JPH0731909B2 - 半導体記憶装置の動作方法 - Google Patents

半導体記憶装置の動作方法

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JPH0731909B2
JPH0731909B2 JP61142821A JP14282186A JPH0731909B2 JP H0731909 B2 JPH0731909 B2 JP H0731909B2 JP 61142821 A JP61142821 A JP 61142821A JP 14282186 A JP14282186 A JP 14282186A JP H0731909 B2 JPH0731909 B2 JP H0731909B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、半導体記憶装置の動作方法に於いて、メモリ
・セルに蓄積された情報を読み出すことによって発生す
るビット線間の微少な差電圧をセンス増幅器に取り込ん
だ後は、読み出しを行ったメモリ・セルが接続されてい
る側のビット線のみを動作させることに依り、ビット線
の充放電電流を略1/2に低減させるようにしたものであ
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、1トランジスタ・1キャパシタ型ダイナミッ
ク・ランダム・アクセス・メモリ(dynamic random a
ccess memory:DRAM)として知られている半導体記憶装
置を動作させる方法の改良に関する。
〔従来の技術〕
一般に、1トランジスタ・1キャパシタ型DRAMに於いて
は、微小な信号を一対のビット線間の差電圧として読み
出している為、ビット線等は電気的に、また、パターン
的に対称に形成されている。
第5図は従来の半導体記憶装置を説明する為の要部回路
説明図を表している。
図に於いて、BL及び▲▼はビット線、WL0及びWL1
ワード線、MC1及びMC2はメモリ・セル、C1及びC2は情報
蓄積キャパシタ、SAはセンス増幅器をそれぞれ示してい
る。
第6図は第5図に見られる半導体記憶装置の動作タイミ
ングを説明する為のタイミング・チャートを表し、第5
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは
同じ意味を持つものとする。
図に於いて、VCCは正側電源電圧、VSSは接地側電源電圧
をそれぞれ示している。
このような半導体記憶装置に於ける情報の読み出し動作
は良く知られているが、その概略を第5図及び第6図を
参照しつつ記述すると次の通りである。
当初、ビット線BL及び▲▼を1/2VCCにプリ・チャー
ジする。
次に、例えばワード線WL0のレベルを上昇させ、メモリ
・セルMC1を選択する。
メモリ・セルMC1に於ける情報蓄積キャパシタC1のレベ
ルは、情報“0"が蓄積されている場合にはVVSS、例えば
0〔V〕に、そして、情報“1"が蓄積されている場合に
はVCC、例えば5〔V〕になっている。
その情報はビット線BL及び▲▼に微小な差電圧とし
て読み出され、その後、センス増幅器SAが動作して該差
電圧を増幅する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記説明から判るように、従来の半導体記憶装置に於い
ては、例えばビット線BLに接続されているメモリ・セル
を読み出しの対象として選択した場合であっても、ビッ
ト線BLもビット線▲▼と同様に充放電させている。
そのようにする理由は、前記したように、ワード線WL0
を立ち上げてから或る時間たつとビット線BL及び▲
▼間に差電圧を生ずるが、その差電圧が極めて微小であ
ることに依る。
即ち、一般に、ビット線の容量は、メモリ・セルに於け
る容量の10倍程度もあるので、読み出しの場合、メモリ
・セルの蓄積電荷をビット線に放出してもビット線間の
差電圧は僅かであり、従って、雑音に埋もれてしまう虞
が大きい。
そこでビット線BL及び▲▼を折り返しにして対称的
に動作させているものであり、従って、情報の読み出し
自体には不必要なビット線も動作させるようになってい
る。
然しながら、近年、市販されようとしている1Mビットの
DRAMに於いては、ビット線が例えば約4000対、即ち、80
00本もあるので、その充放電に依る消費電流は極めて大
きいものとなり、しかも、そのうち4000本分は情報の読
み出し自体には直接関与しないものである。
本発明は、読み出されようとするメモリ・セルが接続さ
