JP2001273768A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2001273768A
JP2001273768A JP2000089285A JP2000089285A JP2001273768A JP 2001273768 A JP2001273768 A JP 2001273768A JP 2000089285 A JP2000089285 A JP 2000089285A JP 2000089285 A JP2000089285 A JP 2000089285A JP 2001273768 A JP2001273768 A JP 2001273768A
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JP
Japan
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data
potential
capacitor
memory cell
memory
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Yoshimasa Ishii
義政 石井
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】1つの記憶装置に、記憶情報が消滅しない固定
記憶機能と書き換え可能な記憶機能とを合わせ持たせる
ことにより、半導体記憶装置の大きさを小さくでき、製
造コストを低く抑えることができる半導体記憶装置を提
供する。 【解決手段】トランジスタとキャパシタを有するメモリ
セルを持ち、前記キャパシタに保持された電位により
“1”、“0”のデータを記憶する書き換え可能な半導
体記憶装置であって、“1”を記憶するためにキャパシ
タC3に保持された電位が第1の時間経過後に中間電位
より低い電位まで低下するメモリセルM3と、“1”を
記憶するためにキャパシタC1、C2に保持された電位
が前記第1の時間経過後であっても中間電位以上の電位
に維持されるメモリセルM1、M2とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、固定記憶装置
(ROM)及び書き換え可能な記憶装置(RAM)の双
方の機能を有する半導体記憶装置に関するものであり、
特にROMとRAMが混在して形成される1チップマイ
コンなどの半導体装置に使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置には、記憶情報が書き換
えできない固定記憶装置(読み出し専用メモリ(Read On
ly Memory:ROM))や、記憶情報が書き換え可能な記
憶装置(ランダムアクセスメモリ(Random Access Memor
y:RAM))がある。固定記憶装置(ROM)は、記憶
情報が消滅しない不揮発性のメモリであり、読み出し専
用のメモリである。書き換え可能な記憶装置(RAM)
は、記憶情報が消滅する揮発性のメモリであり、書き込
み及び読み出しが可能なメモリである。
【0003】従来、1チップの半導体記憶装置に、前述
したような固定記憶装置(ROM)と書き換え可能な記
憶装置(RAM)の2つの機能を持たせる必要がある場
合、別機能を持つROMとRAMのそれぞれ2つを1チ
ップ内に内蔵しなければならなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
ROMとRAMを1チップの半導体記憶装置内に内蔵さ
せると、大きな面積を必要とするため、コスト高になっ
てしまう。
【0005】そこでこの発明は、前記課題に鑑みてなさ
れたものであり、1つの記憶装置に、記憶情報が消滅し
ない固定記憶機能と書き換え可能な記憶機能とを合わせ
持たせることにより、半導体記憶装置の大きさを小さく
でき、製造コストを低く抑えることができる半導体記憶
装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体記憶装置は、トランジスタと
キャパシタを有するメモリセルを持ち、前記キャパシタ
に保持された電位により第1、第2のデータを記憶する
書き換え可能な半導体記憶装置であって、前記第1のデ
ータを記憶するために前記キャパシタに保持された電位
が第1の時間経過後に所定電位より低い電位まで低下す
る第1のメモリセルと、前記第1のデータを記憶するた
めに前記キャパシタに保持された電位が前記第1の時間
経過後に前記所定電位以上の電位を維持する第2のメモ
リセルとを具備することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。
【0008】図1は、この発明の実施の形態の半導体記
憶装置の構成を示す回路図である。
【0009】この半導体記憶装置は、メモリセルが行列
状に配列されて構成されている。ここで図1には、縦に
配列された3つのメモリセルM1〜M3のみを示す。
【0010】メモリセルM1は、図1に示すように、ト
ランジスタTR1と、このトランジスタTR1の電流経
路の一端に接続されたキャパシタC1とから構成され
る。同様に、メモリセルM2は、トランジスタTR2
と、このトランジスタTR2の電流経路の一端に接続さ
れたキャパシタC2とから構成され、メモリセルM3
は、トランジスタTR3と、このトランジスタTR3の
電流経路の一端に接続されたキャパシタC3とから構成
される。
【0011】メモリセルM1〜M3を構成するトランジ
スタTR1〜TR3のそれぞれのゲートにはワード線W
Lが接続される。また、トランジスタTR1の電流経路
の他端にはビット線BL1が接続される。同様に、トラ
ンジスタTR2の電流経路の他端にはビット線BL2が
接続され、トランジスタTR3の電流経路の他端にはビ
ット線BL3が接続される。
【0012】次に、前記メモリセルM1〜M3に対し
