and information of "1" and "0" is stored in the form of whether or not there is a charge in the capacitor C S. To read information, turn on MISFETQ M.
This is done by connecting CS to a common column data line DL and sensing how the potential of the data line DL changes depending on the amount of charge accumulated in CS . Assuming that the potential previously charged in the stray capacitance C O of the data line DL is the power supply voltage V CC , if the information stored in C S is "1" (potential of V CC ), then at address time data line
The potential of DL remains the potential of V CC , and if it is “0” (0V), the potential of data line DL is {C O · V CC −C S (V W −V th )}/ It becomes C O. however,
V W is the gate voltage of MISFETQ M , V th is
This is the threshold voltage of MISFETQ M. Here, the difference between logic “1” and logic “0”, that is, the detected signal amount ΔV S is ΔV S = (V DL ) “ 1 ” − (V DL ) “ 0 ” = (V W − V th )・C S /C O. When V W = V CC , the signal amount ΔV S becomes ΔV S = (V CC −V th )·C S /C O. Since the memory cells are made small and many memory cells are connected to a common data line to form a highly integrated and large capacity memory matrix, C S ≪ C O , that is, C S /C O , becomes a very small value. Become. Therefore ΔV S
is a very weak signal. A dummy cell D-CEL is used as a reference for detecting such a minute signal. D-
CEL is manufactured under the same manufacturing conditions and design constants as M-CEL, except that the capacitance value of capacitor C ds is approximately half that of C S . The capacitor C ds is charged to ground potential (the other electrode is fixed at V CC ) by MISFETQ D2 prior to addressing.
Therefore, the common column data line DL at address
The signal change amount ΔV R given to the memory cell (ΔV S ) is expressed by the following equation, similarly to that of the memory cell (ΔV S ). However, V DW
is the gate voltage of MISFETQ D2 , and V th ′ is
This is the threshold voltage of MISFETQ D2 . Assuming that ΔV R =(V DW −V th ′)·C ds /C O V DW =V CC , ΔV R is expressed by the following formula. ΔV R =(V CC −V th ′)·C ds /C O As mentioned above, since C ds is set to approximately half of C S , ΔV R is approximately equal to half of ΔV S. Therefore, "1" and "0" information can be determined depending on whether the potential change applied to the data line DL of the memory cell is smaller or larger than that of the dummy cell (ΔV R ). SA 1 is a sense amplifier that expands the difference in potential change that occurs during addressing into the sensing period determined by the timing signal (sense amplifier control signal) φ PA (the operation will be described later). Its input/output nodes are coupled to complementary data lines DL 1-1 and DL 1-1 . Data line DL 1-1 ,
The number of memory cells coupled to DL 1-1 is made equal to increase detection accuracy, and one dummy cell is coupled to each of DL 1-1 and DL 1-1 . Each memory cell is also coupled between one word line WL and one of a complementary pair of data lines. Each word line WL
crosses both data line pairs, so even if the noise component generated on the word line WL is transferred to the data line due to capacitive coupling, the noise component appears equally on both data lines, and the differential sense-up SA offset by. A pair of dummy word lines DWL 1-1 and DWL are connected so that when a memory cell coupled to one of the complementary data lines DL 1-1 and DL 1-1 is selected, a dummy cell is always coupled to the other data line. One of 1-2 is selected. This sense amplifier SA 1 has a pair of cross-coupled MISFETs Q S3 and Q S9 , and uses their positive feedback action to differentially amplify minute signals. This positive feedback operation starts at the same time that MISFETQ S10 starts conducting due to the timing signal (sense amplifier control signal) φ PA , and based on the potential difference applied during addressing, the higher data line potential (V H ) is slower. The one with the lower speed (V L ) descends at a faster speed while the difference between them widens. Thus V L is the threshold voltage V Th of the cross-coupled MISFET
The positive feedback operation ends when V H falls to 0 V, and V H remains at a potential smaller than V CC and larger than V Th , and V L eventually reaches 0 V. During addressing, the stored information in the memory cell that is once destroyed is recovered (rewritten) by directly receiving the potential of V H or V L obtained by this sensing operation. However, if V H falls below V CC by more than a certain level, a malfunction will occur that will be read as a logic "0" after reading and rewriting several times. The active restore circuit AR 1 was provided to prevent this malfunction, and this AR 1 has the function of selectively boosting only V H to the potential of V CC without having any effect on V L. There is. The capacitance of C B11 and C B12 changes depending on the voltage applied to the terminal on the left side of the drawing.