れているビット線と対になっているビット線の動作を或
る時点から禁止することができる構成にして消費電流を
低減させた半導体記憶装置を提供する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に依る半導体記憶装置の動作方法に於いては、メ
モリ・セル(例えばメモリ・セルMC1MC2)が接続され且
つ電源電圧の中間電位に充電される2本のビット線(例
えばビット線BL及び▲▼)をセンス増幅器(例えば
センス増幅器SA)と結ぶゲート・トランジスタ(例えば
ビット線切断及び接続用トランジスタQ1及びQ2)をメモ
リ・セルの読み出し時にはオン状態として該ビット線を
2本ともセンス増幅器と導通させ、次いで、前記ゲート
・トランジスタをオフにした状態で前記センス増幅器に
て差電圧(例えば1/2VCC±αに於けるα)の増幅を行
い、その後、読み出しが行われたメモリ・セル(例えば
メモリ・セルMC1)が接続されている側のビット線(例
えばビット線BL)のみをセンス増幅器と導通させる為に
対応する側の前記ゲート・トランジスタ(例えばビット
切断及び接続用トランジスタQ1)をオンにするようにし
ている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、メモリ・セルに蓄積された
情報を読み出すことによって発生するビット線間の微少
な差電圧をセンス増幅器に取り込んだ後は、読み出しを
行ったメモリ・セルが接続されている側のビット線のみ
を動作させることになるから、ビット線の充放電電流を
略1/2に低減させることが可能であり、大規模の半導体
記憶装置を動作させる場合に好適である。
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部回路説明図を表し、第5
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは
同じ意味も持つものとする。
図に於いて、Q1及びQ2はビット線切断及び接続用トラン
ジスタ、φLはトランジスタQ1の制御信号、φRはトラ
ンジスタQ2の制御信号、N1及びN2はノードをそれぞれ示
している。
図から明らかなように、本実施例に於いては、センス増
幅器SAとビット線BL及び▲▼との間にトランジスタ
Q1及びQ2を介在させ、そのトランジスタQ1及びQ2をオン
・オフさせることに依り、ビット線BL及び▲▼をセ
ンス増幅器SAと接続したり或いは遮断したりすることが
できるようになっている点で第5図に見られる従来例と
相違している。
第2図は第1図に見られる本発明一実施例に於ける動作
タイミングを説明する為のタイミング・チャートを表
し、第1図、第5図、第6図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
第1図に見られる本発明一実施例の動作を第2図に見ら
れるタイミング・チャートを参照しつつ説明する。尚、
本実施例に於いては、情報読み出しの為に選択されるメ
モリ・セルMC1の情報蓄積キャパシタC1には情報“0"、
即ち、レベルとしてはVSS(例えば0〔V〕)が蓄積さ
れているものとする。
当初、制御信号φL及びφRのレベルをVCC+Vth以上に
上昇させてトランジスタQ1及びQ2をオン状態にする。
次に、プリ・チャージを行い、ビット線BL及び▲
▼、ノードN1及びN2を1/2VCCのレベルにする。
次に、ワード線WL0のレベルを上昇させてメモリ・セルM
C1を選択する。
情報蓄積キャパシタC1のレベルはVSSであるから、メモ
リ・セルMC1にはビット線BLから電荷が流れ込み、従っ
て、ビット線BLのレベルは僅かに下降し、また、トラン
ジスタQ1がオンになっていることから、ビット線BLとノ
ードN1とは接続された状態にあり、従って、ノードN1の
レベルも同様に下降する。
このような状態になると、ノードN1とN2との間に差電圧
が発生する。
次に、制御信号φL及びφRのレベルを下降させ、それ
に依り、トランジスタQ1及びQ2をオフ状態にする。
次にセンス増幅器SAを活性化し、ノードN1及びN2間の差
電圧を増幅する。
この動作に依り、ノードN1のレベルはVSSになり、ま
た、ノードN2のレベルは1/2VCCを維持する。
次に、アクティブ・リストア回路(図示せず)を活性化
し、ノードN2に於けるレベルを引き上げでVCCとする。
次に、選択されたメモリ・セルMC1が接続されている側
のビット線BLに介在するトランジスタQ1をオンにする