て、ROMデータの“0”または“1”を記憶させる手
法を説明する。ここでは、メモリセルM3に対してRO
Mデータの“0”を記憶させ、メモリセルM1、M2に
対してROMデータの“1”を記憶させる場合を述べ
る。
【0013】図1に示すような半導体記憶装置では、キ
ャパシタC1〜C3に蓄積された電荷によって、メモリ
セルM1〜M3に“0”または“1”が記憶される。キ
ャパシタC1〜C3に蓄積された電荷は、トランジスタ
TR1〜TR3がオフの場合でも、わずかに存在する漏
れ電流によって徐々に減少していく。
【0014】そこで、この実施の形態では、漏れ電流に
よってキャパシタC1〜C3に蓄積された電荷が減少し
ていき、メモリセルM1〜M3の保持電位が変化するこ
とを積極的に利用する。メモリセルM1〜M3におい
て、メモリセルM3を構成するトランジスタTR3の漏
れ電流がメモリセルM1、M2を構成するトランジスタ
TR1、TR2の漏れ電流より大きくなるように、トラ
ンジスタTR3、及びトランジスタTR1、TR2を製
造する。すなわち、ROMデータ“0”に対応するメモ
リセルM3からの漏れ電流が大きくなるように、一方R
OMデータ“1”に対応するメモリセルM1、M2から
の漏れ電流が前記メモリセルM3からの漏れ電流より小
さくなるように、製造工程で作り込んでおく。
【0015】漏れ電流の大きさを変えて製造したメモリ
セルM1〜M3では、データ“1”を記憶した後、記憶
後の経過時間にしたがって各々のメモリセルの保持電位
が異なる。図2は、前記メモリセルM1〜M3における
経過時間と保持電位との関係を示す図である。保持電位
が中間電位あるいは中間電位より高い場合がデータ
“1”であり、保持電位が中間電位より低い場合がデー
タ“0”である。図2に示すように、時間T1が経過し
た時点では、メモリセルM1、M2と、メモリセルM3
とは共に中間電位より高い電位を有するため、読み出し
データは共に“1”である。しかし、時間T2が経過し
た時点では、メモリセルM1、M2は中間電位以上の電
位を有し、メモリセルM3は中間電位より低い電位を有
する。よって、この時間T2で読み出しを行えば、メモ
リセルM1、M2は“1”であり、メモリセルM3は
“0”である。このようにして、メモリセルM1、M
2、及びM3から、データ“1”及び“0”を読み出す
ことができる。以上のように、メモリセルM1〜M3に
データ“1”または“0”を記憶し、読み出すことによ
り、これらのデータをROMデータとして利用すること
ができる。
【0016】また、時間の経過に従って、メモリセルの
保持電位をメモリセルM1〜M3で変化させるには、前
述したトランジスタの漏れ電流を変える方法の他に、メ
モリセルを構成するキャパシタの漏れ電流を変えたり、
またメモリセルを構成するキャパシタの容量を変えるな
どの方法がある。さらに、トランジスタの漏れ電流を変
えること、キャパシタの漏れ電流を変えること、及びキ
ャパシタの容量を変えることなどこれらを組み合わせる
方法もある。
【0017】漏れ電流を変える場合、例えば、データ
“1”を書き込むメモリセルM1、M2は通常のDRA
M製造時と同様の製造仕様にて製造し、データ“0”を
書き込むメモリセルM3は通常のDRAM製造時の製造
仕様と異なり、前記データ“1”を書き込むメモリセル
M1、M2に比べて漏れ電流が大きくなるように製造す
る。
【0018】また、漏れ電流を同じにして、メモリセル
を構成するキャパシタの容量を変える場合は以下のよう
にする。例えば、データ“0”を書き込むメモリセルM
3のキャパシタC3の容量を、データ“1”を書き込む
メモリセルM1、M2のキャパシタC1、C2の容量よ
り小さくする。すなわち、容量に関して、C3<C2
(C2=C1)とする。C3<C2とするには、以下の
ような方法がある。キャパシタC3の電極間の絶縁膜
(酸化膜)の膜厚を、キャパシタC2の電極間の絶縁膜
の膜厚より厚くする。また、キャパシタC3の電極の面
積を、キャパシタC2の電極の面積より小さくする。ま
た、キャパシタC3の電極間の絶縁膜の誘電率を、キャ
パシタC2の絶縁膜の誘電率より小さくするなどであ
る。
【0019】次に、このように構成された半導体記憶装
置に対するROMデータの読み出しの手順について説明
する。
【0020】図3は、前記半導体記憶装置に対するRO
Mデータ読み出し時のリフレッシュサイクルを示す図で
ある。
【0021】まず、前記半導体記憶装置内の全てのメモ
リセルに、図3に示すように、期間T1のサイクルでデ
ータ“1”の書き込みを行う。以下、ここではメモリセ
ルM1〜M3を例に説明する。次に、期間T2の間、リ
フレッシュを停止する。すると、図2に示すように、メ
モリセルの保持電位が変化する。漏れ電流の大きいメモ
リセルM3では、期間T2が経過した時点で保持電位が
中間電位より低くなる。一方、漏れ電流を小さいメモリ
セルM1、M2では、期間T2が経過した時点でも保持
電位は中間電位より高い電位を維持する。
【0022】そこで、この半導体記憶装置では、期間T
2が経過した時点でリフレッシュを行い、その後、リフ
レッシュサイクルを期間T1に戻す。これにより、通常
のDRAMとしてのメモリセルM1〜M3に対して、メ
モリセルM1、M2にデータ“1”を、メモリセルM3
にデータ“0”を記憶させる。このようにしてメモリセ
ルM1〜M3に記憶されたデータはROMデータとして
利用できるようになる。なお、期間T2の間には、図2
に示すような保持電位の低下を実現するために、読み出
しあるいは書き込みを禁止としてメモリセルにアクセス
を行わないようにする。
【0023】この実施の形態では、DRAMのセルをそ
のまま使用して通常のRAM機能を実現できる。ROM
機能は、DRAM特有のメモリキャパシタの漏れ電流に
よりデータが消失する特性を利用する。通常、DRAM
は、漏れ電流によるデータの消失を防ぐために漏れ電流