It is an MIS type variable capacitance element, and it should be understood that logically it can act as a capacitor at a higher voltage than the threshold voltage V Th , and cannot act as a capacitor at a lower voltage. When MISFETQ S4 and Q S5 are made conductive by the timing signal (active restore control signal) φ rg , the variable capacitance element C B belonging to the data line at the potential of V H is charged, and then signal) When φrs becomes high level, MISFETQ S6 or
The gate potential of Q S7 becomes sufficiently higher than V CC and the potential of V H is restored to V CC . In this case, in order to reduce the power loss of Q S6 and Q S7 , each V Th is designed to be smaller than the MISFET without an asterisk. When timing signal φ PC is high level (V CC
MISFETs Q S2 and Q S3 conduct, and the stray capacitance C O of the complementary data line pair DL 1-1 , 1-1 is precharged to V CC . At this time, MISFET Q S1 is also conductive at the same time, so even if an imbalance occurs in the precharging by Q S2 and Q S3 , the complementary data line pair DL 1-1 , 1-1 is short-circuited and set to the same potential condition. MISFETQ S1 to Q S3 have V Th lower than MISFETs without * to prevent voltage loss between their respective sources and drains.
is set low. At this time, the timing signal (discharge control signal) φ dc causes MISFET Q d2 to conduct, and the dummy cell D-CEL is similarly reset to a predetermined state. Timing signal (address buffer control signal)
The row address signals A O to A i supplied from the address buffer ADB at the timing of φ AR (see Figure 3) are decoded (deciphered) by the row/column decoder RC-DCR and output as the word line control signal φ Addressing of the memory cell M-CEL and the dummy cell D-CEL is started simultaneously with the rise of the dummy cell D-CEL. As a result, a voltage difference of approximately ΔV S /2 is generated between the complementary data line pair DL 1-1 , 1-1 based on the stored contents of the memory cells, as described above. Timing signal (sense up control signal) φPA
As soon as MISFETQ S10 starts to conduct, sense amplifier SA1 starts positive feedback operation and amplifies the detection signal of ΔV S /2 generated at the time of address. After the amplification operation is almost completed, the above-described active restore circuit AR 1 restores the logic "1" level to V CC in synchronization with the timing signal (active restore control signal) φ rs . Timing signal (address buffer control signal)
Column address signals A i+1 to A j sent from address buffer ADB in synchronization with φ AC are low.
The information stored in the memory cell M-CEL at the column address selected by the timing signal (column switch control signal) φ Y is decoded by the column decoder RC-DCR and then sent to the column switch C-DCR.
It is transmitted to the common data lines CDL 1 , 1 via SW 1 . Next, the main amplifier/data output buffers OA & DOB operate according to the timing signal (data output buffer and main amplifier control signal) φ OP , and the read storage information is sent to the output terminal D put of the chip. Note that this OA&DOB is a timing signal (data output buffer control signal) when writing.
φ Disabled by RW . During a write operation, precharging, addressing, and sensing are exactly the same as in the read operation described above. Therefore, complementary data line pair DL 1-1 ,
Memory information of the memory cell to which writing should originally be performed is read out from DL 1-1 regardless of the logical value of the input write information D io . Since this read information is to be ignored in the write operation described later, the operation up to this point can be considered to be essentially row address selection. Similar to the read operation, the data line pair DL 1-1 , 1-1 located in the selected column is connected to the common data line via the column switch C-SW 1 in synchronization with the timing signal (column switch control signal) φY .
Combined with CDL 1 , 1 . Next, complementary write input signals dio and io supplied from the data input buffer DIB in synchronization with the timing signal (data input buffer control signal) φRW are applied to the memory cell M- through the column switch C- SW1 .