為、制御信号φLを再び上昇させる。尚、このように制
御信号φLのみを選択して上昇させるには、メモリ・セ
ルMC1を選択したアドレス信号をもとにすれば簡単に実
施することができる。
ビット線BLに於けるレベルは、前記したように、1/2VCC
より僅かに低下した状態にあるが、ノードN1に於けるレ
ベルはVSSであり、そこでトランジスタQ1がオンになる
とビット線BLからノードN1に対して電荷が流れ込み、そ
の結果、ビット線BLのレベルもVSSになるので、メモリ
・セルMC1には再び情報“0"が書き込まれるものであ
る。
また、ビット線▲▼側に於いては、制御信号φRの
レベルがVSSであることからトランジスタQ2はカット・
オフのままであり、レベルは変化することなく1/2VCC
維持し、充放電は行わないから消費電流は低減される。
ところで、第1図に見られる半導体記憶装置に於けるセ
ンス増幅器SAは、実際には、フリップ・フロップであ
り、それに依ってビット線BL及び▲▼間の差電圧を
増幅するようにしている。
そのフリップ・フロップは、ビット線BL及び▲▼の
うち、ハイ・レベル(“H"レベル)側はそのままにし、
ロー・レベル(“L"レベル)側をVSSにすることができ
る構成になっている。従って、通常の半導体記憶装置で
は、“H"レベル側のビット線は、後に、レベル上昇させ
る必要があり、それを行うのがアクティブ・リストア回
路である。
従来、アクティブ・リストア回路は、センス増幅器内に
設けられるようになっていて、図示していないが、第1
図に見られる実施例に於いても、センス増幅器SA内に設
置してある。
このような構成にした場合、トランジスタQ1及びQ2を動
作させる為の制御信号φL及びφRのレベルをVCC+Vth
以上にする必要がある。
その理由は、前記第1図及び第2図に関して説明した半
導体記憶装置の動作に於いて、ノードN1に於けるレベル
がVCCになった場合、そのVCCなるレベルをビット線BLに
伝える為、トランジスタQ1をオンにするには、そのゲー
トに印加する制御信号φLをVCC+Vth以上にしなければ
ならないからである。
然しながら、そのように、電源電圧以上の電圧を得るに
は、ブートストラップ回路を用いるなど厄介なことにな
る。
第1図に見られる実施例に於いて、そのような煩雑さを
回避したければ、次に説明する実施例を用いると良い。
第3図は本発明に於ける他の実施例の要部回路説明図を
表し、第1図及び第2図に於いて用いた記号と同記号は
同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、AR1及びAR2はアクティブ・リストア回路、
φARL及びφARRはアクティブ・リストア回路の制御信号
をそれぞれ示している。
図から明らかなように、本実施例に於いては、アクティ
ブ・リストア回路AR1及びAR2をセンス増幅器SAの外に出
し、それぞれ対応するビット線BL及び▲▼に接続し
た点で第1図に見られる実施例と相違している。
第4図は第3図に見られる実施例に於ける動作タイミン
グを説明する為のタイミング・チャートを表し、第1図
乃至第3図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示す
か或いは同じ意味を持つものとする。
第4図に見られる本発明一実施例の動作を第3図に見ら
れるタイミング・チャートを参照しつつ説明する。尚、
本実施例に於いては、情報読み出しの為に選択されるメ
モリ・セルMC1の情報蓄積キャパシタC1には情報“1"、
即ち、レベルとしてはVCC(例えば5〔V〕)が蓄積さ
れているものとする。
当初、制御信号φL及びφRのレベルをVCCに上昇させ
てトランジスタQ1及びQ2をオン状態にする。
次に、プリ・チャージを行い、ビット線BL及び▲
▼、ノードN1及びN2を1/2VCCのレベルにする。
次に、ワード線WL0のレベルを上昇させてメモリ・セルM
C1を選択する。
情報蓄積キャパシタC1のレベルはVCCであるから、メモ
リ・セルMC1からビット線BLに対して電荷が放出され、
従って、ビット線BLのレベルは僅かに上昇し、また、ト
ランジスタQ1がオンになっていることから、ビット線BL
とノードN1とは接続された状態にあり、従って、ノード
N1のレベルも同様に上昇する。
このような状態になると、ノードN1とN2との間に差電圧
が発生する。
次に、制御信号φL及びφRのレベルを下降させ、それ
に依り、トランジスタQ1及びQ2をオフ状態にする。
次に、センス増幅器SAを活性化し、ノードN1及びN2間の