を極力小さくし、さらにリフレッシュによりデータの記
憶を確実なものとしているが、そのリフレッシュを停止
して、或る時間が経過すると、“1”のデータは“0”
になる。そこで、漏れ電流の大きさを製造時に調整し
て、“1”から“0”になる時間を変えてしまう。そし
て、最初にメモリセル全体に“1”を書き込んでおき、
リフレッシュしない時間を調整すれば、メモリセルの保
持電位に“1”と“0”のデータが現れる。このように
“1”と“0”のデータが現れたとき、リフレッシュを
正常な動作に戻せば、このROMとしてのデータをDR
AMとしての半導体記憶装置に記憶することができる。
【0024】以上説明したようにこの実施の形態によれ
ば、漏れ電流の大きさの違いとして書き込まれた
“1”、“0”のデータを読み出すことができるように
構成されており、通常のDRAMの回路構成を大きく変
えることなく、DRAMの機能にROMの機能を追加す
ることができる。ROMデータの読み出しには所定の時
間を必要とするが、電源の投入時にROMデータを読み
込み、DRAMのデータとして記憶してしまえば、その
後は高速読み出しが可能である。同一の半導体記憶装置
(チップ)に、大容量のROMと大容量のRAMが必要
な場合、この実施の形態の半導体記憶装置を用いれば、
大きなコストダウンが可能である。
【0025】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、1
つの記憶装置に、記憶情報が消滅しない固定記憶機能と
書き換え可能な記憶機能とを合わせ持たせることによ
り、半導体記憶装置の大きさを小さくでき、製造コスト
を低く抑えることができる半導体記憶装置を提供するこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態の半導体記憶装置の構成
を示す回路図である。
【図2】前記半導体記憶装置のデータ記憶後における経
過時間と保持電位との関係を示す図である。
【図3】前記半導体記憶装置に対するROMデータ読み
出し時のリフレッシュサイクルを示す図である。
【符号の説明】
BL1…ビット線 BL2…ビット線 BL3…ビット線 C1…キャパシタ C2…キャパシタ C3…キャパシタ M1…メモリセル M2…メモリセル M3…メモリセル TR1…トランジスタ TR2…トランジスタ TR3…トランジスタ WL…ワード線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トランジスタとキャパシタを有するメモリ
    セルを持ち、前記キャパシタに保持された電位により第
    1、第2のデータを記憶する書き換え可能な半導体記憶
    装置において、 前記第1のデータを記憶するために前記キャパシタに保
    持された電位が、第1の時間経過後に所定電位より低い
    電位まで低下する第1のメモリセルと、 前記第1のデータを記憶するために前記キャパシタに保
    持された電位が、前記第1の時間経過後に前記所定電位
    以上の電位に維持される第2のメモリセルと、 を具備することを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】前記第1の時間経過後に前記第1、第2の
    メモリセルに対して読み出しを行った場合、前記第1の
    メモリセルからは第2のデータが読み出され、前記第2
    のメモリセルからは第1のデータが読み出されることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】前記第1の時間より短い第2の時間が経過
    したとき、前記第1、第2のメモリセルのそれぞれのキ
    ャパシタが共に前記所定電位以上の電位を有することを
    特徴とする請求項1または2に記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】前記第1、第2のメモリセルには漏れ電流
    が生じており、第1のメモリセルからの漏れ電流は、前
    記第2のメモリセルからの漏れ電流より大きいことを特
    徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体
    記憶装置。
  5. 【請求項5】前記漏れ電流は、前記第1、第2のメモリ
    セルが持つそれぞれのトランジスタからの漏れ電流であ
    ることを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】前記第1のメモリセルが持つキャパシタの
    容量は、前記第2のメモリセルが持つキャパシタの容量
    より小さいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか
    1つに記載の半導体記憶装置。
JP2000089285A 2000-03-28 2000-03-28 半導体記憶装置 Withdrawn JP2001273768A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256406A (ja) * 2011-04-08 2012-12-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 記憶装置、及び当該記憶装置を用いた半導体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012256406A (ja) * 2011-04-08 2012-12-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 記憶装置、及び当該記憶装置を用いた半導体装置

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Effective date: 20070605