Written to CEL. At this time, the sense amplifier
Although SA 1 is also operating, the output impedance of the data input buffer DIB is low, so the information appearing on the column data line pair DL 1-1 , 1-1 is determined by the information on the input D io . Note that in the refresh operation, the information that is being lost stored in the memory cell M-CEL is temporarily read out to the column common data line DL, and the read information is sent to the sense-up SA1 and the active restore circuit.
This is done by writing the memory cell M-CEL again to the level restored by AR1 .
Therefore, the refresh operation is similar to the row addressing or sensing period operation described in the read operation. However, in this case, the column switch C- SW1 is made inactive and refresh is performed simultaneously for all columns and for each row in turn. The normal read/write operation and refresh have been explained above, and next, the initial setting operation according to the present invention will be explained. In the first embodiment, the above circuit configuration is used in a modified form, and the dummy cell D-CEL is
The circuit for generating the timing signal φ dc supplied to the gate terminal of MISFETQ D2 is configured as shown in FIG. In other words, the timing signal φdcp is generated via the timing generators 11 and 12 based on the signal (row address/strobe signal) supplied from the outside, and the timing generator is generated based on the signal (column address/strobe signal). The timing φ dc is generated in the signal generation circuit 14 from the initialization signal φ INT generated by the generator 13 . During normal read and write operations, the initialization signal φINT is set to low level.
Based on the falling edge of the signal, the timing signal φ dc
is changed from high level to low level as shown by the solid line in FIG. This charges the capacitor C ds in the dummy cell to ground potential, and then
MISFETQ D2 is turned off and read and write operations are performed as described above. When it is determined that the mode is the initial setting mode, for example, by a combination of appropriate falling timings of the signals and the signals, the timing generator 13 generates a high-level initialization signal φ INT . Then, the timing signal φ dc generated from the signal generation circuit 14 is
As shown by the broken line in the figure, the level is continuously set to high. Therefore, dummy cell D-CEL has dummy word line DWL 1-1 set to the selection level.
MISFETQ D1 is turned on and the sense amplifier
Even if SA 1 starts sensing operation by timing signal φ PA , capacitor C ds and MISFETQ D1 , Q D2
The connection node with is left at ground potential.
As a result, the data line 1-1 is forced to the ground potential, and regardless of the level of the data line DL 1-1 , once "0" is read,
"0" is written into the memory cell M-CEL by the active restore circuit AR1 . Moreover, at this time, the address decoder RC-
DCR, as in the case of refresh operation,
Not only the above data line DL 1-1 but also other data lines
DL will also be pre-charged. As a result, "0" is simultaneously written into all memory cells connected to the word line WL 1-2 set to the selected level. In the embodiments described above, "0" can be written to the memory cells for each word line at the time of initial setting. Next, an embodiment in which memory cells "0" or "1" can be written in by initial setting will be described with reference to FIGS. 4 and 5. However, in order to make the explanation easier to understand, the complementary data line pairs DL 1-1 and 1-1 are opened to the left and right, and only the main parts of the circuit are shown, and the peripheral parts that have the same configuration as the circuit in Figure 1 are explained here. , illustration and explanation will be omitted. In this example, in the dummy cell D-CEL
Instead of being connected to the ground line, MISFETQ D2 is connected to the V DC line 15. Also,
Add a new V DC generation circuit 16 and the above V DC line 1.