差電圧を増幅する。
この動作に依り、ノードN2のレベルはVSSになり、ま
た、ノードN1のレベルは1/2VCC+αを維持する。
次に、選択されたメモリ・セルMC1が接続されている側
のビット線BLに介在するトランジスタQ1をオンにする
為、制御信号φLを再び上昇させる。尚、制御信号φL
のレベルがVCCであることは云うまでもない。
ビット線BLに於けるレベルは、1/2VCCより僅かに上昇し
た状態にあり、また、ノードN1に於けるレベルも1/2VCC
より僅かに高い状態にあるからトランジスタQ1がオンに
なってもビット線BLのレベルに変化はない。
次に、選択されたメモリ・セルMC1が接続されている側
のビット線BLのレベルを上昇させる為、制御信号φARL
を上昇させてアクティブ・リストア回路AR1を活性化す
る。
このアクティブ・リストア回路AR1の作用に依り、ビッ
ト線BLは1/2VCC+αからVCCにチャージ・アップされ、
メモリ・セルMC1には再び情報“1"であるVCCが蓄積され
る。
前記のような動作を行っている間中、ビット線▲▼
側に於いては、制御信号φRのレベルがVSSであること
からトランジスタQ2はカット・オフのままであり、ま
た、制御信号φARRのレベルもVSSであるから、レベルは
1/2VCCを維持し続けて充放電は行われない。
〔発明の効果〕
本発明に依る半導体記憶装置の動作方法に於いては、メ
モリ・セルが接続され且つ電源電圧の中間電位に充電さ
れる2本のビット線をセンス増幅器と結ぶゲート・トラ
ンジスタをメモリ・セルの読み出し時にはオン状態とし
て該ビット線を2本ともセンス増幅器と導通させ、次い
で、前記ゲート・トランジスタをオフにした状態で前記
センス増幅器にて差電圧の増幅を行い、その後、読み出
しが行われたメモリ・セルが接続されている側のビット
線のみをセンス増幅器と導通させる為に対応する側の前
記ゲート・トランジスタをオンにするようにしている。
前記構成を採ることに依り、メモリ・セルに蓄積された
情報を読み出すことによって発生するビット線間の微少
な差電圧をセンス増幅器に取り込んだ後は、読み出しを
行ったメモリ・セルが接続されている側のビット線のみ
を動作させることになるから、ビット線の充放電電流を
略1/2に低減させることが可能であり、大規模の半導体
記憶装置を動作させる場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部回路説明図、第2図は第
1図に見られる実施例に於ける動作タイミングを説明す
る為のタイミング・チャート、第3図は本発明に於ける
他の実施例の要部回路説明図、第4図は第3図に見られ
る実施例に於ける動作タイミングを説明する為のタイミ
ング・チャート、第5図は従来例の要部回路説明図、第
6図は第5図に見られる従来例に於ける動作タイミング
を説明する為のタイミング・チャートをそれぞれ示して
いる。 図に於いて、BL及び▲▼はビット線、WL0及びWL1
ワード線、MC1及びMC2はメモリ・セル、C1及びC2は情報
蓄積キャパシタ、SAはセンス増幅器、Q1及びQ2はビット
線切断及び接続用トランジスタ、φLはトランジスタQ1
の制御信号、φRはトランジスタQ2の制御信号、N1及び
N2はノードをそれぞれ示している。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−171789(JP,A) 特開 昭60−239993(JP,A) 特開 昭60−256998(JP,A) 特開 昭61−5496(JP,A) 特開 昭60−212894(JP,A) 特開 昭54−101229(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メモリ・セルが接続され且つ電源電圧の中
    間電位に充電される2本のビット線をセンス増幅器と結
    ぶゲート・トランジスタをメモリ・セルの読み出し時に
    はオン状態として該ビット線を2本ともセンス増幅器と
    導通させ、 次いで、前記ゲート・トランジスタをオフにした状態で
    前記センス増幅器にて差電圧の増幅を行い、 その後、読み出しが行われたメモリ・セルが接続されて
    いる側のビット線のみをセンス増幅器と導通させる為に
    対応する側の前記ゲート・トランジスタをオンにするこ
    と を特徴とする半導体記憶装置の動作方法。
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