A level switching circuit 17 is provided for selectively connecting V DC generating circuit 16 or ground potential. The level switching circuit 17 is controlled by an initialization signal φ INT generated from the timing generator 13. Above signal φ INT
During a normal read or write operation in which VDC is set to a low level, the level switching circuit 17 connects the V DC line 15 to the ground potential. Therefore, at the time of initialization when the initialization signal φ INT is set to a high level, the V DC line 15 is connected to the ground potential or to the V DC generation circuit depending on the write data (initial value). The V DC generation circuit 16 is configured to generate a voltage V DC at the same level as the selection signal, such as +5V, in response to the initialization signal φ INT . Then, when the V DC line 15 is connected to the V DC generation circuit 16 by the level switching circuit 17, when the MISFETQ D2 is continuously turned on by the timing signal φ dc , the capacitor C ds and The connection node of V DC line 15 is set to the same 5V. Therefore, during initial setting, the data line 1-1 is constantly pulled up to 5V. On the other hand, the data line
Even if "1" is written in the selected memory cell, DL 1-1 is only kept at 5V by the stray capacitance C O of the data line and the charge charged in the capacitor C S. The sense amplifier SA 1 always reads data as "0", and then the active restore circuit AR 1 writes "0" into the selected memory cell. Note that when the V DC line 15 is connected to the ground potential, "1" is written into the selected memory cell, similarly to the first embodiment. As described above, in the above embodiment, the conventional circuit is hardly changed, and the new timing generator 13 and signal generation circuit 14 are simply provided, or the V DC generation circuit 16 and the level switching circuit 17 are added. By simply adding this, it is possible to simultaneously write "1" or "0" to all memories for each line. Therefore, the time required for initial setting is significantly reduced compared to the conventional method in which writing is performed bit by bit. Furthermore, in the above embodiment, the initialization signal φ INT is generated based on a combination of signals and signal timings, but it is generated based on a control signal supplied from a dedicated external terminal. It's okay. or,
RAS signal and signal (write enable signal)
The initialization signal φ INT can also be generated based on a combination with other external signals such as . Further, as the V DC generation circuit 16, a dedicated circuit may be provided as in the above embodiment, but it may also be used as an input buffer circuit or an address buffer circuit, so that V DC (5V ) can be generated and supplied to the dummy cell array via the switching circuit 17. FIG. 6 shows yet another embodiment of the invention. In this embodiment, an initial setting MISFET Q i is connected to each data line DL in the memory cell array, and an initial setting voltage V INT is supplied to the source or drain terminal of this MISFET Q i . Also,
The gate terminal of MISFETQ i is supplied with an initialization signal φ INT such as that generated in the timing generator 13 of FIG. 5. The initial setting voltage V INT is generated in a circuit similar to the V DC generating circuit 16 in FIG. 5, and is set to 5 V or ground potential (0 V) depending on the data (initial value) to be written. Therefore, at the time of initialization, when a high level initialization signal φ INT is generated based on the signals,
MISFETQ i is turned on. At that time, when the voltage V INT being generated is low level (0V),
Data line DL is forced to 0V. Therefore, the level of the data line DL becomes lower than that of the data line on the dummy cell side, and after "0" is once read from the selected memory cell, the active restore circuit in the sense amplifier SA
“0” is written. On the other hand, if the voltage V INT is set to 5V, the data line DL is set to 5V regardless of the memory cell, so "1" is written. In this embodiment as well, initial value writing is performed for each word line, similar to refresh. That is, in the external addressing method, word lines are selected one by one by address signals supplied from the outside to address terminals every cycle, and initial values are written. In addition, in a memory with an internal refresh function, an internal address counter is updated by an externally supplied clock signal, and word lines are sequentially selected by this address counter, and each word line is initialized. Writing of values continues. Note that this invention does not apply to dynamic
It can be applied not only to RAM but also to static RAM. Since this invention is configured as described above, it is possible to simultaneously write "0" or "1" to all memory cells belonging to the same row (connected to each word line) in the memory cell array at the time of initial setting. It is possible to initialize multiple bits at the same time. This significantly reduces the time required to initialize the entire memory cell array.
For example, if the memory cell array is configured in a matrix of N.times.N bits, the setting time is reduced to 1/N, that is, 1/256 for a 64K bit RAM.

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

第1図は本発明が適用される半導体記憶装置の
一例としてのダイナミツクRAMの回路構成図、
第2図はその回路各部の信号のタイミングを示す
タイミングチヤート、第3図は本発明に係る初期
値設定回路の信号発生系の一例を示すブロツク
図、第4図は本発明が適用されるメモリ回路の要
部の他の構成例を示す回路説明図、第5図はこれ
に使用される信号発生系の一例を示すブロツク
図、第6図は、メモリ回路の要部の更に他の構成
例を示す回路図である。 M−ARY……メモリセルアレイ、M−CEL…
…メモリセル、D−CEL……ダミーセル、DL…
…データ線、WL……ワード線、ADB……アド
レスバツフア、SA……センスアンプ、φINT……
イニシヤライズ信号。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a dynamic RAM as an example of a semiconductor memory device to which the present invention is applied;
FIG. 2 is a timing chart showing the timing of signals in each part of the circuit, FIG. 3 is a block diagram showing an example of the signal generation system of the initial value setting circuit according to the present invention, and FIG. 4 is a memory to which the present invention is applied. A circuit explanatory diagram showing another example of the configuration of the main part of the circuit, FIG. 5 is a block diagram showing an example of the signal generation system used in this, and FIG. 6 is a still another example of the structure of the main part of the memory circuit. FIG. M-ARY...Memory cell array, M-CEL...
...Memory cell, D-CEL...Dummy cell, DL...
...Data line, WL...Word line, ADB...Address buffer, SA...Sense amplifier, φ INT ...
Initialization signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 情報蓄積用キヤパシタとアドレス選択用スイ
ツチとからなるメモリセルが複数個マトリツクス
状に配置され、上記メモリセルの入出力端子は複
数の相捕データ線対のいずれかに接続され、また
上記メモリセルのアドレス選択用スイツチの制御
端子は上記相補データ対と交差するように配設さ
れた複数のワード線のいずれかに接続されている
とともに、上記各相補データ線には上記情報蓄積
用キヤパシタの2分の1の容量値を有する比較用
キヤパシタと選択用スイツチと上記比較用キヤパ
シタに充電する充電用スイツチとからなるダミー
セルがそれぞれ接続され、上記ワード線を選択す
るアドレス信号は外部から与えられる第1の制御
信号に同期して取り込まれ、上記相補データ線対
を選択するアドレス信号は外部から与えられる第
2の制御信号に同期して取り込まれ、ダミーセル
内のキヤパシタには上記メモリセルの選択に先立
つて予め所定の電荷が充電されるとともに、いず
れかのメモリセルが選択されたときは当該メモリ
セルが接続されたデータ線と対をなすデータ線に
接続されているダミーセルが選択され、上記相補
データ線対に生じたレベル差が相補データ線対間
に設けられた差動型センスアツプによつて増幅さ
れて外部に出力可能にされた半導体記憶装置にお
いて、上記第1と第2の制御信号の組合せに基づ
いて決定される第1のモードではダミーセル内の
キヤパシタへの電荷充電タイミングを与える上記
充電用スイツチの制御信号が形成されるととも
に、上記第1と第2の制御信号の組合せに基づい
て決定される第2のモードでは上記ダミーセルを
介して上記相補データ線対の一方の電位を固定さ
せる信号が形成されて上記充電用スイツチに供給
され上記センスアツプが活性化されることにより
選択状態のメモリセルに初期値が書き込まれるよ
うに構成されてなることを特徴とする初期値設定
回路。
1 A plurality of memory cells each consisting of an information storage capacitor and an address selection switch are arranged in a matrix, the input/output terminals of the memory cells are connected to one of a plurality of pairs of mutually exclusive data lines, and the memory cells The control terminal of the address selection switch is connected to one of a plurality of word lines arranged to intersect with the complementary data pair, and each of the complementary data lines is connected to two of the information storage capacitors. A dummy cell consisting of a comparison capacitor having a capacitance value of 1/2, a selection switch, and a charging switch for charging the comparison capacitor is connected to each of the dummy cells, and the address signal for selecting the word line is supplied from the first The address signal for selecting the complementary data line pair is taken in in synchronization with a second control signal applied from the outside, and the address signal is sent to the capacitor in the dummy cell prior to selection of the memory cell. A predetermined charge is charged in advance, and when any memory cell is selected, a dummy cell connected to the data line that is paired with the data line to which the memory cell is connected is selected, and the complementary data is In a semiconductor memory device in which a level difference generated between a pair of lines is amplified by a differential sense-up provided between a pair of complementary data lines and can be output to the outside, a combination of the first and second control signals is provided. In the first mode determined based on the above, a control signal for the charging switch that gives the charge timing to the capacitor in the dummy cell is formed, and the first mode is determined based on the combination of the first and second control signals. In the second mode, a signal for fixing the potential of one of the pair of complementary data lines is formed via the dummy cell, and is supplied to the charging switch, activating the sense-up to activate the selected memory cell. An initial value setting circuit characterized in that the initial value setting circuit is configured such that an initial value is written into the circuit.
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